6.4.5.Вулканогенно-осадочные месторождения

Вулканогенно-осадочные месторождения формировались на дне геосинклинальных и платформенных морей.

Среди них выделяют вулканогенные образования, находящиеся среди туфов близ вулканических, центров, осадочно-вулканогенные, размещающиеся среди туфов, перемежающихся с пластами морских осадочных пород на склонах вулканов и у их подножья, вулканогенно-осадочные, локализующиеся среди преобладающих осадочных пород с вулканогенными продуктами, снесенными от центров вулканической активности.

В раннюю стадию геосинклинальных циклов геологического развития, при привносе продуктов базальтоидного вулканизма, на дне эвгеосинклиналей возникали месторождения руд железа, марганца и колчеданов. Некоторые геологи такой генезис приписывают, кроме того, осадочным месторождениям бокситов, фосфоритов, а также цветных и редких металлов, связанных с формацией черных сланцев. В качестве вулканогенно-осадочных руд железа геосинклинального этапа геологического развития рассматриваются, например, месторождения железистых кварцитов, позднее метаморфизованных. Вулканогенно-осадочные колчеданы рассмотрены в качестве особого класса группы колчеданных месторождений. При платформенных условиях образовывались вулканогенно-осадочные месторождения руд железа, марганца, свинца и цинка. Их примерами могут служить месторождения Лан Диль в ФРГ и Атасу в Центральном Казахстане.

Лекция № 7 МЕТАМОРФОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Серия, метаморфогенных месторождений разделяется на две группы: метаморфизованных и метаморфических образований.

Метаморфизованные месторождения подверглись изменению одновременно с окружающими их породами в такой степени, что метаморфические признаки в форме, строении и составе тел полезных ископаемых оказываются резко доминирующими.

Метаморфические месторождения возникли вновь в процессе метаморфизма в связи с перегруппировкой минерального вещества метаморфизуемых пород.

Метаморфические процессы имеют локальный и региональный характер. К локальным разновидностям относятся автометаморфизм и ореольный (контактовый) метаморфизм массивов изверженных пород, я также динамометаморфизм вдоль тектонических зон. Региональный метаморфизм развивается вследствие совокупного действия статической и динамической нагрузки горных пород, в обстановке повышающегося давления, температуры и воздействия различных минерализаторов, особенно воды. В крайних формах он переходит в ультраметаморфизм, обусловливающий выборочное или полное переплавление изменяющихся пород.

Форма тел полезных ископаемых, подвергшихся региональному метаморфизму, искажается, они обычно приобретают сплющенный вид. Среди метаморфизованных месторождений преобладают пластообразные, линзовидные, ленто– и жилообразные залежи сплошных и вкрапленных руд. Их размеры иногда достигают значительных величин, как, например, в пластовых залежах железных руд в железистых кварцитах или итабиритах, вытягивающихся на километры и даже первые десятки километров при мощности до первых сотен метров.

Текстура вещества метаморфизованных месторождений отличается развитием катаклаза и распрессовывания. Характерно полосчатое, сланцеватое, плойчатое, очковое и лучистое строение. Метаколлоидная текстура в процессе метаморфизма преобразуется в кристаллическую. Тонкозернистое строение укрупняется и заменяется более грубокристаллическим.

Минеральный состав отличается переходом гидроокислов в окисные соединения. Лимонит и другие гидроокислы железа преобразуются в гематит, магнетит; псиломелан и манганит замещаются браунитом; гаусманитом; опал переходит в кварц. Минеральные модификации малой плотности вытесняются минералами более высокой, средней плотности. В связи с этим марказит замещается пиритом. Фосфорит преобразуется в апатит. Органическое вещество графитизируется.

По наблюдениям Г. Вертушкова на Урале с увеличением метаморфизма железо-титановых руд вначале заметно уменьшается содержание железа, а затем, несколько медленнее, содержание титана; ильменит-матнетитовые месторождения переходят через ильменитовые в ильменит-рутиловые, а на крайних стадиях метаморфизма — в рутиловые.

При контактовом метаморфизме происходит халькопиритизация борнита, возникают структуры распада борнит — халькопирит, сфалерит — халькопирит, галенит — касситерит (по тиллиту), в железосодержащих сульфидах может возникнуть магнетит.

Для минеральных ассоциаций метаморфогенных месторождений характерны минеральные парагенезисы соответствующей фации метаморфизма.

