КУРС ЛЕКЦИЙ

по учебной дисциплине «Геология полезных ископаемых»

федерального компонента цикла ОПД по специальности 011100

«Геология»

cОДЕРЖАНИЕ

С.

ПРЕДИСЛОВИЕ 4

МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ 7

Лекция 1. Введение 7

МОДУЛЬ 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И 14

РАЗМЕЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Лекция 2. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых 14

Лекция 3. Геологические условия формирования месторождений по- 19

лезных ископаемых

МОДУЛЬ 3. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 28

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Лекции 4, 5. Магматические месторождения 28

Лекция 6. Карбонатитовые месторождения 38

Лекция 7. Пегматитовые месторождения42

Лекция 8. Альбитит-грейзеновые месторождения 47

Лекция 9. Скарновые месторождения51

Лекции 10, 11. Гидротермальные месторождения 56

Лекция 12. Колчеданные месторождения 72

Лекция 13. Месторождения выветривания 76

Лекция 14. Россыпные месторождения 80

Лекции 15, 16. Осадочные месторождения 84

Лекция 17 (проблемная). Эпигенетические и осадочно - катагенетиче- 93

ские месторождения: современные генетические гипотезы

Лекция 18. Метаморфизованные и метаморфические месторождения 106

Рекомендуемая литература 112

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Геология твердых полезных ископаемых» относится к базовой дисциплине при подготовке студентов по специальности «Геология» и изучается на 3 курсе в 5 семестре. Еѐ значение в образовательном процессе определяется необходимостью подготовки высококвалифицированных кадров для геологической отрасли, способных использовать данные о генезисе полезных ископаемых для прогнозирования месторождений.

Цель преподавания дисциплины - получение студентами сведений об общих закономерностях формирования месторождений полезных ископаемых в процессе развития земной коры

Задачи изучения дисциплины :

- приобретение теоретических знаний об условиях возникновения, эволюции и размещения месторождений твердых полезных ископаемых;

- изучение основных генетических подразделений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых;

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данного предмета : «Химия», «Общая геология», «Структурная геология», «Минералогия», «Историческая геология с основами палеонтологии», «Петрография магматических и метаморфических пород», «Литология».

Основные компетенции студента при освоении данной дисциплины разработаны с учетом его будущей практической работы на геологических предприятий, научных учреждениях. Студент, изучивший данную дисциплину, должен знать :

- генетические типы полезных ископаемых, площади распространения полезных ископаемых, геодинамические обстановки месторождений, периодичность, длительность и глубинные уровни формирования месторождений, морфологию тел полезных ископаемых, минералого-геохимические, текстурноструктурные характеристики руд, этапы и стадии формирования руд, парагенетические минеральные ассоциации и генерации минералов, источники рудного вещества и способы его отложения, модели формирования месторождений основных генетических классов; уметь :

- на основе имеющихся геологических материалов - карт, разрезов, образцов руд и вмещающих пород, результатов их анализов создавать геологические модели месторождений полезных ископаемых;

- определять генетический тип потенциального месторождения;

- использовать принцип аналогии при прогнозировании полезных ископаемых.

иметь представление:

-о важнейших экономических показателях, определяющих промышленную ценность месторождений;

- о рудоконтролирующих структурах;

- о геологическом строении уникальных месторождений твердых полезных ископаемых.

Объем дисциплины и виды учебной работы показаны в таблице 1.

Таблица 1. Виды учебной работы по дисциплине «Геология полезных ископаемых»

Лекции по дисциплине «Геология полезных ископаемых» подразделяются на 3 модуля (раздела), которые показаны в таблице 2.

Таблица 2 Модули дисциплины

Трудозатраты студентов на изучение этих модулей неравнозначны, они существенно возрастают при освоении третьего модуля, который является главным структурным элементов данной дисциплины.

В предисловии к каждой лекции, помимо еѐ названия и трудозатрат студента в часах, приводится перечень главных вопросов, на основании которых выделяются темы дисциплины, затем кратко рассматриваются эти вопросы. В конце лекции приводятся проектные задания студентам по самостоятельной работе и рубежные тесты для самоконтроля знаний по каждой теме.

МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ

Лекция 1(2 часа) . Введение

Исторический обзор, цели и задачи дисциплины. Основные термины и понятия (полезное ископаемое, месторождение полезного ископаемого, промышленное разделение месторождений полезных ископаемых, руда, кондиции, запасы месторождений).

Курс – «Геология твердых полезных ископаемых» - является составной частью «Учения о полезных ископаемых», которое включает, помимо данной дисциплины, «Промышленные типы рудных месторождений», «Промышленные типы нерудных месторождений», «Промышленные типы горючих полезных ископаемых», «Металлогению».

Полезные ископаемые являлись важнейшим элементом среды обитания человека с момента его появления на нашей планете. Они обеспечивали человека материалами для создания жилищ, предметов и орудий быта, определяли развитие ремесел, сельского хозяйства, военной техники, удовлетворяли эстетические и культурные потребности. Вовлечение минеральных веществ в хозяйственную сферу определяло общую эволюцию человеческой цивилизации. Россия обладает мощной минерально-сырьевой базой. Однако нарастающие темпы развития современного производства требуют выявления значительных дополнительных ресурсов, сосредоточенных в крупных и высококачественных месторождениях. Потребность обнаружения новых и нетрадиционных видов минерального сырья требует дальнейшего расширения и углубления геологических исследований.

В теоретическом курсе «Геология твердых полезных ископаемых» будут рассмотрены общие закономерности формирования полезных ископаемых в процессе развития земной коры, а также частные примеры различных генетических типов месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых.

Основные термины и понятия . Студент, изучающий данную дисциплину, должен знать формулировки ряда основополагающих терминов: полезное ископаемое, руда, месторождение полезных ископаемых, промышленные кондиции.

Полезное ископаемое - минеральные массы, извлекаемые из недр земли и используемые человеком. Полезные ископаемые бывают твердыми, жидкими, газообразными. В данном курсе будут изучаться твердые полезные ископаемые. Среди них выделяются:

1)металлические (рудные) - это полезные минеральные массы из которых извлекаются металлы (из бурых железняков извлекается Fe из бокситов –Al, галенит-сфалеритовых руд - Pb, Zn) ,

2)неметаллические (нерудные) - это минералы, горные породы, которые используются целиком (соли, графит, слюда, барит, алмазы, гранит, мрамор, глина, песок и т.п.)

3) горючие – используются для получения энергии (угли, горючие сланцы, торф).

Разделение достаточно условно. Так, некоторые полезные ископаемые могут быть отнесены как к рудным, так и нерудным (магнезит – минерал используется как огнеупорное сырье и из него извлекают металл Mg). Урановые руды рассматриваются как рудное полезное, хотя их используют для получения энергии.

Руда - э то минеральный агрегат, в котором содержание ценных компонентов достаточно для промышленного извлечения. Термин относится обычно к рудным полезным ископаемым и части нерудных полезных ископаемых, если их используют не целиком, а извлекают элементы, химические соединения, минералы. Например, габбро с гнездами магнетита – железная руда (из этого агрегата минералов извлекается Fe) или агрегат минералов – барит с кальцитом и кварцем может называться рудой, когда из него извлекают ценный минерал барит. Термин руда – древнерусское название крови. Для наших предков рудокопов руда – это кровь земли. С незапамятных времен полезные ископаемые добывали в горах. Здесь рудные тела часто выходят на поверхность и доступны для разработки. Так возникла сфера деятельности – горнорудное производство – название, используемое во всем мире применительно к любым видам работ по поискам, разведке, извлечению и переработки полезных ископаемых, где бы они не производились – в горах, на равнинах или в глубинах морей и океанов.

Полезные ископаемые неравномерно распределены как по поверхности, так и на глубину, при их скоплениях образуются месторождения.

Месторождения – это отдельные участки земной коры, где в результате тех или иных геологических процессов накопилось минеральное вещество, которое по качеству, количеству, условиям залегания экономически выгодно добывать и использовать.

