5.7. Колчеданные месторождения

Колчеданные месторождения образованы в геологическом прошлом и образуются в настоящее время на дне морей и океанов из газово-жидких систем, отделяющихся от глубинной базальтоидной магмы и её дифференциатов. Рудовмещающие впадины приурочены к узким сбросовым расщелинам в срединно-океанических хребтов (океанские рифтовые долины), осевым впадинам морей типа Красного моря, впадинам на склонах островных дуг и между ними. Возраст древнейших рифтовых зон с гидротермально-осадочным оруденением, в той или иной степени метаморфизованным – раннепротерозойский, возможно, архейский (зеленокаменные пояса в пределах гнейсовых ядер докембрийских щитов).

К колчеданным месторожденим относятся накопления руд состава: Cu, Cu-Zn, Cu-Zn-Pb-Ag, а также окисных руд Fe и Mn. Рудоносные разломы в современных гидротермальных системах проявлены как сбросы. Оруденение обычно приурочено к пересечениям продольных рифтовых долин (грабенов) с поперечными трансформными сдвигами. Эти структуры определяют заложение и развитие впадин и одновременно являются каналами для движения флюидных систем. В крутопадающих каналах движения рудоносных флюидов в интервале палеоглубин от поверхности до нескольких километров образуются прожилково-вкрапленные руды состава, строения и облика, обычного для месторождений гидротермально-метасоматического типа. Часть рудного вещества накапливается на малой глубине путем замещения донных илов и (или) покровных вулканитов.

Рудоносными являются различные вулканогенные формации – 1) чисто базальтовые (формация натриевых базальтов), 2) существенно базальтовые с заметным участием кислых разностей (калий-натриевая базальт-риолитовая формация), 3) дифференцированные (базальт-андезит-риолитовая формация), 4) средне-кислого состава (андезит-риолитовая формация). Первые три вулканогенные формации присущи фемическим (эвгеосинклинальным) вулканическим поясам (зоны океанических и островодужных рифтов), в которых полностью или частично отсутствует гранитно-метаморфический слой. К базальтовой формации приурочены чисто медные месторождения кипрского типа (Троодос), к базальт-риолитовой, в меньшей степени базальт-андезит-риолитовой формациям – медно-цинковые месторождения уральского (Гайское, Учалинское и др.) типа. К андезит-риолитовой формации, развитой в подвижных поясах со слабо разрушенным (то есть слабо раздвинутым, деструктированным) гранитно-метаморфическим слоем, приурочены обогащенные цинком и свинцом и относительно бедные медью месторождения Рудного Алтая (Зыряновское и др.) и Японии (Куроко). В перечисленном направлении возрастают концентрации попутных золота и серебра. Помимо месторождений, приуроченных к вулканогенно-осадочным формациям, известны колчеданные месторождения в мощных терригенно-сланцевых толщах (палеозойское Филизчай в Средней Азии и современное Атлантис-2 в илах Красного моря). Главное отличие современных месторождений от месторождений древних эпох выражено отсутствием регионального метаморфизма.

Обычный разрез рудовмещающих вулканогенных толщ на месторождениях кипрского типа – переслаивание (сильно нарушенное тектоникой) базальтов и ультраосновных пород, на месторождениях уральского типа – подрудные базальты и их туфы и надрудные риолиты, риодациты туфовой и (или) экструзивной фации.

На месторождениях Рудного Алтая и Японии оруденение приурочено к границам вулканогенно-осадочного и туфосланцевого ритмов.

Сочетание, с одной стороны, гидротермально-метасоматического прожилково-вкрапленного оруденения в крутопадающих, секущих слоистость каналах - «корнях» колчеданных систем и с другой стороны полого залегающего сплошного или густо вкрапленного стратиформного на палеоповерхности морей нередко придает разрезу месторождений грибообразную или медузообразную форму. Типичные околорудные изменения во вмещающих породах – серицит-гематит-карбонат-альбит-хлоритовые в базальтах, серицит-кварцевые в риолитах.

В ходе складчатости в режиме тангенциального сжатия сместители бывших сбросов развиваются как сдвиги и надвиги, первичное субгоризонтальное залегание пород и руд сменяется наклонным и даже вертикальным, породы и руды подвергаются складчатым дислокациям, динамометаморфизму (рассланцеванию), на них накладываются пострудные интрузии (обычно дайки диабазов), происходит частичное перераспределение металлов.

Смятие рудных тел в складки совместно с вулканогенными и осадочными породами доказывает доскладчатый возраст оруденения. По-видимому, процесс колчеданного рудообразования длителен, известны месторождения с многоярусным расположением рудных тел в геологическом разрезе.

Растворы, обогащенные H₂S и рядом металлов, выходящие на поверхность из трубообразных каналов, выбрасываются над поверхностью морского дна на высоту в десятки метров со скоростью 1-3 м/сек в виде «черных» курильщиков с температурой на выходе 80-300°, иногда до 350-450°. Черные курильщики насыщены частицами сульфидов, почти мгновенно кристаллизующихся из раствора при взаимодействия с морской водой и оседающих на дно с накоплением сульфидных столбов (иногда целые рудные «колоннады»), при дальнейшем разрастании образующих сульфидные холмы. При разрушении последних образуются горизонты рудокластов – обломков сульфидных руд, перемешанных с донными вулканогенными и осадочными отложениями. Процесс перераспределения металлов в сульфидных залежах стимулируется активностью особых штаммов бактерий, живущих при высоких температурах, специализированных на поглощение серы, железа и других металлов, а также процессами гальмиролиза - подводного выветривания пород (выраженного прежде всего в альбитизации базальтов) и руд.