Метаморфизм, особенно региональный, способен уничтожить месторождения полезных ископаемых, радикально их изменить и создать новые. При метаморфизме в первую очередь уничтожаются месторождения, чувствительные к высоким температурам, такие как битуминозные и месторождения самородной серы.

К радикально измененным метаморфизованным принадлежат значительные месторождения железа, марганца, а также некоторые месторождения фосфора, цветных, благородных и радиоактивных металлов.

К возникающим в процессе метаморфизма собственно метаморфическим месторождениям относятся месторождения мрамора, кварцита, кровельных сланцев, высокоглиноземистого сырья (кианит, андалузит, силлиманит), флогопита, амфибол-асбеста, нефрита, лазурита, графита, корунда и наждака, граната, титана, горного хрусталя. Практическое значение некоторых перечисленных месторождений весьма существенно.

В настоящее время все фации метаморфических пород принято разделять на две группы — контактового и регионального метаморфизма.

Породы контактового метаморфизма образуются при высокой температуре, но при низкой нагрузке и изменчивом давлении газовой фазы. Среди них, в порядке повышающейся температуры формирования, выделяются четыре фации: 1) альбит-эпидот-роговиковая, 2) роговообманково-роговиковая, 8) пироксен-роговиковая, 4) санидинитовая.

Породы регионального метаморфизма возникают при высокой температуре, нагрузке пород и давлении газовой фазы. Среди них, в порядке повышающейся температуры образования, различается шесть фаций, разделяющихся на субфаций со свойственными им минеральными ассоциациями, описанными в курсах петрографии:

1) цеолитовая ( самородная медь месторождения Верхнего озера в США);

2) зеленых сланцев (которой соответствуют магнетит-гематитовые железистые кварциты; метаморфизованные разности колчеданных руд; золото-урановые месторождения типа Витватерсранд (ЮАР) и Блайнд Ривер (Канада); Кварц-сульфидные золотоносные штокверки; образования наждака, плотного и чешуйчатого графита, асбеста, нефрита, горного хрусталя);

3) глаукофановая, которой отвечают месторождения силикатных руд марганца и цинка, а также магнетит-амфиболовых сланцев;

4) амфиболовая, с которой ассоциируют железные руды таконитов и итабиритов; метаморфизованные месторождения сульфидных руд в кристаллических породах платформ; месторождения кианита, диаспора, андалузита и силлиманита; керамические, слюдоносные и редкометальные пегматиты, а также месторождения корунда, гранатов, флогопита, кристаллического графита, апатита и лазурита;

5) гранулитовая, с месторождениями амфибол-пироксен-магнетитовых кварцитов, гранатов, рутила;

6) эклогитовая, полезные ископаемые которой скорее всего ограничиваются вкраплениями рутила.

Геологические условия образования

Метаморфогенные месторождения локального контактового происхождения, обусловленного воздействием интрузии, так же как и последние, могут иметь самый различный возраст — от наиболее древнего до самого юного. Среди метаморфогенных месторождений, связанных с регионально метаморфизованными комплексами горных пород резко преобладают древние образования. Большинство из них принадлежит докембрийским — архейским, ранним, средним и поздним протерозойским формациям. Известны нижнепалеозойские метаморфогенные месторождения, к которым, например, относятся наждачные месторождения Урала. Среди более молодых пород рассчитывать на встречу метаморфогенных месторождений регионального характера труднее.

Особенности геологической структуры. Метаморфогенные месторождения полезных ископаемых регионального характера возникают на значительной глубине в обстановке высоких температур и давлений.

По совокупности существующих данных для регионально метаморфизованных образований могут быть намечены три группы структур месторождений полезных ископаемых: 1) складчато-трещинные, 2) складчато-разрывные, 3) зон смятия.

Складчатые, структуры метаморфогенных месторождений характеризуются наличием уплотненных, разбитых густой сетью трещин изоклинальных складок, с очень характерным крутым погружением шарниров которых часто связаны рудные столбы.

Складчато-разрывные структуры встречаются чаще и определяют локализацию рудных тел не только вдоль пластов сильно смятых трещиноватых пород, но также и по осложняющим их взбросами сдвигам, а также на их пересечениях.

Зоны смятия, представляющие собой плоские, интенсивно развальцованные нарушения, обычно согласные с общим планом рассланцевания, относятся к наиболее типичным геологическим структурам, свойственным региональным метаморфогенным месторождениям.