Промышленные кондиции – требования, которым должно удовлетворять минеральное сырье, прежде чем его скопления будут названы месторождением. К промышленным кондициям относят кондиционные запасы, кондиционные содержания полезных и вредных компонентов, кондиционную мощность и др. Кондиционные запасы минерального сырья – его количество, достаточное для рентабельного производства. Для рудных полезных ископаемых запасы исчисляются в весовых категориях (тысячах тонн, десятках тонн, тоннах, килограммах и т.п.), а для неметаллических – обычно в объемных единицах (например, м³ ). Кондиционное содержание полезных компонентов – это их минимальное содержание, при котором возможна эксплуатация месторождения. Существуют кондиции на вредные примеси в рудах (например, допустимое максимальное содержание серы в железных рудах), мощность пластов (например, минимальная мощность угольных пластов, при которой рентабельна их разработка) и другие. Кондиции меняются в связи с технико-экономическим прогрессом (в начале 20 века кондиционное содержание Cu составляло 5%, а сейчас 1-2 и менее %). Они различны для разных полезных ископаемых (таблица 2).

Таблица 3 Примеры промышленных кондиций полезных ископаемых

Кондиции изменяются и для различных регионов. Требования к сырью более низкие для экономически обжитых районов с развитой инфраструктурой, чем для труднодоступных областей, например, Центральной Сибири, Чукотки, Аляски, Гималаев. В старых горнорудных районах выгодно разрабатывать мелкие месторождения золота с содержанием его всего 1-2 г/т и массой первые килограммы (например, Урал). Для необжитых территорий нужны объекты, в которых находится десятки, и даже сотни тонн золота в рудах с концентрацией 5-

10 г/т.

История горнорудного производства. Американский этнолог Генри Люис Морган писал, что с того момента, когда варвар научился получать и применять металл, девять десятых борьбы за цивилизацию было выиграно. Первые государства на земле возникли в эпоху раннего металла.

В каменный век (8-4 тысячелетие до нашей эры) использовался кремень, кварцит, обсидиан для ножей, оружия, камни для жилища, минеральные пигменты для наскальной живописи, золотые самородки из россыпей для украшений, изготавливаются керамические изделия.

Бронзовый век (4-1 тысячелетие до нашей эры) – начался с использования человеком самородной меди, которую он находил в зонах окисления сульфидных месторождений. В очагах цивилизации изготавливались сплавы меди с оловом, свинцом, сурьмой, серебром, которые в отличие от чистой меди были прочными с сохранением ковкости. Для украшений и ритуальных предметов помимо золота использовались драгоценные цветные камни (изумруды, горный хрусталь и др.), которые находили в песках и галечниках. В качестве топлива уже применялась нефть.

В железный век (2 тысячелетие до нашей эры) в Египте, Месопотамии разработан способ получения железа из руды. Каменный уголь практически использовался еще до нашей эры, но в Европе уголь начал играть существенную роль сначала в Англии, а затем лишь с 17 века в других странах.

Основы рудной геологии и создание горнорудной промышленности относятся к средневековому периоду. Для Китая отмечается высокая цивилизация уже с 11 веке до нашей эры. В Европе интеллектуальный всплеск приходится на середину 14 века - середину 18 века – эпоху Возрождения . В этот период строятся города из камня. Развивается кузница Европы в Рудных горах (Саксонских Альпах), снабжавшая серебром, оловом, железом, медью, красками все страны этого региона. Появляются первые научные идеи о рудообразовании. Крупнейший ученый этой эпохи – Агрикола (Георгий Бауэра). Его работа «О горном деле и металлургии» в 12 книгах служила в течение нескольких столетий после его смерти основным энциклопедическим справочником по горному делу. Из фрайбергского серебра изготавливали монеты – талеры, которые быстро распространились по разным странам мира. В Америке талер был переименован в доллар. Несколько позже в России, чтобы делать монеты удобными для расчетов, их рубили на части зубилом, а новую денежную единицу назвали рублем.

В богатой Российской империи добывались строительные материалы

(главным образом известняки Подмосковья), соли Урала и бассейна Камы, сера (низовья Волги), разрабатывались болотные железные руды. Период зарождения современной горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых в России связан с активной деятельностью Петра Первого и Михаила Ломоносова. Петр лично осматривал месторождения соли в Величке, железа под Тулой, каменного угля Донбасса и вел записи в особой тетради «О познании всяческих руд».

С середины 18 века бурное развитие плавильных заводов привело к почти полному уничтожению лесов в Южной и Западной Европе, Англии. Возникла проблема замены древесного угля каменным. Проблема была успешно решена англичанином Генри Кортом, создавшим печь для получения чугуна и стали, которая отапливалась каменным углем.

В России в 1773 году открыто Санкт-Петербургское горное училище, которое существует и поныне как горный институт. Здесь и в Московском университете закладываются основы знаменитой русской школы геологоврудников.

Новый период истории (начиная с середины 19 века до наших дней) характеризуется созданием разветвленной государственной и частной структуры горнорудного дела и лавинного ускорения научно-технического прогресса. Усовершенствованы технологии отливки чугуна и стали, получены новые сплавы металлов, ранее не востребованных. Создаются сети железных дорог, мощные крейсеры и линкоры, новые отрасли - электротехническая, автомобильная, ядерная, радиоэлектронная. Получают новые строительные материалы, разрабатывают новые химические, индустриальные и строительные типы нерудного сырья (удобрения, формовочные пески и глины, цементное сырье и др.). Активно разрабатываются угольные, нефтяные и газовые месторождения. По данным американского исследователя Д.Кука за период 1943-1985 г.г. в мире было открыто 150 крупных и уникальных месторождений меди, свинца, золота, серебра, урана, молибдена, никеля.

С современным этапом связана деятельность широкой плеяды выдающихся ученых: С.Эммонса, Ч. Ван Хайза, А.Бэтмана, Ч.Парка, Г.Шнейдерхена,

В.А.Обручева, А.Е.Ферсмана, М.А.Усова, А.Г.Бетехтина, П.М.Татаринова, С.С.Смирнова, Н.М.Страхова, А.Д.Щеглова, А.Митчелла, Г.Кинга и др. Геологическая школа России является одной из лучшей в мире. Большой вклад в науку о рудных и нерудных полезных ископаемых внесли Х.Абдуллаев,

Я.Белевцев, Ю.Билибин, И.Гинзбург, А.Заварицкий, Д.Коржинский, В.Крейтер,

В.Котляр, В.Кузнецов, И.Магакьян, В.Смирнов, Г.Твалчрелидзе, Л.Овчинников, Е.Радкевич, Н.Шило, П.Иванкин и др.; в сфере месторождений нефти и газа – Н.Вассоевич, И.Губкин, С.Миронов, А.Трофимук; в области угольных месторождений - А.Гапеев, И.Горский, Ю.Жемчужников, А.Матвеев, А.Егоров и многие другие ученые, перечислить которых в рамках лекции невозможно.

Литература: [1] ^[1] , с.5-15; [7], с. 7 – 81

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Проанализировать историю освоения полезных ископаемых, составить перечень выдающихся исследователей полезных ископаемых, выучить основные термины учения о полезных ископаемых.

Вопросы для самоконтроля знаний :

1. В чем отличие рудных, нерудных и горючих полезные ископаемых?

2. Что называется месторождением полезных ископаемых?

3. Какие бывают кондиции полезных ископаемых?

4. Чем определяются запасы полезных ископаемых?

МОДУЛЬ 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗМЕЩЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Лекция 2 (2 часа). Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых

Площади распространения полезных ископаемых. Морфология тел полезных ископаемых. Минералого-геохимические, текстурно-структурные характеристики руд. Этапы и стадии формирования руд, парагенетические минеральные ассоциации и генерации минералов.

Вопрос 1. Площади распространения полезных ископаемых. В зависимости от масштабов проявления выделяют провинции полезных ископаемых, области (пояса, бассейны), районы (узлы), рудные поля, месторождения, рудные тела.

К провинциям относятся крупные структурные элементы земной коры (синеклизы, антиклизы, пассивные и активные окраины континентов, рифтовые системы, складчатые пояса, дно океана и т.п.)

Область полезных ископаемых - составной элемент провинции, имеет изометрические очертания, характеризуется набором определенных по происхождению и составу месторождений.

Рудные пояса – вытянутые линейные области, приуроченные к прогибам, глубинным разломам, зонам субдукции, рифтовым системам. Их размер - от сотен до тысяч км.

Бассейны – площади непрерывного распространения пластовой минерализации. Их площади – сотни квадратных километров.

