Э. Г. Кассандров

Сибирский научно-исследовательский институт геологии,
геофизики и минерального сырья, г. Новосибирск

kassandrov@sniiggims.ru

 

 

Важнейшей сырьевой базой многих металлургических комбинатов являются месторождения гидросиликатно-скарново-магнетитовой формации в складчатых областях. Исторически сложилось, что эти месторождения в течение длительного времени рассматривались как контактово-метасоматические, сформировавшиеся вокруг материнских гранитоидных или сиенитоидных плутонов при замещении благоприятных литологических типов пород или в трещинных зонах. Источником железа для образования месторождений считались либо сами интрузивы, либо высокожелезистые магматические и реже – осадочные породы. В последнее время в качестве источника тепла, энергии, вещества и способа транспортировки обосновываются интрателлурические флюиды. В качестве рудообразующей определяется рудно-магматическая система в целом.

Отличие наших представлений заключается в подходе к образованию гидросиликатно-скарново-магнетитовых месторождений как сложной поликомпонентной системы, формирующейся в процессе тектонической, магматической, седиментационной и метаморфической деятельности. Образование месторождений прослеживается в парагенетической связи с формированием рудовмещающей толщи, в то время как большинство предыдущих исследователей свои генетические построения начинали с середины геологической истории – времени становления интрузий и связанной с ними метасоматической деятельности. Важно отметить, что скарновые и гидросиликатные магнетитовые месторождения складчатых областей не встречаются вне ареалов вулканизма.

Они формировались в условиях активных континентальных окраин, разновозрастных островных дуг и континентальных рифтогенных структур. В первых двух случях формировались металлогенические провинции или районы фемического типа (Кузнецко-Алатауский, Восточно-Саянский, частично Горно-Шорский и др.), а в третьем – сиалического типа (Алтай, Еравнинский, Атасуйский и др.). Общим для них обязательным условием тектонической обстановки является проявление процессов растяжения земной коры с преобладанием в одних случаях мантийных, а в других – мантийно-коровых рудообразующих систем.

Процессы формирования железорудных месторождений в складчатых областях определяются следующими главными факторами: источником рудного вещества, способами и формами его переноса, механизмом и средой рудоотложения, этапами преобразования рудных залежей.

Вероятными источниками рудного вещества рассматриваются эндотермальный, экзотермальный и смешанный. Эндотермальный магматический источник рудного вещества в качестве главного или одного из главных предполагается практически для всех скарново-магнетитовых месторождений. Механизм реализации этого источника может быть различным: ликвация магматического расплава, отделение металлоносных флюидов, излияние или внедрение рудной лавы; интрателлурические растворы и флюиды, обычные гидротермы и флюиды из расплава. Концентрация железа в результате ликвации андезито-базальтовых магм и вообще – силикатных расплавов, давно доказана экспериментально. Она наблюдается или достаточно обоснованно предполагается в природных объектах. В приповерхностных магматических очагах может обособляться расплав, содержащий до 95 % окислов железа и 5 % силикатных компонентов. Расплав в процессе вулканической деятельности может образовывать лавовые потоки, сложенные магнетитом, маггемитом, гематитом, лепидокрокитом, а также формировать субвулканические штоки и дайки (магнетитовые лавы раннечетвертичного вулкана Лакко в Чили). Подобные образования отмечаются на Холзунском и других месторождениях Алтая, а также на Анзасском, Ярышкольском, Абаканском, Казском и других месторождениях в Алтае-Саянской складчатой области (АССО).

С поступлением эндогенного вещества на дно современных океанов и окраинных морей связан гидротермальный процесс и рудообразование разных типов. При этом масштабы поступления вещества на дно в десятки раз превосходят масштабы вулканических процессов на суше. Возникающие над выводными каналами плюмажи (факелы) рудоносных растворов могут быть источниками рудонакопления на удалении от зон истечения. Постепенное выпадение рудного вещества по трассе миграции плюмажей с придонными течениями сопровождается формированием стратифицированных зон минерализации. Контрастное изменение условий приводит к обвальному выпадению вещества. Во всех случаях продукты накопления, по данным А. И. Кривцова, имеют стратифицированный характер с различной плотностью рудного вещества (гнезда-желваки, вкрапленность, массивные пластовые руды).

