Блог

Масленников В. В.
МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ РУДНО-ФОРМАЦИОННЫХ И РУДНО-ФАЦИАЛЬНЫХ ТИПОВ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ РУДНО-ФОРМАЦИОННЫХ

 И РУДНО-ФАЦИАЛЬНЫХ ТИПОВ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 В. В. Масленников

 Институт минералогии УрО РАН, Миасс, Россия

 

Месторождения колчеданного семейства – яркий пример минералогического разнообразия генетически единой группы рудных месторождений. Существующие классификации не в полной мере объясняют все минералогическое разнообразие месторождений колчеданного семейства. Очевидно, для объяснения этого необходим новый генетический подход, объединяющий результаты анализа различных факторов минералообразования. Разработанная в последние десятилетия гидротермально-осадочная концепция формирования колчеданных месторождений по модели «черных курильщиков» подсказывает, что минералообразование в сульфидных постройках обусловлено различными процессами, среди которых ведущую роль играют гидротермальные, придонные гипергенные (гальмиролитические, диагенетические) и постдиагенетические (катагенетические и метаморфические). Следы деятельности первых двух процессов могут быть обнаружены на слабо метаморфизованных колчеданных месторождениях, в которых сохранились признаки исходных гидротермально-крустификационных, гидротермально-метасоматических, гидротермально-осадочных, гидротермально-биогенных, рудокластических и субмаринных гипергенных (гальмиролитических) рудных фаций.

Основные особенности минералообразования в колчеданоносных системах связаны с температурой, Eh, pH, fO2 и fS2 поступающих флюидов, которые во многом отражают степень их смешения с морской водой. Предполагается, что последовательное отложение халькопирит-пиритовых и сфалерит-галенитовых руд происходило из геохимически единого раствора вследствие различия температур, необходимых для достижения насыщения раствора. Точки критического насыщения составляли 300–330 °C для халькопирит-пиритовой ассоциации, 250–270 °С [4] – для пирит-сфалеритовой и еще меньше – для блекловорудно-галенитовой [5]. Марказитсодержащие ассоциации формируются при температурах менее 240 °С [3]. Действительно, температуры гидротермальных флюидов, вырывающихся из труб современных «черных курильщиков», достигают 350 °С и более. Именно «черные курильщики» имеют отчетливую минералогическую зональность с отдельными халькопиритовыми, пиритовыми и сфалеритовыми зонами. В более низкотемпературных трубах гидротермальный халькопирит исчезает, и минеральные ассоциации, в основном, представлены сфалеритом и марказитом. Однако, температура не является исключительным фактором при колчеданном минералообразовании. Температура, как и другие параметры, зависит от степени смешения флюидов с холодной океанической водой, обладающей окислительными свойствами.

Смешение с морской водой приводит к окислению Н2S, HS–, S2- и соответствующих комплексов металлов. Наименее окисленными, вероятно, оказываются те флюиды, которые проходили через базальты – породы, богатые восстановителями. Более окисленными становились флюиды, проходившие через дациты и риолиты, при равной степени смешения с океанической водой. В первом случае газов и анионных групп много больше, чем катионов металлов: (H2S+HS–+S2-)>>(Fe+Cu+Zn+Pb), – что позволяет осаждаться всем без исключения металлам в виде сульфидов. Состав руд отражает концентрацию металлов в породах: Fe>>Cu>Zn>Pb. Избыток H2S частично окисляется до Sº или S22-, что создает благоприятные условия для формирования дисульфида железа – пирита. Таким образом, формируются бедные пиритовые месторождения Кипрского рудно-формационного типа, содержащие редкую вкрапленность халькопирита и очень редко – сфалерита.