Рудный район – местное скопление месторождений в пределах провинций, областей, поясов, бассейнов.

Рудное поле – небольшой участок земной коры (единицы, десятки квадратных километров), в пределах которого располагаются сближенные, одновременно образующиеся и генетически родственные месторождения. Рудное поле может состоять и из одного крупного месторождения с серией разобщенных залежей.

Месторождение – одно или несколько тел полезных ископаемых, объединенных общностью происхождения и приуроченных к локальной геологической структуре. Его размеры – единицы – десятки квадратных километров.

Рудное тело – скопление промышленных руд, имеющих общий контур и определенную форму.

Вопрос 2. Морфология тел полезных ископаемых. Главные формы рудных тел – пласты, линзы, жилы, трубы или столбы, штокверки, штоки, тела неправильной формы, гнезда (карманы), комбинированные залежи.

Пласты – плоские, пластинообразные тела полезных ископаемых, образующиеся в водных бассейнах синхронно с вмещающими осадочными породами (уголь, соли, фосфориты, сидериты). Морфологически на них похожи пластообразные метасоматические тела, формирующиеся по осадочным породам (например, медистые песчаники, вкрапленные галенитовые руды в горизонтах доломитов). Кроме того, выделяют пластообразные тела магматического происхождения, например, хромитовых руд в расслоенных ультраосновных плутонах. Они образуются при магматической дифференциации, механизм которой будет рассмотрен в разделе магматические месторождения.

Линзы – плоские тела дискообразной или лентообразной формы. Типичны для вулканогенно-осадочных месторождений, формирующихся в субмаринных условиях (например, линзы пирита, халькопирита в туфах кислого состава), а также могут быть образованы метасоматическим или магматическим способом.

Жилы – в подавляющем большинстве трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом. Жильные тела могут иметь и метасоматическое происхождение. Для жил выделяют элементы: зальбанды – контакты жилы с вмещающими породами со стороны висячего и лежачего боков, апофизы – ответвления, ореолы измененных околожильных пород. В пределах жил могут выделяться рудные столбы – обособленные участки с повышенным содержанием полезных компонентов. Рудные столбы бывают морфологическими, связанными с раздувами, и концентрационными, связанными с локальными высокими содержаниями ценных компонентов. Жилы бывают: простыми, четковидными, камерными, седловидными, оперяющими, лестничными. Месторождение может быть представлено одной крупной жилой (Сарылах – сурьмяное месторождение с антимонит - кварцевой жилой, мощностью до 10-17 м, протяженностью сотни м), но чаще всего на месторождении - серия мелких жил, мощностью первые метры, десятки сантиметров (Садонское жильное полиметаллическое месторождение).

Трубы, трубки, трубообразные и столбообразные залежи – рудные тела, удлиненные по одной оси. Типичны для алмазоносных тел, а также руд золота, серебра в вулканических жерлах.

Штокверк – некоторый объем горных пород, с рудной минерализацией в виде вкрапленности, многочисленными мелкими разноориентированными прожилками. Их форма может быть изометричная, трубообразная, повторяющая кровлю интрузии, или представляющая собой линейные системы («конский хвост» на медном месторождении Чукикамата).

Шток – грушевидное, круто ориентированное тело, изометричное в плане. Шток - это залежь почти сплошного полезного ископаемого. Пример – што-

ки каменной соли. Штоки типичны также для гидротермально-

метасоматических, скарновых, грейзеновых месторождений.

Тела неправильной формы – караваеобразные, с выступами и пережимами, амѐбообразные, ящичные. Характерны для субмаринных колчеданных, железно-марганцевых месторождений, скарновых руд.

Гнезда – небольшие изометричные скопления рудного вещества. Для золоторудных, ртутных, хромитовых, редкометальных месторождений в ряде случаев гнѐзда являются ведущим морфологическим типом. К этой же категории относятся карманы – изометричные накопления рудного материала в зоне выветривания, в карстовых кавернах, в полостях, пустотах или вблизи экранирующей поверхности на гидротермальных месторождениях.

Комбинированные залежи - сложной формы тела, состоящие из нескольких морфологических элементов. Часто верхняя дискообразная часть таких залежей представлена шляпкой, в нижней части которой серия доводящих жилообразных ножек (пример, Гайское медноколчеданное месторождение). Возможны и другие сочетания – пластовых и жильных форм, штоков и жил и т.д. Среди месторождений жидких и газообразных полезных ископаемых выделяют массивные залежи, пластовые, линзовидные залежи.

Вопрос 3. Минералого-геохимические, текстурно-структурные характеристики руд .Руда – агрегат рудных (т.е. ценных) минералов и нерудных (их часто называют жильными минералами). По химическому составу ценные минералы представлены:

1) оксидами железа, марганца, олова, урана, хрома, алюминия;

2) силикатами (слюды, асбест и др.);

3) сернистыми соединениями: сульфидами, арсенидами, антимонидами железа, меди, цинка, свинца, никеля, серебра;

4) карбонатами железа, марганца, магния, свинца, цирка, меди;

5) сульфатами бария и стронция;

6) фосфатами;

7) галоидами (соли, флюорит);

8) самородными элементами (золото, платина, медь).

Среди нерудных минералов обычно преобладают кварц, карбонаты, хлорит, турмалин, серицит, каолинит.

Минеральное вещество, составляющее полезное ископаемое, обладает соответствующей структурой и текстурой – т.е. рисунком, строением.

Структура руд – это строение, которое определяется формой, размерами, взаимоотношениями зерен слагающих их минералов.

Текстура – строение руды, которое определяется формой, размерами и взаимоотношениями минеральных агрегатов, слагающих руду.

Различают мега-, макро- , микро- текстуры.

Вопрос 4. Этапы и стадии формирования руд . Процессы минералонакопления при формировании месторождений протекают в течение длительного времени, которое можно разбить на этапы и стадии.

Этап – длительный временной интервал, когда происходит накопление руд одного генезиса, например, магматический этап, пегматитовый, гидротермальный.

Стадии – части этапов, в течение которых происходило накопление минералов определенного состава. Стадия отделяется одна от другой перерывом в минерализации. Этот перерыв фиксируется пересечением разновозрастных жил, брекчированием и цементацией, коррозией минеральных агрегатов ранних стадий более поздними. Стадии отличаются друг от друга изменением физикохимических параметров процесса минералообразования. В близко одновременных условиях, при близких физико-химических условиях формируются парагенетические минеральные ассоциации . Генерации минералов – это неоднократные выделения одного и того же минерала, разделенные перерывами. Например, при формировании рудных жил в течение трех стадий может быть три разновозрастные генерации кварца, три генерации пирита, одна или две генерации сфалерита. Месторождения бывают моностадийные и полистадийные. На крупных гидротермальных месторождениях насчитывают до пяти и более разновозрастных стадий, в течение которых выделяются минеральные агрегаты, совмещенные или разобщенные в пространстве. Каждая стадия соответствуют поступлению новой порции гидротермального раствора. Среди этих стадий выделяют дорудные, рудные, послерудные.

Литература: [1] , с.16-32; [2], с. 61-75. Проектные задания студентам по самостоятельной работе.

Подобрать примеры различных форм рудных тел, минерального состава тел полезных ископаемых, текстур и структур минерального вещества. Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Характеристики штока, штокверка, пласта, жилы, трубообразного тела, залежи.

2. Форма жильных тел (простая, сложная, четковидная, камерная, седловидная, оперенная, лестничная) и элементы жил (зальбанды, апофизы, рудные столбы).

3. Примеры минеральных типов руд (оксидных, силикатных, сернистых, карбонатных, сульфатных, фосфатных, галоидных, самородных).

4. Дать определение массивной, брекчиевой, прожилковой, слоистой текстурам руд. 5. Привести примеры структур руд.

Лекция 3(2 часа). Геологические условия формирования месторождений полезных ископаемых

Генетическая классификация месторождений полезных ископаемых. Геодинамические обстановки формирования месторождений. Периодичность, длительность и глубинные уровни образования месторождений. Источники рудного вещества и способы его отложения.

Вопрос 1. Генетическая классификация МПИ. Выделяются серии: эндогенная, экзогенная метаморфогенная. В сериях выделяются группы, в группах – классы, каждому классу соответствует определенный тип месторождений (таблица 4).