Регионально метаморфизованные месторождения

В классе регионально метаморфизованных месторождений известны месторождения железа, марганца, свинца, цинка, меди, золота, урана, фосфора; все они залегают среди докембрийских, отчасти нижнепалеозойских метаморфических пород. В качестве примеров ниже кратко охарактеризованы: 1) железорудные месторождения Кривого Рога, 2) марганца в Бразилии, Индии, Африке, Австралии и других странах, 3) свинца и цинка месторождения Брокен Хилл в Австралии, 4) золота и урана месторождения Витватерсранд в ЮАР, 5) апатитов в Сибири.

Регионально метаморфизованные месторождения железистых руд широко распространены среди докембрийских, отчасти нижнепалеозойских пород всех девяти платформ земного шара. Эти руды составляют подавляющую часть мировых запасов железа и являются главным источником его на Мировом рынке. Среди них выделяются три разновидности — железистые кварциты, такониты и итабириты.

К месторождениям железистых кварцитов, помимо Кривого Рога, относятся известные месторождения Курской магнитной аномалии, Оленегорское на Кольском полуострове, Чаро-Токкинское в Читинской области, Хинганское на Дальнем Востоке и др. К месторождениям таконитов принадлежат низы некоторых железорудных формаций КМА, Кривого Рога, а также, районов Малого Хингана. Они представляют собой грубополосчатые руды, в состав которых, кроме магнетита и кварца, входят куммингтонит, гранат, и амфибол, что позволяет относить их к амфиболовой фации метаморфизма,

К месторождениям итабиритов относятся некоторые залежи Австралии, Бразилии, Венесуэлы, Швеции, Норвегии. Их состав определяется тонкополосчатым чередованием гематита, магнетита и кварца с небольшим количеством амфибола, граната, пироксена, полевого шпата, что свидетельствует о их принадлежности также к амфиболовой фации метаморфизма.

Марганцевые месторождения Индии и других стран. Среди метаморфизованных первично-осадочных месторождений марганцевых руд выделяются две разновидности. К одной из них принадлежат месторождения, сформированные вследствие изменения первичных окисных руд, а к другой — месторождения, образовавшиеся в связи с метаморфизмом опал-карбонатных марганцевых руд. В первой группе в свою очередь намечаются месторождения слабой и сильной степени метаморфизма. Примером относительно слабо метаморфизованных первично-осадочных окисных руд марганца могут служить месторождения Центрального Казахстана, руды которых сложены главным образом браунитом и гаусманитом. Интенсивно метаморфизованные залежи первичных окисных руд распространены в Индии, Бразилии, Австралии, странах Западной и Южной Африки. Рудные тела этих месторождений, в составе которых доминируют кварц, марганцевые гранаты, марганцевые пироксены и амфиболы, залегают среди гнейсов, кристаллических сланцев, кварцитов и мраморов (гондитовый тип Индии).

Апатиты Сибири. В южном Прибайкалье известны глубокометаморфизованные фосфорит содержащие пласты докембрийских геосинклинальных пород. Согласно Б. Гиммельфарбу и М. Сахаровой, площадь месторождения Слюдянка сложена интенсивно дислоцированными амфиболовыми и пироксеновыми гнейсами, биотит–полевошпатовыми сланцами с пачками мраморов и кварц-диопсидовых пород.

Контактово-метаморфизованные месторождения

В классе контактово-метаморфизованных могут находиться разнообразные месторождения, не всегда легко выделяемые среди эндогенных скарновых образований, развитых в интрузивных ореолах. В качестве их примеров будут описаны некоторые месторождения железа, графита, корунда и наждака.

Железные руды. Осадочные пласты окисных и карбонатных руд под воздействием прорывающих их интрузий преобразуются, приобретая черты сходства с согласными залежами скарновых месторождений железа. К подобного рода контактово-метаморфизованным месторождениям железных руд некоторые геологи относят месторождения Южной Якутии и Балеивское в Забайкалье, Ковары в Польше, Остеродер и некоторые участки Зигерланда в Германии, Мансье в Швеции.

На месторождении Бивабик в США метаморфизующему воздействию габбрового массива подверглись пласты, в состав которых входят кварц, гематит, сидерит, анкерит и водные силикаты железа. При этом произошло: 1) исчезновение сидерита, анкерита и водных силикатов, 2) восстановление гематита до магнетита, 3) образование грюнерита-куммингтонита, сопровождаемых пироксенами и фаялитом. Своеобразно месторождение самородного железа Овифак в Гренландии, возникшее в контактовом ореоле базальтов за счет преобразования скоплений сульфидного, карбонатного и окисного железа в присутствии углерода, поглощенного магмой из угольных пластов.

