Е. В. Зайкова, В. В. Зайков

Институт минералогии УрО РАН

liza@ilmeny.ac.ru

 

 

Проблема формирования палеозойских кремнисто-железистых построек требует анализа строения, состава и закономерностей размещения подобных сооружений в современных океанических структурах [3, 4, 7, статья Е. В. Стариковой в наст. сборнике]. Основанием для предлагаемого обзора послужили данные по гидротермальным полям окраинных частей современных и древних океанов. Несмотря на то, что данные по современным океанам до сих пор довольно ограничены, они имеют большое значение для понимания механизма и условий накопления кремнисто-железистых отложений, соотношения с сульфидными постройками. Примером может служить гидротермальное поле ТАГ, открытое именно по низкотемпературным гидротермам восточного склона внутреннего рифта. Высокотемпературные “черные курильщики” были открыты позднее, однако именно им уделялось основное внимание.

Бассейн Манус является междуговой расширяющейся структурой [1, 7]. Его особенностью является присутствие в срединном рифте наряду с базальтами дацитов и риодацитов. Восточное гидротермальное поле Пакманус располагается вблизи хребта Пуал на глубине около 1800 м и сложено дацитами с редкими андезитами и риодацитами. Гидротермальные залежи поля представлены сферическими и коническими оксидно-железистыми телами размером первые метры, которые срастаются в темные холмы. Некоторые трубы с жерлами и латеральными оторочками поднимаются на высоту до 4 м. Иногда поверхность труб покрыта белыми налетами и слоем прижерловой фауны. Гелеподобная смесь водных оксидов Fe и Mn с незначительным содержанием Si, Al, Na, Mg, Ca, K и Р наблюдалась в цементе между обломками вулканических пород севернее гидротермального поля.

Гuдротермальные жерла в восточном Манусе наблюдаются также в 25 км к северу, в районе ДЕСМОС, где залежи железистых оксидов и измененных лав с рассеянным пиритом и самородной серой залегают в кальдере андезит-базальтового вулкана. Р. Бинс и С. Скотт [7] указывают, что богатый оксидами Mn материал мог формироваться непосредственно в процессе гидротермальной эксгаляции при низкой температуре.

Исследованиями в северной части бассейна Манус среди толеитовых и “задуговых” базальтов обнаружены 4 гидротермальных поля, в том числе 2 активных (“Венский лес” и “Белая башня”) с цинковой специализацией. Некоторые трубы покрыты опаловыми корочками, на базальтах отмечаются пятна охр. В точке с координатами 3° 09’77’’ ю. ш., 150° 16’88’’ в. д. выявлено низкотемпературное гидротермальное поле с истечением прозрачных теплых вод. Такое же истечение наблюдалось в 10 км к северо-востоку, где обнаружено несколько придонных построек высотой до 2 м, часть из которых сложена оксидными минералами железа и марганца, часть – сульфидами.

Бассейн Вудларк расположен восточнее острова Новая Гвинея и ограничен вулканическими дугами [1, 7]. Основная масса гидротерм сосредоточена в кальдере подводной г. Франклин, имеющей диаметр 2 км, высоту 250 м. Оксиды и гидроксиды железа и марганца отлагаются из активных низкотемпературных гидротермальных источников в смеси с опалом и нонтронитом. Преобладают конические постройки высотой от нескольких сантиметров до 7 м. Строение крупных построек зональное. Поверностная черная мелкобугорчатая корка мощностью 1–2 см состоит из оксидов железа (Si-содержащий протоферригидрит) и марганца (бернессит и тодорокит). Промежуточная ярко-оранжевая пористая зона мощностью 5–20 см состоит из Si-содержащего протоферригидрита и опала с реликтами бактериальных обособлений с повышенными содержаниями фосфора. В одной из построек в переходном слое наблюдаются темно-зеленые включения нонтронита. Внутренний слой – нонтронитовый. Отмечается развитие нонтронита по ферригидриту. Во всех названных зонах часто присутствует опал. Небольшие ярко-оранжевые постройки лишены железо-марганцевой корки. Крупные постройки высотой до 7 м имеют пьедестал, сложенный гидроксидами марганца. Температура гидротермальных струй определена около 30 °C.

Междуговой бассейн Тонга-Кермадек. На гидротермальном поле Лау-северное [1] металлоносные отложения сосредоточены в долине шириной 250–300 м и глубиной 25–50 м, осложняющей осевой свод во внутреннем рифте. Трубообразные и конические сульфидные постройки окружены каймой низкотемпературных гидротермальных отложений шириной около 100 м. Они представлены рыхлыми осадками желтого цвета, расположенными, главным образом, между подушками базальтоидов. При движении к сульфидной зоне поля количество таких осадков увеличивается, и появляются небольшие холмики, сложенные смесью нонтронита с рентгеноаморфными гидроксидами железа. Выделяется “Поле рождественских елок”, где конические постройки высотой 50–70 см имеют зональность, сходную с описанной выше для бассейна Вудларк. Внутренняя часть желтого, оранжевого, бурого цвета содержит протоферригидрит, ферригидрит и опал, в меньшей степени – нонтронит. Поверхностная черная корка состоит из протоферригидрита, ферригидрита, бернессита, Fe-вернадита и Mn-фероксигита. Наличие реликтов бактериальных матов говорит о значительной роли бактериальных процессов в образовании минералов.