Таблица 4 Сводная генетическая классификация месторождений полезных ископаемых (по В.И.Старостину, П.А.Игнатову, 1997)

Вопрос 2. Геодинамические обстановки формирования месторождений с позиций тектоники литосферных плит. Полезные ископаемые являются составной частью структурно-вещественных комплексов (СВК). СВК – это комплекс пород и полезных ископаемых с характерными геологическими структурами, который формируется в определенной геодинамической обстановке. Геодинамическая обстановка связана с глубинными силами и процессами, которые возникают в результате эволюции Земли как планеты и обуславливают движение масс вещества и энергии внутри Земли и еѐ верхних оболочках. Понятие о геодинамических обстановках укрепилось во второй половине 20 века в связи с появлением геологической парадигмы – тектоники литосферных плит. Эта теория основана на мобилистских представлениях и в настоящее время практически полностью заменила существовавшую ранее геосинклинальную (или фиксистскую концепцию). Однако, большинство учебников, обширная геологическая литература написаны с прежних фиксистских позиций, которые надо знать для правильной интерпретации фактического материала (основные положения геосинклинальной концепции достаточно подробно изучаются в курсах «Структурная геология», «Тектоника»). Но на современном уровне, как научной, так и практической геологии, закономерности образования месторождений рассматривают с позиций тектоники литосферных плит. Мы рассмотрим лишь основные положения этой концепции с упором на полезные ископаемые разных геодинамических обстановок.

Основу концепции составляет орогенический цикл Уилсона , который обычно охватывает промежуток времени 200-250 млн. лет. Цикл разделяется на 5 стадий: внутриконтинентального рифтообразования, расширения океанического дна, поглощения океанической коры, столкновения литосферных плит и заключительная стадия (стабилизационная).

Стадия внутриконтинентального рифтообразования или магматизм и металлогения горячих точек. В ослабленных участках литосферных плит мантийные или магматические струи нагревают литосферу, образуют купольные поднятия, в ядрах которых генерируются магмы (кислые, реже основные, щелочные). В результате этих процессов в однородных континентальных блоках возникают системы радиальных разломов, а внутри орогенных поясов образуются линейные рифты.

С возникшими в эту стадию геологическими структурами ассоциируют следующие полезные ископаемые:

1) в межматериковых рифтах – рассолы и металлоносные осадки с медью, цинком, серебром и др. элементами (впадины Красного моря);

2) в рифтовых зонах континентов – базито-ультрабазитовые расслоенные интрузии с медно-никелевыми, платиноидными, хромитовыми и титаномагнетитовыми месторождениями (Бушвельдское, Великая Дайка, Норильское, Печенга);

3) в зонах тектономагматической активизации предрифтовой стадии: а) алмазоносные кимберлитовые и лампроитовые трубки (Ю.Африка, Якутия, Австралия); б) ультрабазито-щелочные интрузии с карбонатитами , к которым приурочены апатит-магнетитовые месторождения

с флогопитом, вермикулитом, флюоритом (Ковдорское); интрузии нефелиновых сиенитов с апатит-нефелиновой и редкоземельной минерализацией (Хибинское); интрузии щелочных гранитов с олововольфрамовыми грейзенами и тантало-ниобиевыми жильными месторождениями (Джос, Нигерия; Рондония, Бразилия);

4) во внутриконтинентальных рифтах формируются в терригенных толщах стратиформные полиметаллические руды (Саливан, Канада; Маунт-Айза, Австралия; Гамсберг, ЮАР), урановые месторождения роллового типа (Канада); в эвапоритовых комплексах залежи натриевых и калиевых солей, магнезиты, фосфориты.

Расширение (спрединг) океанического дна. В процессе прогрева в зонах мантийных струй единый континент раскалывается на несколько частей.

В эту стадию возникают срединно-океанические хребты – глубинные расколы литосферы, по которым в придонные области поступает мантийный магматический материал, который формирует океаническую кору (в основном базальтовые магмы). По мере удаления в обе стороны от оси хребта отмечается удревнение возраста коры. В начальную подстадию спрединговой стадии фиксируются самые ранние моменты зарождения океагна после раскола единой континентальной плиты (Красноморский тип). Зрелая (Атлантический тип) подстадия характеризуется вполне развившимся океаническим бассейном с четко обособившимся центральным поднятием (срединно-океаническим хребтом). С одной стороны от поднятия развиваются процессы активной окраины расколовшегося континента, а с другой – пассивной окраины. Месторождения формируются в следующих геологических ситуациях:

1) на склонах срединно-океанические хребтов и в осевых рифтах образуются вулканогенно-осадочные колчеданно-полиметаллические и оксидные железомарганцевые месторождения;

2) в глубинных зонах океанических хребтов вблизи или ниже границы

Мохоровичича формируются в дунитовых комплексах хромиты (кайнозойские месторождения Кубы); в массивах перидотитов никелевые, титаномагнетитовые, золоторудные и платиноидные руды;

3) в зонах трансформных разломов – стратиформные баритовые и вулканогенно-осадочные колчеданно-полиметаллические месторождения (Прииртышский рудный район, Казахстан).

4) на пассивных континентальных окраинах – осадочная серия (медистые песчаники, эвапориты, фосфориты, стратиформные свинцовоцинковые, барит-флюоритовые месторождения в карбонатных отложениях).

Поглощение (субдукция) океанической плиты.

1. Внешние дуги и глубоководные желоба . Здесь выводятся на поверхность возникшие ранее месторождения офиолитовой ассоциации (колчеданные кипрского типа в эффузивах основного состава, хромитовые, тальковые, асбестовые и магнезитовые в ультрабазитах). В троге внешней дуги – россыпи золота.

2. Вулканоплутоническая (магматическая) дуга . Развиты известковощелочные лавы среднего и кислого состава, а в ядерной части дугового хребта – гранодиоритовые и гранитные плутоны. С ними ассоциируют; медно-молибденовые, олово-вольфрамовые месторождения.

3. Тыловодужный магматический пояс. Мощное давление континентальной плиты создает в тыловой части зоны субдукции систему чешуйчатых надвигов, падающих на восток и утолщающих земную кору. Формируются интрузии анатектических гранитов с оловорудными месторождениями.

4. Краевой бассейн сжатия . Выполнен терригенными осадками, содержит инфильтрационное урановое оруденение в песчаниках, соли в эвапоритах, угольные пласты.

Коллизия. Столкновение континентов приводит к закрытию океана, исчезновению бассейна между ними, возникновению надвигового пояса и нового бассейна. Место сочленения маркируется сутурной зоной. В надвиговом поясе – анатектические граниты с олово-вольфрамовыми месторождениями. В бассейнах – медные и урановые инфильтрационные месторождения в терригенных толщах. В глубинных частях сутурных зон – жадеит, нефрит, ювелирные корунды.

Заключительная стадия. Возращение континента в его первоначальное состояние, затухание тектонических магматических процессов, формирование систем амагматогенных рифтов, выполненных мелководными терригеннокарбонатными осадками с седиментогенными и эпитермальными полиметаллическими, урановыми) месторождениями. В эту стадию появляются поздние континентальные вулканические пояса с золото-серебряными и полиметаллическими месторождениями.

Вопрос 3. Периодичность, длительность и глубинные уровни образования месторождений. Периодичностьформирования месторождений хорошо разработана геосинклинальной концепцией. Выделяется гренвильский, байкальский, каледонский, герцинский, киммерийский, альпийский этапы. Каждый этап характеризуется типоморфным набором полезных ископаемых.

По мобилистским теориям в истории нашей планеты выделяют пять основных металлогенических периодов:

• тонких литосферных плит(3,8-3 млрд. лет);

• высокой тектонической активности, появление мощной континентальной коры и ядра земли (3 –2,7 млрд. лет);

• возникновения первых суперконтинентов (2,7 – 1,8 млрд. лет);

• слабой тектономагматической и металлогенической активности (1,8 –

0,6 млрд. лет);

• цикличного функционирования механизма тектоники литосферных плит (0,6 –0 млрд. лет).

