Лекция: Уровни формирования месторождений

ЛЕКЦИЯ 2

Тема:

Уровни формирования месторождений

О необходимости подразделения месторождений по их глубинам образования говорилось давно. Так, еще в 1928 г. американский ученый Вальдемар Линдгрен среди МПИ выделял эпитермальные (близповерхностные), мезотермальные (средних глубин) и гипотермальные (глубокозалегающие). В 1931 году профессор Томского политехнического института М.А. Усов при описании эндогенных месторождений выделял три фации - абиссальную, гипабиссальную и эффузивную (приповерхностную).

В настоящее время выделяют четыре зоны формирования полезных ископаемых:

- приповерхностную;

- гипабиссальную;

- абиссальную;

- ультраабиссальную

Figure 1. Depth (range) of selected ore type in the time of formation. From Laznicka (2010)

Приповерхностная зона развита от поверхности Земли до глубины 0.5 км и связана с осадочными, эффузивными и экструзивными породами. Для нее характерны месторождения цветных металлов, железа, марганца, золота, серебра, алмазов и др. Здесь же формируются все месторождения экзогенной серии. Характерно заметное развитие "колломорфные" и мелкозернистых текстур и структур руд, развитие околорудных ореолов аргиллизации, цеолитизации, хлоритизации и окварцевания.

Гипабиссальная зона находится на глубине от 0.5 км до 5 км и наиболее богата разнообразием рудных образований. Здесь встречаются практически все промышленно-генетические типы эндогенных месторождений. Это - область преимущественного развития гидротермальных, скарновых, грейзеновые и магматических (в расслоенных интрузиях) скоплений ПИ. Месторождения этой зоны отличаются сложным составом руд, неравномерным распределением металлов в руде.

Абиссальная зона расположена на глубинах от 5 км до 10 км от поверхности. Месторождения этой зоны отличаются от других рядом признаков:

- простой минеральный состав;

- равномерное распределение ценных компонентов;

- преобладание кристаллических структур руд.

Здесь преобладают альбитит-грейзеновые, карбонатитовые, пегматитовые и часть магматических (хромитовые и титаномагнетитовые) месторождения.

Примером может служить золоторудное месторождение Колар в Индии, отрабатываемое на глубинах более 3 км (в настоящее время).

Ультраабиссальная зона распространяется на глубину свыше 10 км от земной поверхности до границы Мохоровичича (до 40 км - на континентах). До недавнего времени для этой зоны предполагалось редкие случаи образования месторождений метаморфического происхождения таких ПИ, как рутил, корунд, графит, флогопит и т.п. Главным "противопоказанием" для формирования месторождений иного типа считалось высокое давление, залечивающее любые возникающие трещины - проводники и места отложения рудоносных расплавов или растворов. Однако в результате проходки Кольской сверхглубокой скважины (глубина которой свыше 13 км) была обнаружена гидротермальная сульфидная минерализация (пирротин, пирит, халькопирит, сфалерит, галенит, борнит, молибденит и др.) на глубинах 6-11 км. Также здесь и в абиссальной зоне происходит метаморфическое преобразование ранее образованных руд (железо, марганец).

Т.о., в пределах тонкой верхней оболочки земной коры мощностью около 15 км - так называемой рудосферы, концентрация полезных ископаемых наиболее значительна на приповерхностном и гипабиссальном уровнях.

Длительность формирования месторождений полезных ископаемых

Длительность образования различных рудных объектов меняется в очень больших пределах: от нескольких суток до десятков и сотен миллионов лет. При этом необходимо различать разные уровни организации вещества (табл.)

Как правило, длительность формирования рудного вещества сопоставима с длительностью протекающих параллельно геологических процессов, и прежде всего - со временем образования горных пород (вмещающих рудные тела). глубина зона минеральный месторождение

При оценке длительности процессов формирования месторождений используются:

1) непосредственные наблюдения за скоростью рудоотложения. Так, отложение арагонита из горячих минеральных источников Карловы Вары (Чехия) происходит со скоростью до 2 см/месяц. По данным А. Брейтгаупта, при извержении Везувия 1817 г трещина шириной 1 м заполнилась гематитом за 10 суток.

