uzluga.ru
добавить свой файл
1
Лекция 5


Эндогенная серия


МАГМАТИЧЕСКАЯ ГРУППА МЕСТОРОЖДЕНИЙ


В магматическую группу входят месторождения, образовавшиеся в процессе дифференциации металлоносной магмы непосредственно из расплава. Полезным ископаемым при этом могут быть сами магматические породы (лабрадориты, уртиты). В этом случае весь интрузив может представлять собой месторождение. Чаще, однако, образование месторождений происходит следующими способами.

1. Рудносиликатная магма при охлаждении разделяется на две несмешивающиеся жидкости - силикатную и рудную, раздельная кристаллизация которых приводит к образованию ликвационных месторождений.

2. Рудные компоненты (металлы и др.) при затвердевании магмы входят в состав минералов ранних стадий кристаллизации, формируя раннемагматические м-ния.

3. Рудные компоненты накапливаются в процессе кристаллизации расплава в его остаточной фракции и кристаллизуются после затвердевания породообразующих силикатов, формируя позднемагматические м-ния.




http://geo.web.ru/Lectures/Ariskin/lecture_05/800_fig_0001.jpg


Как правило, магматические м-ния представлены смесью всех трех путей образования. Сложность проблемы связана также с неравномерностью, стадийностью и прерывистостью поступления порций расплава, часто разных по составу, к месту рудообразования. Однако условно по преобладающему типу сформировавшихся руд выделяют, соответственно, ликвационные, ранне- и позднемагматические месторождения.

Кроме того, в каждом классе выделяют две фации: глубинную и вулканическую.

Формирование магматических месторождений часто происходит в условиях растяжения земной коры, так как необходимо наличие:

а) "пути" для расплава, поднимающегося к поверхности;

б) свободного объема, занимаемого расплавом при формировании интрузии.

При вулканических извержениях второй пункт не играет существенной роли.



http://geo.web.ru/Lectures/Ariskin/lecture_05/800_fig_0002.jpg




Sketch showing the general features of a magma chamber.  Not to scale.

http://www.science20.com/tuff_guy/magma_chambers_part_ii_magma_mushes-84812


ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ


Главные факторы, определяющие ход минералообразования - химический состав магмы, температура, давление, концентрация рудных компонентов и состав окружающих пород.

Магма - силикатный расплав, поднимающийся из глубин Земли и являющийся источником формирования магматических месторождений. Характерные особенности этой группы м-ний следующие:

- месторождения связаны преимущественно с ультраосновными, основными и щелочными интрузиями;

- интрузии имеют повышенное содержание рудных компонентов;

- рудоносные интрузии, как правило, глубоко дифференцированы; недифференцированные интрузии обычно не содержат месторождений.

Температура исходной магмы была весьма высокой. Так, на глубине 100 км она может достигать 1500 С. Понижение температуры при подъеме магмы к поверхности вызывает охлаждение расплава и его кристаллизацию - от сверхбыстрой (образование вулканических стекол) до весьма длительной (в крупных интрузиях). При переходе от ультраосновной магмы к кислой происходит понижение температуры кристаллизации расплава (от 1500 до 700 С). Снижение температуры кристаллизции вызывается также накоплением летучих веществ (вода и др.) в расплаве. Поэтому самые поздние выплавки из интрузии застывают при значительно меньшей температуре, чем у исходной магмы в начале кристаллизации.

Давление при образовании интрузий также высокое. Оно обычно определяется литостатическим давлением вышележащих пород и увеличивается с каждым километром вглубь на 27,8 мегапаскалей (МПа). Другие единицы измерения давления соотносятся с данной величиной следующим образом: 1 атм. = 760 мм рт. ст. = 1 бар = 100000 (или105) н/м2 = 105 Па. В частности, давление, необходимое для возникновения алмаза, составляет около 5000 МПа, что приблизительно соответствует 150-километровой глубине. Большую роль играет высокое внешнее давление, удерживающее летучие компоненты в расплаве. Резкое падение давления вызывает "вскипание" расплава и его кристаллизацию.


Концентрация химических компонентов (исходный состав расплава), как температура и давление, является термодинамическим параметром физико-химических процессов, происходящих в магме. От нее зависит последовательность кристаллизации минералов. Главную роль играют содержания кремнезема, глинозема и щелочей. По соотношению этих компонентов определяется тип магматических пород. Так, по содержанию двуокиси кремния выделяются ультраосновные (около 40 %), основные (40-52%), средние (52-65%), кислые (65-75%) породы; по концентрации щелочей - нормальные и щелочные породы. Щелочными бывают все из вышеперечисленных разновидностей, это - независимый параметр!

Состав окружающих пород оказывает большое влияние на ход магматического рудогенерирующего процесса, особенно в случае их интенсивной ассимиляции (усвоения) магмой. Это вызывает резкое изменение химического состава расплава и его кристаллизацию.


ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЛИКВАЦИОННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ


Наиболее типичный представитель месторождений этой группы - сульфидные медно-никелевые месторождения. Экономическое значение их весьма велико - при эксплуатации получают 60-70% мировой добычи Ni и около 6% Cu, а также - платиноиды, Co, Au, Ag, Se, Te и др. Наиболее крупные из них: Норильская группа в Красноярском крае (Норильск-1, Талнах, Октябрьское), Печенга (Кольский п-ов), месторождения Канады (Садбери, Дулут и др.), Стиллуотер (США), Инсизва (ЮАР), Калгурли, Камбалда (Австралия), м-ния Китая. Совсем недавно открыта новая перспективная провинция данного типа м-ний - Канская глыба (Восточный Саян) со средним по запасам Кингашским м-нием.

Региональные структуры земной коры. Все медно-никелевые м-ния расположены на древних щитах и платформах и приурочены к зонам тектономагматической активизации (ТМА) с образованием крупных синклинальных структур (прогибов).




Типичный трапповый рельеф. Видны потоки базальтов, формирующие уступы (ступени) в рельефе.

Река Снейк, Вашингтон, США


http://ru.wikipedia.org/wiki/Трапп

Материнскими породами, как правило, являются гипабиссальные интрузии основного и ультраосновного состава. Вмещающие породы формируются обычно в три этапа.

1) Излияние лав и образование мощных толщ основных вулканитов, а также вулканогенно-осадочных платформенных пород.

2) Внедрение пластовых и секущих рудоносных интрузий.

3) Внедрение даек основного состава.

Характерной особенностью большинства рудоносных интрузий является их расслоенность (дифференцированность): в нижней части формируются ультраосновные породы (до перидотитов), часто серпентинизированные; в верхней части - габбро, габбро-диориты, т.е. более кремнекислые породы.

Возраст образования различен: от архейского и протерозойского (Балтийский, Канадский щиты, Австралийская платформа, Канская глыба), до раннемезозойского (Сибирская платформа) и даже среднего мезозоя (трапповый магматизм Южной Африки - Инсизва).

Структура, наиболее благоприятная для локализации рудоносных массивов, представлена комбинацией из крупных разломов краевых или внутренних частей платформы и пологих синклиналей. Первая создает благоприятные условия для подъема магмы, вторая - формирует массивы типа лополитов.

Рудные тела ликвационных месторождений размещаются внутри, по периферии и вблизи материнских интрузий (Смирнов, рис 25). Руды: сингенетические - вкрапленные, эпигенетические - массивные и прожилково-вкрапленные, жильные, полосчатые.

В целом, различают несколько вариантов формирования руд.

1) Интрузия небольшая и кристаллизовалась на небольшой глубине (быстрое охлаждение расплава). В этом случае капли сульфидов застывают, не успевая дойти до дна, при этом формируются висячие залежи вкрапленного оруденения.

2) Интрузия более крупная и кристаллизуется на большей глубине. Сульфидные капли успевают опуститься на дно, образуя густовкрапленные (сплошные) донные залежи.

3) В условиях медленного остывания, при наличии уже застывших вмещающих пород и еще жидкого сульфидного расплава последний при наличии благоприятных тектонических условий (дроблении пород) отжимается в трещины, образуя крутопадающие или пологие пластовые жилы (залежи), либо секущие (эпигенетические) тела при значительном перерыве между застыванием пород и сульфидов. Сульфидный расплав может выжиматься и в "раму" интрузии.

4) При длительном остывании на больших глубинах могут накапливаться сульфидно-силикатные расплавы, которые затем, выжимаясь к поверхности, образуют расслоенные залежи, в которых объемы сульфидной и силикатной частей не соответствуют друг другу.

5) В случае концентрации летучих (H2O, CO2, H2, H2S и др.) соединений в остаточном расплаве последний формирует сульфидно-силикатные руды с водосодержащими сульфидами в виде штоков и вкрапленных руд, в том числе во вмещающих породах.

Минеральный состав руд достаточно выдержан для месторождений всего мира. Главные минералы: пирротин, халькопирит, пентландит и магнетит. Второстепенные рудные минералы разнообразны: минералы меди (борнит, халькозин, ковеллин, кубанит, валлериит, дигенит, самородная медь); никеля (никелин, хлоантит, виоларит, миллерит, бравоит, полидимит, мелонит); м-лы кобальта (Co-пентландит, кобальтин и др.), м-лы благородных металлов (золота, платины, палладия, иридия, серебра и др. Встречаются также пирит, титаномагнетит, ильменит, хромшпинелиды, марказит, макинавит, молибденит, сфалерит, галенит, самородное железо и многие другие.

Из нерудных (жильные и породообразующие минералы здесь - одно и то же!) распространены оливин, ромбические и моноклинные пироксены, плагиоклазы. Второстепенные: гранаты, эпидот, серпентин, актинолит, тальк, хлорит, ильваит, карбонаты, графит и др.

Текстуры руд: массивная, полосчатая, брекчиевая, брекчиевидная, вкрапленная, прожилково-вкрапленная и др.

Структуры руд: сидеронитовая, зернистая, порфировая, распада твердого раствора и др.