Для второго случая предполагается, что окисление флюидов привело к преобладанию катионов: (H2S+HS–+S2-)<<(Fe+Cu+Zn+Pb). Дефицит восстановленных форм серы сделал существенным механизм избирательного сульфидобразования: в первую очередь отлагались сульфиды металлов, обладающие большим сродством к сере (Cu, Pb, Zn) по сравнению с железом. По этому механизму, очевидно, сформированы бедные пиритом гидротермальные разновидности «желтых» (халькопиритовых) и «черных» (галенит-барит-сфалеритовых) руд рудно-формационного типа Куроко. Месторождения Уральского рудно-формационного типа, ассоциирующие с риолит-базальтовыми комплексами, по минеральному составу руд занимают промежуточное положение между месторождениями Кипрского типа и типа Куроко.

Высоковосстановительные свойства гидротермальных флюидов, сформировавших колчеданные месторождения Кипрского рудно-формационного типа, были неблагоприятны для отложения примесных металлов в собственной минеральной форме, например, теллуридов и арсенидов. Основное количество металлов (Co, Bi, Sn, Mo) осаждалось совместно с сульфидами в виде изоморфных примесей или тонко рассеянных форм в главных сульфидах (пирите и халькопирите). Обычным является изоморфизм Se, Te, AscS главных сульфидов. С другой стороны, при формировании гидротермальных фаций месторождений типа куроко флюиды были слишком окисленными, чтобы сформировать теллуриды и арсениды, поскольку As2- и Te2- не достигают необходимых для отложения минералов концентраций. Таким образом, в рудах вместо арсенидов и теллуридов кристаллизовались сульфиды (галенит), разнообразные сульфосоли и самородное золото. Оптимальные промежуточные физико-химические параметры, очевидно, имели флюиды, сформировавшие гидротермальные фации колчеданных месторождений Уральского рудно-формационного типа и близких к нему членов колчеданного семейства (тип Норанда, некоторые разновидности месторождений Алтайского типа). Гидротермальные колчеданные руды этих месторождений нередко содержат теллуриды, арсениды и сульфоарсениды. Дефицит серы по отношению к металлам может также возникнуть на колчеданных постройках, развивающихся на серпентинитовом основании (Рейнбоу, Логачев в Атлантическом океане. В последнем случае в высокотемпературных гидротермальных трубах вместо пирита появляются пирротин и обильные сульфиды, сульфоарсениды никеля и кобальта, а также самородное золото. Полученные эмпирические закономерности хорошо согласуются с термодинамическим расчетами и диаграммами устойчивости сульфидов, теллуридов, арсенидов, сульфоарсенидов, сульфосолей и продуктов их окисления при высоких и средних температурах.

Иные аргументы приемлемы для объяснения минералогической специализации колчеданных руд, сформированных низкотемпературными субмаринными гипергенными растоворами. К таким рудам относятся, прежде всего, сульфидные, баритовые и оксидные диагениты, сформировавшиеся по обломочным сульфидным отложениям в результате диагенетических (включая гальмиролитические) преобразований и почти полностью утратившие облик исходных сульфидных осадков [1, 2].

Минеральный состав новообразованных главных минералов в сульфидных диагенитах определялся литологическим факторами минералообразования, среди которых наиболее важными являются состав исходных рудокластов, размеры обломков, состав примесных нерудных осадков. Все эти факторы определют кислотно-основные условия диагенеза обломочных сульфидных отложений [2]. На месторождениях Кипрского типа и типа Бесси преобладают пиритовые диагениты, которые образовались по халькопирит-пиритовым рудокластитам в условиях высококислотного диагенеза. Кислые условия обеспечены окислением исходного колломорфного пирита. В кислых гипергенных средах происходило кислотное выщелачивание халькопирита и новообразование эвгедрального пирита. На месторождениях типа Куроко (Баймакского, Алтайского), напротив, преобладают сфалеритовые, халькопиритовые, галенитовые, борнитовые, теннантитовые или баритовые диагениты, при подчиненном развитии или отсутствии пиритовых разновидностей. В последнем случае микроскопические исследования свидетельствуют о выщелачивании исходного пирита с замещением его халькопиритом, а халькопирита – борнитом, теннатитом и сфалеритом в ассоциации с галенитом и баритом, с появлением электрума и кюстелита. Отмечаются признаки нарастания интенсивности замещений к кровле каждого из сульфидных циклитов (ритмов), что указывает на придонные (диагнетические) условия сульфидообразования в рудокластических осадках. Предполагается, что диагенез сульфидных рудокластитов на месторождениях типа Куроко происходил в щелочных условиях, поскольку гипергенные кислоты, связанные с окислением пирита, нейтрализовались сфалеритом – преобладающим минералом в рудокластах. Это способствовало формированию диагнетических минералов, устойчивых в слабокислых или нейтральных и щелочных условиях (халькопирит, сфалерит, галенит). Основным донором восстановленной серы служил растворяющийся сфалерит [2]. Сульфидные диагениты колчеданных месторождений содержат все разновидности, характерные как для месторождений Кипрского типа, так и для месторождений типа Куроко. Однако чаще всего в них преобладают халькопирит-пиритовые диагениты.