Длительность формирования месторожденийчасто сопоставима с продолжительностью геологических процессов. В зависимости от генетической природы образование полезного ископаемого может происходить от тысяч до десятков миллионов лет. Например, для формирования осадочных железорудных пластов необходимо 5-10 млн. лет. Жильные месторождения могут формироваться за отрезки времени до десятков тысяч лет. Образование 30 угольных пластов в Донбассе происходило в течение 60 млн. лет. Магматические комплексы месторождения Ковдор создавались 300 млн. лет.

По уровням глубинности месторождения разделяются на приповерхностные, гипабиссальные, абиссальные, ультраабиссальные.

Приповерхностные (0-1,5 км) – экзогенные, вулканогенно-осадочные руды.

Гипабиссальный уровень (1,5-3,5 км) – наиболее богат. Здесь могут формироваться почти все промышленно-генетические типы эндогенных месторождений.

Абиссальный уровень (3,5-10 км) - беднее, чем два предыдущих. Здесь образуются альбитит-грейзеновые, карбонатитовые, пегматитовые и часть магматических (хромитовых, титаномагнетитовых) месторождений, а также месторождения, ассоциирующие с крупными гранитоидными, основными и ультраосновными плутонами.

Ультраабиссальный уровень (более 10 км) - небольшая группа месторождений (дистеновые, силлиманитовые, андалузитовые сланцы, рутил, корунд и др.). Здесь также идут преобразования ранее сформированных месторождений

– т. е. образуются метаморфизованные месторождения (железа, марганца, свинца и цинка).

Вопрос 4 .Источники рудного вещества. Среди источников вещества различных генетических типов месторождений выделяют:

• ювенильный – магматический, связанный с разнообразными магмами;

• ассимиляционный, возникший при захвате расплавами ранее образовавшихся минеральных масс;

• выщелоченный водными растворами из вмещающих пород;

• экзогенный, образовавшийся в результате выветривания континентальных пород и перевода части соединений либо в истинные растворы, либо во взвеси или механические обломки и сноса их в водные бассейны.

Литература: [1] , с.32-51; [2], с. 200-205; [18]; [19], с. 34 -48

Проектные задания студентам по самостоятельной работе.

Сопоставить геодинамические обстановки и промышленно-генетические типы МПИ.

Провести анализ источников металлов при формировании месторождений.

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что относится к мантийным и магматическим источникам металлов при формировании эндогенных месторождений?

2. В каком виде, и каким путем могут выноситься металлы из верхней мантии в зону рудоотложения?

3. Какие металлы продуцируются палингенной гранитной магмой?

4. Как происходит вынос металлов из гранитных магматических очагов?

5. Что является источником металлов метаморфогенных месторождений?

6. Что является источником металлов экзогенных месторождений?

Литература: [1] , с.50 – 51; [2], 49 - 58

МОДУЛЬ 3. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Эндогенная серия

Лекции 4, 5 (4 часа). Магматические месторождения

Общая характеристика, способы дифференциации магмы при образовании магматических месторождений. Модели формирования ликвационных и раннемагматических месторождений. Особенности образования раннемагматических месторождений алмазов. Модели формирования позднемагматических месторождений.

Вопрос 1. Общая характеристика, способы дифференциации магмы. К магматическим месторождениям относятся месторождения, полезные ископаемые которых образуются из магмы. Из нерудных полезных ископаемых – это могут быть магматические горные породы (граниты, габбро и др.), которые при определенных требованиях используются как строительный, облицовочный материал. Кроме того, это могут быть полезные нерудные минералы – прежде всего алмазы, апатит. Из рудных полезных ископаемых магматического генезиса важное значение имеют руды хрома, железа, меди и никеля, платины. Полезные минералы магматического происхождения, как рудные, так и нерудные, образуются в процессе дифференциации (т.е. разделения), магмы ультраосновного, основного или щелочного состава при высокой температуре (1500-700С), высоком давлении и на значительных глубинах (3-5 км и более). Основным источником рудообразующих элементов является, вероятно, вещество верхней мантии. Об этом свидетельствует постоянная пространственная приуроченность как месторождений, так и вмещающих их пород к глубинным разломам.

В ходе становления интрузивных массивов происходила дифференциация вещества двух типов: ликвационная и кристаллизационная.

Дифференциация за счет ликвации магмы . Рудносиликатная магма при охлаждении разделяется на две несмешивающиеся жидкости – силикатную и рудную, кристаллизация которых происходит раздельно и приводит к образованию ликвационных месторождений .

Кристаллизационная дифференциация . В первичной магме не происходит ликвации. Магма остывает, и из неѐ последовательно кристаллизуются минералы: сначала наиболее высокотемпературные, а затем имеющие более низкие температуры кристаллизации. Если полезные элементы при затвердевании магмы входят в состав минералов ранних стадий кристаллизации, формируются раннемагматические месторождения. Если минералы, содержащие полезные элементы, кристаллизуются после затвердевания породообразующих силикатов, образуются позднемагматические месторождения . Такой путь обычно характерен для магм, обогащенных летучими компонентами.

Это упрощенное представление о способе образования магматических месторождений. В природе обычно одновременно реализуются все три пути магматической дифференциации вещества. Сложность связана еще и с тем, что поступление магмы может осуществлять несколькими порциями, различающимися по составу. То есть дифференциация магмы может происходить как непосредственно на месте становления интрузии, так и на более глубинных уровнях – ещѐ в магматических очагах. Однако, по преобладающему типу сформировавшихся руд, можно условно магматические месторождения разделить на ликвационные, ранне- и позднемагматические.

Вопрос 2. Модели образования месторождений: ликвационных и раннемагматических. Ликвационные месторождения наиболее характерны для сульфидных медно-никелевых месторождений, примером которых являются месторождения Норильской группы (Талнах, Октябрьское, Норильск 1), на Кольском полуострове (Печенга), в Канаде (Садбери) и др. Месторождения связаны с дифференцированными базит-гипербазитовыми массивами, обогащенными магнием. Главными геохимическими факторами ликвации магмы являются: концентрация серы, общий состав магмы, особенно содержание в ней железа, магния и кремния; содержание меди, никеля и других халькофильных элементов в силикатной фазе. На ранней стадии магматического этапа происходит ликвация - отделение сульфидной жидкости, которая принимает форму мелких капель, рассеянных в силикатном расплаве. Капли сливаются в полосы, гнезда, часть которых за счет высокой плотности под действием гравитации погружается в придонные части магматической камеры. Так возникают висячие, донные и пластообразные залежи. На средней стадии при температурах 11001200С (и более) кристаллизуются породообразующие силикаты, а сульфиды остаются жидкими. Основная часть сульфидного расплава кристаллизуется позже силикатного (на поздней стадии магматического этапа) при температурах 600-800С. Ликвационные месторождения редки. Они формировались лишь в пределах тектонически активизированных древних платформ, где пространственно и генетически связаны с дифференцированными интрузивными массивами габбродолеритов, норитов, пироксенитов и перидотитов.

Рудоносные массивы представлены лополитами, пластовыми и сложными залежами, а их размещение контролируется глубинными разломами и синклинальными структурами осадочного чехла платформ. Интрузивы, несущие оруденение расслоены. Более основные разности (пироксениты, перидотиты) слагают нижние части массивов, менее основные (габбро, долериты) – верхние.

Характерной особенностью всех медно-никелевых месторождений яв-

ляется простой состав руд. К главным минералам принадлежат пирротин, пентландит и халькопирит, реже магнетит. Второстепенные и редкие весьма разнообразны – это минералы золота, серебра и металлов платиновой группы, меди (борнит, халькозин), никеля и кобальта (миллерит, никелин) и др. Руды имеют массивную, брекчиевую и вкрапленную текстуры, средне-крупнозернистые структуры.

Раннемагматические месторождения формируются в результате бо-

лее ранней или одновременной с силикатами кристаллизации рудных минералов, т.е. благодаря обособлению твердой фазы в магматическом расплаве. первичная кристаллизация типична для некоторых рудных минералов, к числу которых относятся хромит, металлы платиновой группы, алмаз, редкометальные (циркон) и редкоземельные (монацит) минералы. Выкристаллизовавшиеся рудные минералы благодаря высокой плотности опускаются в жидком силикатном расплаве на дно магматической камеры. Здесь они перемещаются под действием гравитации и конвекционных токов, образуя обогащенные участки (кумуляты). Эти участки по составу близки к вмещающей породе, отличаются только повышенным содержанием рудных компонентов. Для раннемагматических месторождений, образующихся в ранний период кристаллизации магмы, характерны следующие особенности:

1) постепенные контакты между рудой и вмещающими породами (поэтому их оконтуривание проводится по данным опробования);

2) преимущественно неправильная форма рудных тел – гнезда, линзы, сложные плитообразные залежи, трубообразные тела;

3) преимущественно вкрапленные текстуры и кристаллическизернистые структуры руд.