В южной части бассейна Лау (поле Лау-южное) на хребте Валу Фа встречены разнообразные гидротермальные поля: низкотемпературные с марганцевой и железо-марганцевой минерализацией, среднетемпературные с баритовыми и барит-сульфидными постройками, высокотемпературные с сульфидными сооружениями [1, 9]. Mn и Fe-Mn отложения встречаются в виде корок на вулканитах, небольших построек, в цементе вулканокластов [10]. Железистые отложения сложены аморфными фазами с редкими зернами гетита и нонтронита. Минералы марганца представлены хорошо окристаллизованным бернесситом и тодорокитом.

Хребет Хуан-де-Фука. В центральном сегменте хребта низкотемпературная гидротермальная минерализация установлена в кальдере вулкана “Гора осевая” [3]. Металлоносные отложения образуют прерывистую полосу шириной 300-700 м. В центральной части поля на поверхности базальтов обычны тонкие плотные белоснежные пленки опала. Здесь отмечены низкотемпературные гидротермальные источники, coпpoвождающиеся донными организмами. Наиболее крупные гидротермальные сооружения представлены колоннами диаметром около 5 и высотой около 10 м. Поверхность колонн осложнена многочисленными козырьками, вздутиями и кавернами, иногда покрытыми белыми бактериальными матами, колониями вестиментифер и альвиннелид. Температура гидротерм в устьях построек около 10 ºС, а в центре 100–150 ºС. Колонны венчаются мелкими трубообразными выростами. Сложены постройки опалом, сфалеритом, марказитом, баритом, вюртцитом, халькопиритом. К периферии поля гидротермальные постройки сменяются охрами, которые состоят из рыхлых рентгеноаморфных гидроксидов железа и опала. Ближе к центру поля среди них имеются холмики и трубки высотой от 5–10 см до 1 м, диаметр которых колеблется в пределах 5–20 см. Нижняя часть сооружений имеет кирпичный или оранжевый цвет и сложена рыхлыми гидрокcидами железа. Верхняя часть имеет светло-желтый, желтовато-коричневый цвет и содержит примесь опала. Осевая часть наиболее крупных колонн образована рыхлым аморфным кремнеземом. На периферии охры заполняют понижения рельефа и пространство между подушками базальтов.

Саяно-Тувинское окраинное море. Гематит-кварцевые сооружения изучены на Кызыл-Таштыгском колчеданно-полиметаллическом месторождении раннекембрийского возраста [4]. В кремнисто-терригенной толще, перекрывающей колчеданоносный риолит-базальтовый комплекс, на протяжении 3 км залегают тела железистых пород холмообразной формы и их руины. Холмы имеют поперечник основания 30–90 м и высоту 5–8 м, сложены кварц-гематитовыми породами однородной, пятнистой, брекчиевой текстур красного, вишневого, коричнево-красного цвета. Гематит распределен неравномерно в виде прожилков, гнезд, хлопьевидных агрегатов. Отдельные тела в кровле сложены брекчиевидной красной, во внутренних частях – массивной однородной коричнево-красной гематит-кварцевой массой.

Холмообразные постройки сопровождаются “шапкой” и шлейфом пестрых агломератовых брекчий, сложенных щебнем и глыбами гематит-кварцевых пород. Цемент брекчий псаммито-псефитовый, реже алевролитовый сероцветный и красноцветный. Железисто-кремнистые постройки залегают на лиловых и серых алевролитах. Гематит-кварцевые обломки у подножия тел вдавлены в эти осадки, из-за чего контакт брекчий с подстилающими отложениями неровный. Это свидетельствует о том, что при росте гидротермальных сооружений и их разрушении, окружающие илы не были литифицированы.

Западно-Магнитогорская палеоостровная дуга. Кремнисто-железистые постройки приурочены к кровле андезито-базальтового комплекса и протягиваются цепочкой вдоль хр. Ирендык. Они залегают обычно в основании ярлыкаповского яшмового горизонта и вмещают марганцевое оруденение. Наиболее изученными являются постройки на Файзулинском, Кызыл-Ташском, Уразовском месторождениях [2, 6]. Длина этих построек составляет 100–300 м, высота 5–20 м. Уникальными являются находки пригидротермальной фауны на Файзулинском месторождении.

Сибайский междуговой бассейн. Янзигитовская постройка на южном фланге Сибайского палеовулкана имеет поперечник 100–150 м и высоту 30–50 м [7]. В ее строении выделены два гидротермально-осадочных цикла, нижняя часть которых представлена брекчиевыми метасоматическими джасперитами с реликтами гиалокластики, средняя – высокожелезистыми кварц-гематитовыми породами однородного и кавернозного сложения, верхняя – массивными алыми яшмами. В кровле гематит-кварцевого холма присутствует цепочка линз мощностью 0.5–2 м, сложенных оксидами марганца.