Сульфидные диагениты характеризуются своеобразной акцессорной минерализацией, отличающейся от минерализации гидротермальных рудных фаций. В сульфидных диагенитах месторождений Кипрского типа или типа Бесси, залегающих среди слоистых базальтовых тефротурбидитов, появляются сульфиды меди и кобальта, сульфоарсениды кобальта и железа и блеклые руды. Эти же новообразованные минералы, могут быть встречены и на некоторых месторождениях Уральского типа или близких к нему подтипов. В сульфидных диагенитах месторождений типа Куроко они почти не встречаются (за исключением арсенопирита и блеклых руд). Типовыми для сульфидных диагенитов месторождений типа Куроко (Баймакского, Алтайского) и Уральского типа являются сульфиды меди и серебра (акантит, ялпаит, штромейерит, маккинстриит, дигенит), сложные сульфиды с Sn, Ge, V (моусонит, граппа германита-колусита и др.), разнообразные мышьяковые и сурьмяные сульфосоли Cu, Ag, Pb, а также электрум и самородное серебро (кюстелит). В некоторых случаях в сульфидных диагенитах месторождений Баймакского типа, промежуточного между типами Куроко и Уральским, встречаются редкие диагенетические теллуриды и сульфотеллуриды, представленные гесситом, алтаитом, кервеллеитом и иногда – волынскитом [1].

Таким образом, с одной стороны, разнообразие физико-химических параметров гидротермальных растворов предопределило минералогическую специализацию различных рудно-формационных типов колчеданных месторождений. Понимание минералогической специализации в данном случае основано на выявлении взаимосвязи рудных и магматических формаций с учетом структурных, палеовулканических и геодинамических условий их формирования и анализа минералогического состава месторождений. С другой стороны, минералогическая специализация обусловлена отличиями условий диагенеза обломочных сульфидных отложений. Чем больше обломочных сульфидных отложений в колчеданной залежи, тем более влиятельным на конечный облик руд являлся именно этот фактор минералообразования. Из вышесказанного следует, что в рамках развития рудно-формационной классификации колчеданных залежей для понимания минералогических особенностей в пределах каждого типа необходимо учитывать соотношение гидротермальных и преобразованных обломочных рудных фаций. 

Рудно-фациальный анализ колчеданных месторождений мира показал, что форма рудных залежей и соотношение придонных гидротермальных и рудокластических фаций взаимосвязаны. Чем больше рудокластических мелкообломочных фаций присутствует в залежи, тем более пластообразной оказывается ее форма. В каждом рудно-формационном типе выделяются свои морфогенетические или рудно-фациальные ряды. Каждый ряд образован четырьмя – пятью морфогенетическими типами или морфотипами: 1) сульфидные башни, трубы и колонны с небольшими рудокластическими конусами у подножья; 2) слабо разрушенные гидротермальные сульфидные холмы с крутыми склонами, с преобладанием гидротермальных массивных руд и элювиальных рудных брекчий над мелкообломочными рудокластическими фациями; 3) сильно эродированные гидротермальные сульфидные холмы с пологими склонами, переходящие в чашеобразные линзы с преобладанием грубообломочного рудокластического материала над мелкообломочным; 4) рудокластические залежи с реликтовыми гидротермальными постройками; 5) переотложенные пластообразные и лентовидные залежи с преобладанием мелкообломочных рудокластитов и полосчатых продуктов их придонного преобразования; От первого к последнему типу уменьшается количество гидротермальных, гидротермально-осадочных и гидротермально-преобразованных фаций, постепенно исчезают колломорфные руды, ухудшается сохранность фрагментов труб «черных курильщиков» и сульфидизированной фауны, увеличивается степень диагенетической дифференциации сульфидов.