Месторождения графита. Графитовые месторождения возникают в ореоле интрузий, рвущих пласты каменного угля. Их примером может служить Курейское месторождение, генетически связанное с пластами Каменного угля Тунгусского бассейна Красноярского края позднепалеозойского возраста, подвергшихся сильному контактовому метаморфизму под воздействием Сибирских траппов.

Месторождения корунда и наждака. Эти месторождения возникают вследствие контактового влияния интрузий на залежи бокситов. При слабом метаморфизме образуются диаспоровые породы, а при более сильном метаморфизме бокситы переходят в наждак, который состоит из корунда, шпинели, магнетита, пирита, андалузита, диаспора и некоторых других минералов. Такие месторождения известны в Греции.

Прочие месторождения. Осадочные фосфориты Каратау в Казахстане на контакте с прорывающими их гранита-ми превращены в апатиты. В месторождении Нагпура в Индии окисные руды марганца при таких же обстоятельствах преобразованы в силикатные. В контактовых ореолах за счет песчано-сланцевых пород возникают роговики, используемые как строительные и огнеупорные материалы. По минеральному составу выделяется десять классов роговиков.

Метаморфические месторождения

Метаморфические месторождения возникли вследствие перекристаллизации, собирательной кристаллизации и перегруппировки вещества тех толщ пород, в которых они обнаруживаются. В отличие от метаморфизованных, они образованы не за счет ранее существовавших месторождений, а в результате метаморфизма горных пород. При этом метаморфизм совершался с участием того или иного количества летучих соединений, но без привноса вещества из-за пределов рудовмещающих толщ пород, при высоких температурах и давлении, но недостаточных для выборочного или полного переплавления пород. Типичными метаморфическими образованиями являются многочисленные месторождения мраморов, возникшие при изменении известняков, месторождения кварцитов, образовавшиеся при метаморфизме песчаников и месторождения кровельных сланцев, сформировавшиеся при низкой ступени метаморфизма глинистых сланцев. К фации зеленых сланцев принадлежат метаморфические месторождения асбеста, и амфиболовой фации — флогопита, а также кианита, наждака и графита, к гранулитовой — граната, к эклогитовой — рутила (титана). Некоторые геологи месторождения золота в породах докембрия относят к метаморфическим. Особый случай представляет возникновение месторождений алмазов вследствие ударного метаморфизма при падении на землю метеоритов.

Амфибол-асбестовые месторождения. Согласно Ю. Андрееву, месторождения щелочно-амфиболовых асбестов встречаются: 1) в виде родусит-асбеста среди глинисто-доломитовых толщ; 2) в виде крокидолита в железистых и яшмовидных кварцитах; 3) в виде магнезиоарфведсонита в серпентинитах; 4) в той же минеральной форме среди доломитов и приуроченных к ним магнетитовых скарнов. Все они располагаются в толщах пород, претерпевших региональный метаморфизм низкой, обычно зеленокаменной фации. Минеральный и химический состав залежей отвечает составу вмещающих пород, что позволяет рассматривать их в качестве продуктов метаморфической перегруппировки элементов вмещающих пород под воздействием щелочных растворов. Не исключено, что в некоторых случаях эти растворы имеют магматогенное происхождение.

Флогопитовые месторождения. Известны в архейских метаморфических комплексах Алданского щита. Проявляются в форме согласных тел флогопитоносных пород на контакте алюмосиликатных и карбонатных пород, пластово-секущих тел аналогичного состава среди гнейсов, сланцев и гранитов, а также в виде жил и штокверков, сложенных диопсидом, паргаситом, флогопитом и кальцитом в алюмосиликатных породах и флогопитоносных диопсидовых породах первых двух типов. Диопсидовые породы рассматриваются как магнезиальные скарноиды, возникшие на контакте алюмосиликатных и карбонатных пород на прогрессивной стадии метаморфизма гранулитовой фации при температуре 800—700°С. Флогопиты сформировались позднее на регрессивной стадии метаморфизма амфиболитовой фации при температуре 600—550^¤С.