Восточно-Магнитогорская палеоостровная дуга. На Куросанском месторождении гематит-кварцевое тело залегает на сульфидизированных базальтах. Основу тела составляют 4 сближенные линзы магнетит-гематит-кварцевого состава общей протяженностью 100 м и мощностью в раздувах до 5–10 м. В их основании отмечены гематит-кварцевые прожилки среди гиалокластитов. Центральная часть линз состоит из массивных алых “стекловатых” гематит-кварцевых пород, сложенных глобулярными, сферолитовыми, обломковидными агрегатами. Верхняя часть тел представлена кварц-магнетит-гематитовой породой с отдельными обломковидными гематит-кварцевыми обособлениями [7].

На палеогидротермальном поле “Лисьи Горы” джасперитовые постройки залегают в средней части разреза кремнисто-терригенной толщи, которая перекрывает андезито-базальтовый комплекс. Эти тела в виде четкой цепочки прослежены на 270 м и имеют мощность 5–10 м. Подводящие каналы среди подстилающих осадочных пород наблюдались под наиболее крупным телом джасперитов, имеющем размер 30×15 м. Каналы сложены брекчиевидными породами, состоящими из угловатых обломков кварца и джасперитов (размеры обычно менее 1 см) в лимонитовом цементе. Присутствуют почковидные стяжения гетита, псевдоморфозы лимонита по пириту, оксидно-марганцевые желваки размером до 10 см.

Западно-Мугоджарская зона. В западном борту Берчогурской синклинали железисто-кремнистые отложения прослежены на 80 км в кровле базальтов среди базальной кремнистой пачки. Тела имеют плитообразную и холмообразную, реже – воронкообразную форму при мощности 2–7 м. Нижняя поверхность пластов неровная, обусловлена морфологией вулканического ложа. Выше залегают алые и темно-лиловые гематит-кварцевые породы однородной, пятнистой и брекчиевой текстур. В них содержатся полосы красно-бурой полосчатой породы с комковатой, бугорчатой поверхностью напластования. Верхняя граница гематит-кварцевых слоев ровная, с согласным налеганием полосчатых яшм, содержащих обломки джасперитов. Подводящие каналы фиксируются штокверками гематит-кварцевых жилок, и трубообразными зонами гидротермального изменения в базальтах: гематитизации, окремнения и пиритизации. Широко развитая в базальтовой толще гиалокластика мало подвержена изменениям, обычно лишь хлоритизирована и карбонатизирована.

Сопоставление материалов по кремнисто-железистым отложениям разновозрастных океанических окраин показывает как сходные, так и отличительные черты. Сходство заключается в том, что описанные постройки приурочены к базальтовым и риолит-базальтовым комплексам, имеют холмообразную морфологию, сопровождаются марганцевым оруденением. Оксиды железа и марганца, часто в связи с кремнеземом, образуются обычно в краевых частях гидротермальных полей или в активных зонах при затухании гидротермальной деятельности, когда увеличивается доля морской воды во флюиде и падает температура источников. Как и в современных океанах, где гидротермальное вещество на 90–95 % рассеивается в водной толще и служит источником для синхронных металлоносных осадков, в палеоокеанах гидротермальные образования холмов по латерали сменяются осадочно-гидротермальными стратифицированными отложениями.

Основным отличием построек является масштаб проявления. В палеозойских окраинно-океанических структурах кремнисто-железистые постройки имеют более значительные размеры, достигая высоты 20–50 м, и распространены повсеместно в основании осадочного чехла над базальтовыми, риолит-базальтовыми и андезит-базальтовыми комплексами. Кремнисто-железистые постройки установлены также в перекрывающих кремнисто-терригенных толщах вне видимой связи с вулканогенными породами.

Задачей дальнейших исследований кремнисто-железистых построек является выявление механизмов отложения и преобразования вещества на всех стадиях их геологической истории в разных геологических ситуациях. Необходимо оценить роль различных явлений в формировании построек за счет гальмиролиза гиалокластики [5], метасоматоза пород на путях движения гидротерм, собственно гидротермального отложения, биологических факторов, диагенеза, гидрогенных процессов, условий захоронения и последующего метаморфизма. Можно ожидать, что соотношение этих процессов будет отличаться в различных комплексах: базальтовых, андезито-базальтовых, риолитовых, кремнисто-терригенных.

Большой проблемой является оценка кремнисто-железистых построек на золотое оруденение, признаки которого установлены во многих рудных районах. Не решен окончательно вопрос о соотношении данных сооружений с пластовыми гальмиролитическими залежами и сульфидными рудами. Нужно решить: являются ли (и какие) железистые постройки результатом действия отработанных сульфидоносных гидротерм, либо фланговыми образованиями высокотемпературных полей, или результатом специфических гидротермальных процессов, безрудных в отношении цветных металлов.

Исследования проведены при поддержке Минобрнауки (проект 01_1204ф), интеграционного проекта совместных исследований УрО РАН – СО РАН, Приоритетного направления Президиума РАН № 14.