Гальмиролитическое преобразование руд выражено в подводном окислении и переотложении первичных сульфидов, с образованием подзоны сульфидного обогащения с высокомедистыми минералами - борнитом, ковеллином, халькозином, а также тетраэдритом, гесситом, германитом, с максимальным содержанием золота до 80 г/т (частицы диаметром до 4 мм) и серебра до 400-600 г/т в виде гессита, штромейерита, ялпаита. Подзона сульфидного обогащения иногда перекрыта пиритовыми песчаниками.

Вполне допустимо участие в перераспределении металлов и индуцированных электрических полей разного масштаба. В результате происходит накопление залежей сплошных сульфидных руд с четкой поперечной минералогической зональностью – нижние горизонты почти чисто пиритовые, выше последовательно сменяются горизонты с существенной халькопиритовой, сфалеритовой, галенитовой и баритовой минерализацией. Другие характерные минералы – блеклые руды, борнит, сульфосоли серебра, реже самородное золото и его теллуриды. Текстуры типичных колчеданных руд – массивные, полосчатые, в том числе ритмично-полосчатые, часто обломочные, в смеси с породами вмещающей матрицы («перебойные»).

При наложенном метаморфизме колчеданных месторождений часть пирита замещается пирротином.

Протяженность и ширина сульфидных (колчеданных) залежей достигает первых километров, мощность – 100 м и более. В разрезе они имеют пластообразную, линзообразную форму. Типичные колчеданные руды содержат в среднем 40-48 % серы, 40-50 % железа, 1-3 % меди, 1-5 % цинка, местами до 3-5 % свинца, 10-50 г/т серебра, 1-3 г/т золота, а также повышенные содержания теллура, селена, галлия, кадмия и других металлов.

Поскольку в рудоносных системах сочетается отложение металлов гидротермально-осадочным путем на дне моря и обычным гидротермально-метасоматическим путем под покровом донных вулканогенных и осадочных отложений, колчеданные месторождения нередко имеют черты и тех и других. Длительность метасоматической активности, сохраняемой после отложения слоистых руд на дне моря и их перекрытия надрудными отложениями (на Урале это обычно туфы и экструзивы риолитов), доказывается мощными зонами серицит-кварцевых, каолин-алунит-кварцевых метасоматитов в риолитах. Надрудные метасоматиты содержат вкрапленность тех же сульфидов, что и подстилающие их колчеданные залежи, хотя и в меньшей концентрации. В этих послерудных по отношению к колчеданным залежам измененных риолитах нередко обнаруживается эпитермальная золото-серебряная минерализация, сходная с таковой в обычных эпитермальных месторождениях.

Очаги рудоносных магм, видимо, представляют собой интрузии с глубокой дифференциацией расплавов на основные и кислые, причем извержение базальтов, как правило, опережает риолитовые извержения. В Японии бурением и геофизическими исследованиями современных геотермальных полей установлены «подвулканические» интрузии гранит-порфиров на глубине 2-3,7 км, сохраняющие высокий тепловой потенциал с температурой до 450°. Возраст их датирован плейстоценом (менее 0,5 млн. лет), что в общем коррелируется с заключительными эпизодами золото-серебряной минерализации в кайнозойских полиметаллических месторождениях, сопряженных с этими геотермальными полями. Состав гранитных «неоплутонов» петрохимически однотипен с кислыми эффузивами, залегающими на поверхности.

Примеры современных месторождений колчеданного типа (кроме упомянутого Атлантис-2 в Красном море) – впадина Логинова в Срединно-Атлантическом хребте, тихоокеанские впадины: Хуан-де-Фука близ калифорнийского побережья, Галапагосская близ одноименных островов и др.

Среди колчеданных месторождений различают три главные промышленные разновидности:

1. серноколчеданные (карельский тип) - руды серного колчедана используемого для производства серной кислоты;

2. медноколчеданные (уральский тип) - руда для добычи меди;

3. полиметаллически-колчеданные (алтайский тип) - комплексные руды для получения меди, свинца и цинка.

При переработке колчеданных руд попутно извлекаются барит, золото, серебро, висмут, мышьяк, кадмий, селен и теллур.

Колчеданные месторождения формируются в результате выделения рудообразующих веществ из восходящих минерализованных газо-гидротермальных пороков выделяемых глубинными вулканическими очагами. Часть рудного вещества этих потоков отлагалась на пути подъема, формируя при этом вулканогенные гидротермально-метасоматические месторождения, вторая часть потоков вулканогенные гидротермально-осадочные месторождения достигала дна моря, образуя. В связи с этим обстоятельством температурный режим формирования колчеданных месторождений был различным, что позволяет подразделить их на:

1. высокотемпературные, с начальной температурой от 450ºС и выше;

2. среднетемпературные, с начальной температурой от 300ºС;

3. низкотемпературные, с начальной температурой менее 200ºС.

Расположение полей колчеданных месторождений в пределах поясов контролируется центрами вулканической деятельности. Положение отдельных месторождений также определяется приуроченностью их к вулканическим постройкам. Рудные тела обычно имеют форму согласных пластообразных залежей с примыкающими к ним минерализованными линейными разломами, играющими роль рудоподводящих каналов.

В соответствии с рассмотренными условиями образования колчеданных руд колчеданные месторождения подразделяются на три типа:

1) вулканогенные гидротермально-метасоматические (месторождения на Курильских островах в Японии и Малом Кавказе);

2) вулканогенные гидротермально-осадочные (пояс Рэд Лейк в Канаде);

3) комбинированные колчеданные залежи (Япония).

Лекция №6

Экзогенные месторождения полезных ископаемых

Экзогенная серия подразделяется на три группы месторождений:

1. выветривания; 2) россыпные; 3) осадочные.