Кианитовые и силлиманитовые месторождения. Три модификации состава А1₂SiO₅ представлены метаморфическими минералами амфиболитовой фации — андалузитом, кианитом и силлиманитом. По данным Н. Елисеева, андалузит устойчив при высокой температуре и низком давлении, кианит — при средней температуре и высоком давлении, силлиманит — при высокой температуре и высоком давлении, (рис. 336). Совместное нахождение всех трех минералов при региональном метаморфизме оказывается возможным в связи с тем, что кривая деградации лежит левее тройной точки.

Кианитовые и силлиманитовые месторождения известны на Кольском полуострове, в Якутии (Чайнытское), Карелии, Северной Индии и в других районах мира. Наиболее полно изученное месторождение находится в Карелии среди глубоко метаморфизованных докембрийских пород свиты Кейв, превращенных в гнейсы, слюдяные, гранатовые, ставролитовые, кианитовые и другие сланцы, амфиболиты, мраморы и доломиты, развитые непрерывной полосой протяжением около 200 км и шириной до 10—14 км.

Месторождения наждака. Метаморфические месторождения наждака известны среди древних метаморфических пород амфиболовой фации Урала (Прииртышская группа). Штокообразные тела этих месторождений залегают среди мраморизованных известняков и состоят из корунда, хлоритоида и пирита, с примесью магнетита, рутила, диаспора, апатита, биотита и серицита. Рассматриваются они как продукты воздействия на карбонатные породы глиноземсодержащих десилицированных химически активных водных растворов метаморфического происхождения.

Месторождения графита известны среди древних метаморфических комплексов пород преимущественно амфиболовой фации Украины, Урала, Восточного Саяна, Дальнего Востока и других районов. Представляют собой полосы гнейсов и сланцев, содержащих рассеянную вкрапленность кристаллического графита, варьирующего в пределах 5—–15,%. Его образование связывается с региональным метаморфизмом толщ пород, содержащих первично-осадочное битуминозное вещество.

Месторождения горного хрусталя зеленосланцевой фации прогрессивной стадии метаморфизма описаны в Восточной Сибири, а той же фации регрессивной стадии — в Якутии, Средней Азии, на Урале (Ю. Соколов).

Месторождения граната. Переход от амфиболитовой к гранулитовой фации сопровождается исчезновением гидроксилсодержащих минералов, в частности слюд. Вместо слюд в породах гранулитовой фации, согласно Н. Елисееву, образуются гранат и ортоклаз. При этом за счет биотита и мусковита возникает альмандин, а за счет флогопита при более высокой температуре формируется пироп. Вообще состав граната зависит от температуры метаморфических преобразований Метаморфические гранатовые месторождения среди кристаллических, обычно ставролит-полевошпатовых сланцев известны на Урале, в Карелии и других районах распространения пород средних ступеней метаморфизма.

Месторождения, титана. В. Вертушковым месторождение титана описано среди амфиболитов Урала. Оно возникло вследствие метаморфизма пород габброидного состава в условиях эклогитовой фации. При этом большая часть силикатов очистилась от изоморфной примеси титана и последний обособился в форме самостоятельных минералов рутила и ильменита. Вследствие собирательной кристаллизации титановых минералов рутил и ильменит на ранней стадии метаморфизма образовали заметные индивидуальные стяжения вкрапленных руд.

Месторождения золота. Золотое месторождение Хоумстейк в Северной Америке, по данным Д. и Р. Роя, основанным на детальном анализе вариаций дейтерия, изотопов углерода и серы, мольных отношений СО₂ и Н₂О, содержании СН₄ в жидких включениях рудообразующих минералов, принадлежит к метаморфическим образованиям.

Месторождения алмазов. Эти месторождения возникают при стремительном и огромном возрастании давления и температуры вследствие соударения с Землей крупных метеоритов, создающих метеоритные кратеры или астроблемы. Пиковые давления при этом могут достичь нескольких сотен тысяч мегапаскалей, а температуры 2000°С и более.

Ультраметаморфизм и полезные ископаемые

На ранней стадии ультраметаморфизма, в связи с избирательным переплавлением исходных пород, среди гнейсов возникают пегматиты, иногда содержащие промышленные скопления мусковита, биотита и минералов редких элементов, описанные в главе о пегматитовых месторождениях.

Других значительных месторождений полезных ископаемых, ассоциирующих с палингенными изверженными породами глубоко преобразованных метаморфических комплексов, не известно.

Лекция № 8