К этому классу принадлежат зоны вкрапленности и шлирообразные скопления хромитов в перидотитовых и дунитовых расслоенных интрузиях (Бушвельд и Великая Дайка в Южной Африке), рудный прослой (кумулят) минералов платины в Критической зоне расслоенного Бушвельдского массива (месторождение платины Риф Меренского). Раннемагматическими являются также титаномагнетитовые руды в габброидах и графитовые месторождения в щелочных породах (Ботогольское в Восточном Саяне, месторождения Канады, Испании, Австралии). Однако главным представителем промышленных раннемагматических месторождений следует считать коренные месторождения алмазов.

Вопрос 3. Особенности образования раннемагматических месторождений алмазов (Модели образования месторождений алмазов кимберлитового и лампроитового типов).

Наибольшее практическое значение среди раннемагматических место-

рождений имеют месторождения алмазов. Они связаны с ультраосновными или основными магматическими телами – кимберлитами или лампроитами, приурочены к разломам тектонически активизированных древних платформ. Выделяют несколько главных эпох таких активизаций:

• протерозойская (Африканская и Индийская платформы),

• раннепалеозойская (Русская),

• позднепалеозойская и раннемезозойская (Сибирская, Африканская, Австралийская).

Часто процессы активизации на одной и той же платформе протекают в несколько этапов. Например, на Сибирской платформе это девонский, триасовый, юрско-меловой этапы.

Алмазоносные кимберлитовые магматические тела сложены ультраосновной порфировой породой. Кимберлиты очень редко встречаются на нашей планете. Внешне эта порода очень невзрачна и напоминает бетон, в котором сцементированы обломки разнообразных пород. Названы они по названию города Кимберли на юге Африки. Он возник на месте богатейшего россыпного месторождения алмазов недалеко от реки Оранжевой и был назван по фамилии британского министра колоний того времени. Кимберлиты образуются из магм самого глубинного происхождения, которые зарождаются на глубинах 100-200 км. Кимберлитовые магмы являются результатом частичной выплавки мантийного вещества, и обогащены летучими компонентами (СО₂ , Н₂ О, N₂ ).

Алмазоносные кимберлиты выполняют крутопадающие трубообразные тела, приуроченные к глубинным расколам, по которым мантийная магма поднимается в верхние части земной коры. Кимберлитовые трубки в сечении составляют от нескольких метров до нескольких сотен и даже тысяч метров. Они прослежены на глубины свыше 1 км. При этом их поперечные сечения резко сокращаются. Например, трубка Мира в Якутии на глубине 600 м уменьшается в 5 раз. Часто трубки на глубине переходят в дайки.

Кимберлит в трубках цементирует эруптивные брекчии (в обломках которых глубинные породы фундамента или мантии). Среди обломков (или ксенолитов) присутствуют родственные породы – оливиновые ультраосновные породы, перидотиты, эклогитовые сланцы, а также чуждые породы – это обломки осадочных, метаморфических, комагматических комплексов, которые захватываются по пути следования магмы. Образование брекчий связывается с неоднократным взрывообразным прорывом расплава и газов по узким магмоподводящим каналам. Поэтому подобные тела иначе называют кимберлитовыми трубками взрыва.

К магматическим минералам кимберлитов относят алмаз, оливин, пироп, хромит, диопсид, ильменит, магнетит, флогопит, апатит, графит. К наиболее алмазоносным относятся кимберлиты с низким содержанием окислов титана, калия, уменьшением концентраций глинозема, но повышенной хромистостью пиропа и диопсида.

На нашей планете известно более 4000 кимберлитовых трубок, но алмазоносными являются не более 1-2%.

Есть множество гипотез образования алмазов в кимберлитовых трубках. Одна из наиболее принятой – раннемагматическое образование алмазов еще в верхней мантии при температурах 1400 -1900С при очень высоких давлениях (5-9 ГПа) при устойчивом подтоке к местам кристаллизации алмазов углерода и его соединений. Затем такая магма, с некоторым количеством выделившихся из неѐ кристаллов, поднималась вдоль разломов в период тектонической активизации платформ. При этом образовывались кимберлитовые дайки. Когда давление газов в кимберлитовой магме превосходило внешнее давление – происходил газовый прорыв, сопровождавшийся дроблением горных пород. Таким образом, полости заполнялись обломками и несущей их магмой. На сибирских месторождениях такой прорыв мог начинаться с глубины в 1км и даже 3-4 км.

Другие гипотезы отличаются местом кристаллизации алмазов и источником в магме углерода. Так, алмазы, или их часть могли кристаллизоваться при высоких давлениях непосредственно в самой трубке. Высокие давления возникали в момент прорыва газов. Углерод в кимберлитовой магме мог быть не мантийный, а попадать при ассимиляции кимберлитовой магмой углеродсодержащих пород. Есть точки зрения о происхождении алмазов в связи с пневматолитовыми и другими процессами. Но самой распространенной точкой зрения является гипотеза о раннемагматическом происхождении алмазов в кимберлитовых трубках.

Примером месторождений в России являются, прежде всего, месторождения Якутии, открытые в 50-х годах 20 века. А в последней четверти 20 века было сенсационное обнаружение новой Архангельской алмазоносной провинции. Сечение алмазоносных трубок здесь достигает 300х400м.

Еще большей сенсацией было открытие коренных месторождений алмазов в Австралии в 1979 г. Первое из этих месторождений Аргайл – кимберлитовая трубка, площадью – около 45 га и рядом россыпное месторождение, протягивающееся на 35 км. Это месторождение находится в 100 км от бывшего поселка, теперь города, Кимберли на плато Кимберли. Самое интересное, что в силу исторической случайности или пророчества они были названы задолго до открытия коренных алмазов. Несмотря на редкие находки алмазов в россыпях, этот регион относился к неперспективным, так как в отличие от известных типов алмазоносных провинций, он приурочен не к древним платформам, а к складчатой области. Здесь не были найдены типичные для алмазов кимберлитовые трубки взрыва.

Новый, неизвестный до этого тип алмазов был названлампроитовым типом. Лампроит – это богатая магнием основная или ультраосновная лампрофировая порода, но в отличие от кимберлита обогащенная также калием. Лампроиты относят к особой группе меланократовых пород – лампрофирам (гипабиссальным интрузивным или субвулканическим породы, которые никогда не образуют обособленных крупных масс – это малые интрузии, некки, трубки взрыва – пространственно всегда связаны с трещинной тектоникой).

Лампроитовые тела, по сравнению с кимберлитовыми трубками, имеют большие размеры. Их формы – трубки в виде бокала шампанского, штоки, силлы и дайки. По сравнению с кимберлитами они бедны глубинными ксенолитами. Лампроитовые расплавы зародились на меньших глубинах по сравнению с кимберлитовыми. Лампроитовые магмы возникали также в результате частичного плавления верхней мантии ультраосновного состава, но несколько отличного от кимберлитовых магм. Для лампроитовых магм характерны низкие концентрации Al, Fe, Ca,, Na, В отличие от кимберлитов в лампроитах редки гранаты и ильменит, преобладают хромшпинелиды, а в основной массе имеется амфибол. Лампроиты отличаются повышенным содержанием Rb,Sr, Ba, Ti, Zr, Pb, Th, U, легких редкоземельных элементов. Многие из этих элементов, включая калий, относят к коровым.

Есть точки зрения, что лампроитовые магмы зарождались в глубинных промежуточных магматических очагах, где мантийные ультраосновные магмы насыщались коровыми элементами. Но механизм формирования алмазов в лампроитах сходен с кимберлитовыми телами. То есть это также раннемагматический минерал.

При поверхностном разрушении алмазоносных трубок образуются россыпи алмазов.