В Кипрском рудно-формационном типе примерами первого морфотипа являются коллоноообразные, трубообразные постройки в Срединно-Океаническом хребте Тихого окенеа, второго – месторождение Байда (Оман), третьего – Скуриотисса (Кипр), Жарлы-Аша (Урал), Худесское (Северный Кавказ), поле ТАГ в Атлантическом хребте, четвертого – Летнее (Урал), Аарджа (Оман); пятого – Бесси (Япония), Зимнее (Урал). Месторождения начала ряда почти не содержат акцессорных минералов, а по мере перехода к концу ряда появляются редкие диагенетические сульфоарсениды, блеклые руды и галенит.

Более отчетливой в подобном ряду выглядит смена ацессорных минералов применительно к месторождениям Уральского типа (типа Норанда в Канаде). Аналогов сульфидных построек Уральского типа пока в современных океанах не обнаружено. Во втором морфотипе (Озерное, Яман-Касы, Сибай на Урале, Миленбах и Балд-Маунтин в Аппалачах) среди акцессорных минералов преобладают разнообразные теллуриды, и характерными являются сильванит, фробергит, маттагамит, теллуровисмутит, иногда алтаит, гессит, волынскит, раклиджит, а также арсениды (леллингит) и сульфоарсениды (кобальтин, арсенопирит) и др. В третьем морфотипе (Учалы, Узельга, Макан, Тарньер, Сафьяновское, Молодежное и Гайское нижнее на Урале, Николаевское на Рудном Алтае), кроме теллуридной (теллуровисмутит, петцит, алтаит и др.) и сульфоарсенидной (арсенопирит, глаукодот) минерализации, на выклинках рудных тел в борнит- и теннатит-содержащих рудах появляются сульфиды и сульфосоли меди и серебра, обильное самородное золото. Аналогичная минерализация сохраняется в месторождениях четвертого морфотипа при уменьшении роли теллуридов и сульфоарсенидов и возрастании значения галенит-барит-борнит-блекловорудной ассоциации с сульфидами меди и серебра, появление минералов групп колусита и германита (Талганское, XIX Партсъезда, на Урале, Тарсис в Иберийском поясе). К пятому морфотипу может быть отнесено Восточно-Молодежное рудопроявление (Урал), состоящее из теннатит-сфалерит-халькопиритовых диагенитов.