Наземные фумарольно-сольфатарные поля современных вулканических поясов известны как крупные источники металлов, в том числе и железа. В нашей стране они широко изучены на Камчатке и Курильских островах. Железистые осадки относятся к наиболее распространенным и мощным на участках проявления термальных сульфатно-хлоридных, сульфатных и углекислотных вод, а также окружающих их холодных источников. На о. Итуруп, по данным С. И. Набоко, в проточных озерах кальдеры Б. Хмельницкого в настоящее время формируется месторождение Лимонитовый Каскад, запасы которого ежесуточно увеличиваются более, чем на тонну. Огромные количества железа фумарольно-сольфатарных полей и рудных отложений термальных источников постоянно выносятся в море, а также могут быть погребенными или, наоборот, размытыми при трансгрессии. Для месторождений и рудопроявлений Алтая, а также некоторых магнетитовых месторождений других районов Алтае-Саянской складчатой области, такой источник железа может быть весьма существенен. По геологическим данным на этих месторождениях подрудные вулканогенно-осадочные пачки сформировались в субаэральных условиях и несут на себе следы фумарольно-сольфатарной деятельности.

Способы и форма переноса рудного вещества, механизм и среда рудоотложения. Наиболее распространено представление о переносе металлов в виде хлоридов и комплексных соединений. По экспериментальным данным и наблюдениям над современными продуктами извержений и фумарольно-сольфатарной деятельности металлы переносятся также в хлоридно-сульфидно-силикатных растворах. В последнее время доказывается возможность переноса железа соляными хлоридными расплавами. Главными факторами, определяющими переход железа в водный раствор, являются летучесть НСI и общая концентрация хлоридов в растворе, а факторами, влияющими на форму переноса и отложение химических элементов – состав минералообразующих растворов, свойства растворенных веществ в условиях высоких температур и изменение кислотности–щелочности в ходе эволюции растворов. Известно, что в водной среде трехвалентное железо весьма чувствительно к кислотности и оказывается устойчивым в растворе лишь при очень низком рН, равном 2–3. При повышении рН гидролиз солей трехвалентного железа резко возрастает, а получающиеся при этом мицеллы Fe(OH)₃ коагулируют. В зависимости от аниона полная высадка железа происходит при несколько меняющемся рН, но не выше 5.5. Также чувствительно трехвалентное железо к наличию электролитов.

Вулканогенно-осадочные руды формируются в прибрежно-морских условиях как вдали, так и в непосредственной близости к вулканическим аппаратам, в том числе в кальдерах и кратерах. Рудоотложение происходит как при активной вулканической деятельности, так и в момент затишья. Максимум его приходится на участки встречи обогащенных железом вод с рифовыми постройками или вообще с ареалом интенсивного карбонатонакопления. Карбонатные породы и илы являются щелочным барьером для кислых металлоносных вод и вызывают массовое выпадение в осадок соединений железа. Окисные руды часто переходят по простиранию в сульфидные, что отмечается на скарново-магнетитовых месторождениях АССО, гематитовых месторождениях Германии и в других районах.

Этапы преобразования вулканогенно-осадочных рудных залежей. На месторождениях складчатых областей выделены следующие этапы: эпигенез, постмагматическая низкотемпературная пропилитизация в вулканитах, динамотермальный метаморфизм, локальный приразломный метаморфизм и метасоматоз, контактовый метаморфизм и гидротермальный метасоматоз. Гидротермальный метасоматоз – один из главных факторов, приводящий к образованию богатых и легкообогатимых железных руд за счет первичных вулканогенно-осадочных концентраций железа. Многоэтапность проявления интрузивного магматизма и связанного с ним гидротермального метасоматоза обусловливают многоэтапность и стадийность преобразования первоначальных руд и оруденелых пород, а также их главного минерала – магнетита. Это отмечается практически на всех главных месторождениях АССО и других складчатых поясов.

Главная особенность преобразования стратифицированных сингенетичных железорудных залежей заключается в отсутствии значимого дополнительного привноса железа из глубинных горизонтов или магматических очагов. Биметасоматическая реакция между вулканогенно-карбонатным и рудным материалом внутри рудоносных пачек и толщ осуществляется, как правило, без выноса железа. В итоге формируются гидросиликатные и скарновые магнетитовые руды, состав которых определяется РТ условиями и составом исходных руд и пород. Сначала происходит внутрислойная и внутрипластовая роговиковая перекристаллизация рудного вещества часто с сохранением тонкой ритмичной полосчатости. Затем за счет местного перераспределения железа формируются участки однородных вкрапленных и массивных руд. Далее, в зонах повышенной трещиноватости возникают относительно богатые переотложенные разнозернистые, в том числе, крупнокристаллические пластинчатые и пегматоидные магнетитовые руды в виде линз, гнезд и жил, обычно не выходящих за пределы рудных пачек или толщ. Руды многоэтапных магнетитовых месторождений более богатые.