Вопрос 4. Позднемагматические месторождения. Месторождения формируются из остаточного рудного расплава, в котором концентрируется основная масса ценных компонентов. В месторождениях данного типа масса первыми кристаллизуются породообразующие силикатные минералы. Остаточный расплав под влиянием тектонических движений, внутренних напряжений и летучих компонентов заполняет в почти затвердевшей интрузии ослабленные зоны (трещины), различные пустоты и промежутки между зернами силикатных минералов. При этом развивается сидеронитовая структура, когда рудный минерал как бы цементирует зерна силикатов.

Позднемагматическим месторождениям присущи следующие черты:

1) преимущественно эпигенетический характер рудных тел, имеющих форму секущих жил, линз, труб;

2) сидеронитовые структуры, преобладание массивных руд над вкрапленными;

3) крупные размеры рудных тел, значительные масштабы месторождений достаточно богатых руд.

К позднемагматическим относятся следующие типы месторождений:

1) хромитовые в серпентинизированных дунитах и перидотитах на Урале (Кемпирсайское);

2) титаномагнетитовые в массивах габбро-перидотит-дунитового состава

– на Урале (Качканарское), в Карелии (Пудожгорское), в Норвегии Телнесс), Швеции (Таберг);

3) платиновые в дунитах, перидотитах и пироксенитах – на Урале (Нижне-Тагильское), на Алдане (Кондѐрское);

4) апатит-нефелиновые в щелочных породах – на Кольском полуострове (Хибины), в Восточной Сибири (Горячегорское, Кия-Шалтырское).

Промышленное значение особенно высоко для хромита, титаномагнетита и апатита, почти вся мировая добыча которых обеспечивается за счет месторождений позднемагматического генезиса.

Месторождения хромитов приурочены к массивам ультраосновных пород, в той или иной степени дифференцированных по составу и серпентинизированных. Массивы имеют форму лакколитов. Обычно их основание сложено серпентинизированными дунитами, в которых и располагаются рудные тела, представленные жилами, линзами, трубами, гнездами и полосами массивных и вкрапленных руд. Текстуры руд полосчатые, пятнистые, нодулярные, брекчиевые и вкрапленные. Структуры мелко- и среднезернистые. Руды сложены хромшпинелидами, магнетитом, тальком, карбонатами, иногда оливином и пироксеном.

Месторождения титаномагнетитов чаще всего генетически связаны с габбро-пироксенит-дунитовыми массивами. Рудные тела, размещение которых контролируется элементами протомагматической тектоники и более поздними разрывными нарушениями, имеют форму жил, линз, гнезд, шлиров. Текстуры руд массивные, полосчатые, пятнистые. Наиболее типична сидеронитовая структура. Основные минералы руд – титаномагнетит, ильменит, рутил. Нерудные минералы представлены пироксеном, амфиболом, основными плагиоклазами, хлоритом, реже биотитом, гранатом.

Апатит-нефелиновые месторождения генетически связаны с массивами щелочных пород. Уникальными среди них считаются месторождения Хибинского щелочного массива на Кольском полуострове. Массив имеет форму лополита конического строения, залегает среди гнейсов и кристаллических сланцев. Он сформировался в результате последовательного внедрения хибинитов, нефелиновых сиенитов и пород ийолит-уртитового ряда. С последними генетически и пространственно связаны наиболее крупные залежи апатитовых руд, создающие в плане кольцо крупных линз. Руды состоят из апатита, нефелина, магнетита, ильменита, сфена, пироксена, лопарита. Они являются комплексными, содержащими промышленные концентрации фосфора, алюминия, титана и редких элементов.

Литература: [1] , с.51-66; [2], с. 83-95; [5], с. 47 – 54, [8], с. 345 - 402

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Собрать литературные сведения по формированию ликвационных месторождений. Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что такое ликвация?

2. С какими формациями магматических пород связаны ликвационные месторождения?

3. Какие формы и внутреннее строение имеют интрузивные тела с ликвационными медно-никелевыми месторождениями?

4. При каких геологических и физико-химических условиях образуются ликвационные медно-никелевые руды?

Литература: [1] , с.52 -55; [3], с. 88 – 89, [5], 47 – 54

Изучить особенности формирования расслоенных магматических массивов и связанных с ними раннемагматических полезных ископаемых Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Какие магматические породы слагают рудоносные расслоенные массивы?; 2. Какова форма и внутренняя структура расслоенных массивов?;

3. Что такое кумуляты и как они формируются?

4. Привести примеры рудных кумулятов в расслоенных магматических массивах.

Литература: [1] , с.55 -57; [8], с. 15 – 21, 399 – 402

Подобрать материалы (интернет, публикации) по особенности формирования магматических месторождений алмазов. Назвать характерные особенности условий залегания, строения и состава позднемагматических месторождений. Вопросы для самоконтроля знаний:

1. С какими магматическими образованиями связаны месторождения алмазов? 2. Что такое кимберлиты – состав, строение кимберлитовых трубок

3. На какой глубине рождаются кимберлитовые магмы?

4. При каких температурах и давлениях образуются алмазы?

5. Где происходит кристаллизация алмазов?

6. Чем отличаются лампроиты от кимберлитов?

7. Какие типы позднемагматических месторождений имеют промышленное значение?

Литература: [1] , с.57 – 61, [15], [16]

Лекция 6 (2 часа).Карбонатитовые месторождения

Общая характеристика. Генетические гипотезы, этапы и стадии формирования рудоносных массивов. Форма карбонатитовых тел, зональность карбонатитовых массивов. Примеры месторождений (апатитмагнетитовых, флогопитовых, медных).

Вопрос 1. Общая характеристика (минеральные типы карбонатитов, связь с магматизмом, распространение, геологические структуры ). Карбонатиты - это эндогенные скопления карбонатов (преимущественно кальцита, реже доломита, анкерита), которые пространственно и генетически связаны с массивами ультраосновных - щелочных пород.

Карбонатиты на 80-90% состоят из карбонатных минералов. В них также присутствует апатит, флогопит, титаномагнетит, магнетит и редкие минералы бадделит (ZrO₂ ), пирохлор (сложный оксид редких и редкоземельных элементов), перовскит (титанат редких земель), монацит (фосфат редких земель), а также карбонаты редких земель (паризит, бастнезит).

Карбонатитовые месторождения сравнительно редки и содержат специфический комплекс полезных ископаемых, интерес к которым проявился относительно недавно. К настоящему времени обнаружено около 200 массивов карбонатитоносных ультраосновных – щелочных пород. Из них только 20 служат объектами для разработки. На территории России подобные массивы выявлены в Карелии, на Кольском полуострове, в Восточной Сибири, Приморье. За рубежом они известны в США, Канаде, Бразилии, ФРГ, Швеции, Норвегии, Финляндии, Гренландии, Австралии, Индии, Афганистане, ряде районов Африки. В плане штокообразные интрузивы ультраосновного – щелочного состава с карбонатитами занимают километры, десятки километров. Например, Кондерский массив (Алдан) в диаметре – 5,5 км. Ковдорский массив (Кольский полуостров) имеет площадь 40 км² . Возраст карбонатитов разнообразный: на Алдане - докембрийский, на Кольском полуострове – герцинский, в Бразилии, Канаде – киммерийский, в Африке – альпийский. Образование связано с тектономагматической активизацией древних континентов.

Карбонатитовые массивы относятся к многофазовым интрузиям центрального типа и характеризуются концентрически зональным строением. Среди карбонатитов встречаются «открытые» - когда ультраосновная магма достигает поверхности Земли и изливается, и «закрытые» - не доходившие в момент образования до поверхности. Вертикальный размах карбонатитов не менее 10 км. В СССР карбонатитовые тела вскрывались скважинами на глубинах порядка 0,5 км, при этом они не выклинивались.

Вопрос 2. Генетические гипотезы, этапы и стадии формирования рудоносных массивов. Ведущими являются магматическая и гидротермальная гипотезы.

Магматическая гипотеза предполагает, что карбонатиты образуются на позднемагматической стадии из карбонатного расплава, который является продуктом дифференциации щелочно-ультраосновной магмы. Подтверждением являются: экспериментальные исследования, извержения кальциевоуглекислых лав на современных Африканских вулканах (Олдонио), высокие температуры гомогенизации флюидных включений в карбонатных минералах (800-600С), ксенолиты обломков ультраосновных и щелочных пород, изотопы O, C, Mg, Sr, указывающие на мантийный источник, флюидальная текстура карбонатитов.