В типе Куроко, включающем также огромную группу родственных подтипов (Баймакский, Алтайский, Малокавказский, Иберийский, Батурст, Понтийский), первый морфотип сульфидных построек наблюдается на современных гидротермальных полях Западно-Тихоокеанской островодужной ситемы. Минералогия этих руд пока изучена слабо, однако среди акцессорных минералов встречаются галенит и сульфосоли меди и серебра, иногда – сульфиды мышьяка (поле Джейд). Данные о теллуридах и арсенидах отсутствуют. Типичным представителем второго морфотипа является Валенторское месторождение на Северном Урале, сульфидные трубы которого содержат многочисленные включения теллуридов, в первую очередь теллуровисмутита и гессита, в ассоциации с самородным золотом, а на флангах в борнитовых диагенитах преобладают сульфотеллуриды серебра, самородное золото, теннантит и минералы групп колусита, реньерита и германита. К этому же морфотиту, вероятно, относится нижняя залежь Орловского месторождения (рудный Алтай), богатая теллуридами. К третьему морфотипу этого же типа относятся главное рудное тело Октябрьского месторождения, Стержневая Линза, III Интернационала (Урал), некоторые рудные залежи Футуробе (Япония), Лаханос (Понтиды), Хелиер (Тасмания). В рудах этих месторождений иногда сохраняются теллуриды, сульфотеллуриды и сульфоарсениды при преобладании сульфидных диагенитов с галенитом, блеклыми рудами, сульфидами и сульфосолями меди, самородным серебром и электрумом. В четвертом морфотипе колчеданных залежей теллуриды почти не встречаются (Джуса), за исключением гессита (Александринское, Балта-Тау), иногда алтаита (Барсучий Лог на Урале) и других теллуридов (Тишинское, Стрежановское в Рудном Алтае). В рудах этих месторождений распространены сульфиды и сульфосоли меди и серебра, иногда сульфотеллуриды серебра (Балта-Тау, Бабарык, Уваряж, Звездное на Урале, некоторые месторождения группы Футуробе). К пятому морфотипу, завершающему этот ряд, относятся свинцово-цинковые месторождения, залегающие в вулканогенно-осадочных (Розбери в Тасмании, Батурст в Канаде, Озерное, Холоднинское, Горевское в Сибири, Ма-Артур и Маунт-Айза в Австралии) и карбонатных (Миргалимсай) толщах. Для этих месторождений типоморными являются сульфосоли серебра и свинца.

В рудно-фациальных (или морфогенетических) рядах увеличивается относительный объем кварцевых, баритовых, халькопиритовых, сфалеритовых, борнитовых, галенитовых или теннантитовых диагенитов. В пределах выявленных рядов установлена закономерная смена минеральных ассоциаций от неустойчивых в окислительных условиях к более устойчивым. Например, теллуриды Bi, Hg, Pb, Ag, Au сменяются сульфосолями этих металлов, а также самородным золотом и серебром. В рудно-фациальных рядах месторождений Уральского и Куроко типов наблюдается смена дисульфидной, теллуридной и арсенидной минерализации сульфидной и сульфосольной с соответствующим уменьшением в минералах отношения содержаний восстановленных ионов серы, теллура и мышьяка к содержаниям металлов. Также наблюдается нарастание роли халькофильных (Pb, Cu, Zn) и благородных (Au, Ag) металлов по сравнению с сидерофильными (Fe, Co, Ni) в соответствии с электрохимическим рядом химических элементов.

Таким образом, минералогическая специализация рудно-формационных типов колчеданных месторождений обусловлена изменениями свойств гидротермальных флюидов при смешении их с морской водой и взаимодействии с вмещающими породами. С другой стороны, минералогические особенности рудно-фациальных (или морфогенетических) типов колчеданных залежей во многом определялись временем экспозиции руд на океаническом дне, то есть степенью разрушения сульфидных построек и придонного преобразования рудокластических отложений.

Работы выполнялись при финасовой поддержке РФФИ (05-05-64532), гранта Минобразования и науки № РНП 2.1.1.1840, Президиума РАН № 17 и ОНЗ-2 “Глобальное сравнение рудных фаций колчеданных месторождений”.

 

Литература 

  1. Зайков В. В., Масленников В. В., Зайкова Е. В., Херрингтон Р. Е.Рудно-формационный и рудно-фациальный анализ колчеданных месторождений Уральского пареоокеана. Миасс: ИМин УрО РАН, 2001. 315 с.
  2. Масленников В. В.Литогенез и колчеданообразование. Миасс: ИМин УрО РАН, 2006. 384 с.
  3. Halbach P.  E., Tunnicliffe  V., Hein J.  R.Energy and mass transfer in marine hydrothermal systems. Berlin, 2003. 365 p.
  4. MetzS., Trefry J.  H. Chemical and mineralogical influences on concentration of trace metals in hydrothermal fluids // Geochim. Cosmochim. Acta, 2000. V. 64. P. 2267–2279.
  5. Murowchick  J. B., Barnes  H.  L.Marcasite precipitation from hydrothermal solutions // Geochim. Cosmochim. Acta, 1986. V. 50. P. 2615–2629