Околорудные изменения: серпентинизация, амфиболизация, хлоритизация, оталькование, карбонатизация.

Запасы - сотни миллионов тонн руды.

Содержание Ni в товарной руде составляет 0.4-3%, Cu - 0.5-2 %, платиноидов (в сумме) - до 20 г/т.


ПРИМЕРЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ




Геологическое строение рудного района Садбери (Sudbury)

http://gsc.nrcan.gc.ca/mindep/metallogeny/ni_cu_pge/sudbury/index_e.php#fig01



Схематический разрез одного из месторождений района Садбери

http://gsc.nrcan.gc.ca/mindep/metallogeny/ni_cu_pge/sudbury/index_e.php#fig01


Рудный район Садбери по запасам и геологии является уникальным объектом. Существуют две гипотезы его образования. Согласно одной, месторождение приурочено к докембрийской кальдере вулкана, расположенной на глубинном разломе, по другой - рудоносная магма внедрилась в разлом, образованный весьма экзотическим способом - от удара гигантского метеорита. В любом случае на Канадском щите среди метаморфизованных вулканогенно-осадочных пород гуронской серии на площади 60·20 км располагается лополитообразный габбро-норитовый (Pl + CPx + OPx) плутон (Смирнов, рис 24). Интрузия отличается от других рудоносных массивов отсутствием циклических (повторяющихся) образований и высоким содержанием SiO2.

Вероятно, магма основного состава была контаминирована (насыщена) кварцевым материалом вмещающих интрузию пород при неизменном соотношении Fe/Mg; она стала вязкой и неспособной к расслоению. Термодинамический анализ системы FeO - SiO2 - FeS2 показал, что добавление в нее кремнезема способствует обособлению (сегрегации) растворенных сульфидов без одновременного осаждения силикатов, что и привело к накоплению богатых руд. Выделены три структурно-текстурных типа руд.

1) в самом плутоне - сплошные руды в нижней части и вкрапленные - в верхней;

2) в подстилающих ударных (по метеоритной гипотезе) брекчиях - прожилково-вкрапленные руды;

3) в дайках норитов и габбро за пределами плутона - вкрапленная минерализация.


Норильско-Талнахская группа м-ний связана с мезозойскими траппами. Рудно-магматический узел находится на северо-западе Сибирской платформы и тесно связан с минерализованными триасовыми гипабиссальными силлами. Интрузии контролируются крупным разломом, имеют зональное строение и сложены в основании пикритами и пикритовыми габбро-долеритами (до 25-40% оливина), а в кровле - фельзитовыми (кварцсодержащими) габброидами. В лежачем боку силлов выделяется горизонт сплошных руд, с которым ассоциирует наиболее богатая медно-никель-платиновой минерализацией.



http://en.wikipedia.org/wiki/Norilsk




Fig. 04.04. The rift-related nickel–copper–PGE deposit Norilsk–Talnakh, Russia. Modified from Glaskovsky et al. (1977).




Залежь сплошной сульфидной руды

http://to-associate.livejournal.com/?skip=20



Пентландит. Маяк р-к, Талнахское м-ние, Норильск (р-н), Ср. Сибирь (С), Россия. Образец: Мин. музей им. А.Е. Ферсмана РАН ([№76407], Свешникова О.Л., 1975). Фото: © А.А. Евсеев.

http://geo.web.ru/druza/l-Norilsk.htm

В кровле интрузивов развиты вкрапленные руды, а в подошве во вмещающих породах - прожилково-вкрапленные. Согласно существующей генетической модели базальтовые магмы, пересекая осадочный чехол, ассимилировали серу и кальций из эвапоритов. Сера из сульфатной восстанавливалась до сульфидной. Восстановительному характеру процесса способствовал углерод, захваченный магмой из подстилающих угленосных горизонтов. Сульфидный расплав, близкий по составу к пирротину, в виде капель собирали рассеянные в расплаве никель, медь и элементы платиновой группы. Соответственно, при кристаллизации сульфидного расплава сперва выделялся никелистый пирротин, затем-пентландит и в конце - халькопирит. Процесс рудообразования протекает в интервале от 800 до 150 С. Часто наблюдаются расслоенные капли (сверху - пирротин, снизу - халькопирит). По средневзвешенной мощности роговиков (около 140 м), длительность внедрения и становления Талнахской интрузии и связанных с ней руд составляет около 1000 лет.


ГЛАВНЫЕ ПРИЗНАКИ ЛИКВАЦИОННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ


1) Тесная пространственная связь рудных залежей с породами основного и ультраосновного состава дифференцированных интрузий.

2) Тяготение рудных залежей к придонным частям интрузий.

3) Слабые околорудные изменения пород, незначительные первичные геохимические ореолы (не всегда).

4) Относительно простой и выдержанный минеральный состав.

5) Наличие расслоенных каплевидных сульфидных вкрапленников.

6) Характерная сидеронитовая структура руд и отсутствие замещения ранних силикатов сульфидами.