2) Экспериментальное моделирование. Например, по результатам недавних работ, кристаллы гипса в пещере Найка (Мексика) растут со скоростью метра за 500 и более тысяч лет (в зависимости от температуры раствора)

3) Математическое моделирование рудного процесса.

4) Абсолютные датировки возраста рудных и сопутствующих минералов.

Арагонит. Псевдоморфоза по бумажному цветку розы. Карловы Вары, Чехия

Например, расчётная длительность формирования флюоритовых жил на м-ниях Восточного Забайкалья составляет 25-32 тыс. лет. Продолжительность образования магнезиально-скарновой зоны мощностью 70 м на Леспромхозном железорудном месторождении (Горная Шория) равна 17 тыс. лет. Более длительные интервалы (5-10 млн. лет) необходимы для формирования осадочных железорудных пластов или рудных комплексов расслоенных ультраосновных массивов (Бушвельд, ЮАР; Садбери, Канада).

Источники вещества МПИ

Минеральное вещество ПИ может иметь различное происхождение и поступать из разных источников. Выделяют четыре типа источников рудного вещества:

1) ювенильный магматический, связанный с разнообразными магмами;

2) ассимиляционный, возникший при захвате расплавами ранее образованных минеральных масс;

3) фильтрационный - выщелоченный водными (напр., гидротермальными) растворами из вмещающих пород,

4) экзогенный, образованный в результате выветривания горных пород и переноса вещества в виде истинных растворов или взвесей в водные бассейны.

В седиментогенных (осадочных) и метаморфогенных месторождениях вещество может быть местным (автохтонным) или привнесенным (аллохтонным).

Способы отложения минерального вещества

Главными факторами, регулирующими концентрацию и выпадение минеральной массы МПИ, являются изменения температуры, давления и химизма среды. Из магматических расплавов при снижении температуры образуется часть месторождений эндогенной серии (магматические, пегматитовые и карбонатитовые). Из жидких водных и газовых (флюидных) растворов образуется остальная часть месторождений эндогенной серии (альбититовые, грейзеновые, гидротермальные), а также инфильтрационные и осадочные месторождения. Вещество, из которого при этом образуется ПИ, может находиться в виде взвеси, истинного или коллоидного раствора. В соответствии с этим, минеральное вещество газовых и жидких растворов отлагается вследствие:

1) механической садки (осаждения);

2) биохимической садки (в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, накапливающих в себе ценные элементы);

3) коагуляции коллоидных растворов;

4) испарения и перенасыщения;

5) сорбции ценных элементов веществом твердой фазы;

6) химических реакций обмена и др.

Методы изучения МПИ

Месторождения полезных ископаемых являются закономерной составляющей земной коры. Их изучение осуществляется в следующем порядке.

1. Изучение геологического окружения и позиции в региональном плане. Используются карты масштаба 1 : 200 000 - 1 : 500 000.

2. Изучение структуры рудного поля. Карты масштаба 1 : 10 000 - 1 : 50 000.

3. Изучение условий залегания и морфологии рудных тел. Карты, планы, разрезы масштаба 1 : 2 000 - 1 : 500.

4. Изучение вещественного состава, структур и текстур руд.

5. На основании проведенных работ предлагается гипотеза о происхождении месторождения.

Методы изучения МПИ подразделяются на полевые и лабораторные. Полевые работы (основные), главным методом которой является геологическое картирование, должны определить:

1) положение тел ПИ в стратиграфическом разрезе,

2) связь (или ее отсутствие) с интрузивными породами;

3) состав вмещающих толщ;

4) тектонические условия;

5) морфология, размеры и состав рудных тел и т. п.

Для этих целей проходятся горные выработки, бурятся скважины, используются геохимические и геофизические методы и др.

Лабораторные (камеральные) исследования включают:

1) изучение состава минерального (и химического) сырья;

2) изучение его физико-технических свойств;

3) моделирование физико-химических процессов рудообразования.

При изучении рудных месторождений необходимо помнить о конвергентности и полигенности многих из них. Конвергенция - образование структур (объектов сходного типа из различных источников (например, современные самолеты разных стран очень похожи друг на друга благодаря учету законов аэродинамики, а не из-за копирования). Конвергентными называются месторождения, сходные по составу, строению и геологической позиции, но различающиеся по условиям образования. Полигенность (гетерогенность) месторождения означает, что в его формировании принимали участие различные геологические процессы и источники вещества.