Согласно магматической гипотезе ультраосновные магмы формируются на глубинах более 100 км. При их обогащении Ca, Na, CO₂ и остывании до температуры 900С возможна ликвация с отделением карбонатного расплава. Это возможно по пути следования в промежуточных магматических камерах на глубинах не менее 30-40 км.

Гидротермальная гипотеза . На всех карбонатитовых месторождениях имеются признаки гидротермально-метасоматического происхождения карбонатов:

а) постепенные переходы от карбонатов к замещаемым породам, наличие

типичных гидротермальных прожилков;

б) температуры образования карбонатных минералов бывают более низ-

кими, чем в магматических образованиях (от 600 до 200С);

в) зависимость состава темноцветных и акцессорных минералов от соста-

ва замещаемых силикатных пород.

Так, Л.Бородин полагает, что все карбонатиты метасоматические. И только ультраосновные породы в карбонатитовых массивах имеют интрузивную природу. Щелочные разности пород образуются за счет нефелинизации пироксенитов.

Комплексная гипотеза . Карбонатиты имеют комбинированное происхождение, их образование начинается на магматическом этапе и продолжается на гидротермальном. Каждый этап включает несколько стадий, связанных с последовательным внедрением порций магматических расплавов: ультраосновного, щелочного, карбонатного, а также различных по составу и температурам порций гидротермальных растворов. Внедрение расплавов и растворов осуществляется по цилиндрическим, коническим, радиальным трещинам в остывающем многофазовом интрузиве.

Вопрос 3. Форма карбонатитовых тел, зональность карбонатитовых массивов. Залежи карбонатитов образуют штоки, конические дайки, падающие к центру массива, кольцевые дайки, падающие в противоположную сторону, радиальные дайки. Трубообразные карбонатитоносные интрузии ультраосновного – щелочного состава в плане характеризуются концентрически зональным строением за счет многофазового внедрения магмы. Причем зональность может быть различна. Так, на Ковдорском массиве от периферии к центру наблюдаются дуниты-перидотиты, щелочные породы, ореолы метасоматических пород – фенитов, карбонатиты. На Кондерском массиве зональность обратная – в центре ультраосновные породы, на периферии щелочные породы и карбонатиты.

Вопрос 4. Примеры месторождений (апатит-магнетитовых, флогопитовых, медных). Карбонатиты имеют важное промышленное значение. С ними связаны основные ресурсы тантала, ниобия, редких земель, существенные запасы титана, железных руд, флюорита, флогопита, апатита и др.

Полезные ископаемые карбонатитового генезиса можно представить в виде обобщенной модели, где определенный тип полезного ископаемого соответствует разной глубине формирования в трубообразном магматическом теле. На глубине 3-6 км от поверхности формируются железо, ниобий, фосфор. В средней зоне (3-2,5 км) – ниобий, тантал, редкие земли, церий, селен, фосфор, железо, флогопит. В верхней зоне из постмагматических (посткарбонатитовых) растворов образуются флюорит, барит, стронцианит. И в приповерхностной зоне накапливаются торий, редкие земли.

Главными типами промышленных месторождений являются следующие:

1) апатит-магнетитовые карбонатиты на Кольском полуострове (Ковдорское), в Африке, Канаде, Бразилии; запасы железной руды достигают сотен миллионов тонн при содержании железа от 20 до 70%; запасы апатита сопоставимы по масштабам при содержании P₂ O₅ 10 – 15 %;

2) флогопитовые карбонатиты, образованные на контакте железомагнезиальных пород со щелочными и представленные крупными зонами слюд, флогопитовыми жилами и прожилками, неравномерной вкрапленностью; качество слюды невысокое, содержание еѐ от десятков и сотен килограммов в кубическом метре до сплошных слюдяных масс (Ковдорское месторождение); в коре выветривания по флогопитам на Ковдорском месторождении образовываются богатые залежи вермикулитовых руд;

3) карбонатиты с медными рудами - месторождение Палабора (ЮАР) с запасами меди 1,5 млн. т; массив ультраосновных - щелочных пород представлен трубообразным телом в диаметре 0,5-0,7 км; центральная часть – карбонатиты, периферическая – магнетит-апатитовые руды; в карбонатитах – вкрапленники борнита, халькопирита

Литература : [1] , с.66-77; [2], с. 103-108

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Проанализировать сильные и слабые стороны различных генетических гипотез формирования карбонатитовых месторождений. Дать характеристику строения и практической ценности карбонатитов.

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Из каких минералов состоят карбонатиты?

2. С какими комплексами магматических пород связаны карбонатиты?

3. В каких геологических обстановках образуются карбонатиты?

4. Какое строение имеют карбонатитовые массивы?

5. При каких температурах формируются карбонатиты?

6. В чем заключается магматическая гипотеза образования карбонатитов?

7. Какие данные свидетельствуют о гидротермально-метасоматическом происхождении карбонатитов?

8. Привести пример полезных ископаемых карбонатитового генезиса. Литература: [1] , с.66 – 77; [3], с. 12 - 13

Лекция 7 (2 часа). Пегматитовые месторождения

Общая характеристика. Формы пегматитовых тел, возраст, глубины и физико-химические условия формирования. Генетические гипотезы образования пегматитов. Полезные ископаемые пегматитовых месторождений.

Вопрос 1. Общая характеристика пегматитов. Пегматитами называются своеобразные по минеральному составу, структурам и генезису минеральные образования, которые сложены агрегатами крупных кристаллов, относящихся к алюмосиликатам. Наиболее характерными полезными ископаемыми пегматитов являются Li, Be, Ta, Cs, Nb, Th, Sn, U, слюды керамическое сырье, пьезооптическое сырье, драгоценные камни.

По генезису выделяется две разновидности пегматитов: магматические и метаморфогенные.

Магматические пегматиты пространственно и генетически связаны с материнскими интрузиями и представляют собой позднемагматические тела, формирующиеся на завершающих стадиях глубинных массивов. Они занимают промежуточное положение между интрузивными породами и постмагматическими рудными жилами. Пегматиты располагаются внутри материнских интрузий или в непосредственной близости от них. Они характеризуются тождественностью состава с этими породами, но отличаются от них меньшими размерами, формой (жилы, гнезда), неравномерной крупно- и гигантозернистой структурой, большим количеством минералов, содержащих летучие компоненты, минерализаторы. Пегматиты могут встречаться в магматических породах любого состава. Но подавляющее количество месторождений приурочено к пегматитам в гранитоидных или щелочных магматических комплексах. Такие комплексы формируются в земной коре на глубинах более 3 км в коллизионных обстановках, в зонах тектоно-магматической активизации континентов.

Основными минералами гранитных пегматитов являются: кварц, калиевый полевой шпат, биотит, мусковит; могут присутствовать топаз, касситерит, берилл, флюорит, сподумен, турмалин, апатит, торий, редкие и радиоактивные элементы.

Пегматиты в щелочных формациях состоят из микроклина или ортоклаза, нефелина, эгирина, арфедсонита, эвдиалита, апатита, содержат цирконий, ниобий, тантал, серий, лантан, редкие земли.

Метаморфогенные пегматиты приурочены к метаморфическим комплексам пород и образуются за счет метаморфических преобразований пород. Они локализованы преимущественно в древних (докембрийских) гранитогнейсовых формациях. Их минеральный состав соответствуют определенной метаморфической фации. В обстановке дистен-силлиманитовой фации - мусковитовые пегматиты; андалузит-силлиманитовой – сложные редкометальные пегматиты (например, сподуменовые, т.е. литиевые).

Вопрос 2. Формы пегматитовых тел, возраст, глубины и термобарические условия формирования. По форме пегматитовые тела представлены жилами, реже линзами, гнездами, трубами. Например, на Мамском месторождении мусковита (в Забайкалье) пегматитовые жилы имеют протяженность до 200 м, мощность до 50 м. Встречаются в природе пегматитовые жилы и больших размеров (например, в Заире - до 5 км длиной и 400 м мощности). Плитообразные жильные тела литиевых (сподуменовых) пегматитов в Афганистане по падению прослежены на 600 м и до конца не вскрыты на глубину.

Геологический возраст пегматитов разнообразен – от архея до мезозоя. Но преобладают все же докембрийские пегматиты. Например, архейский возраст имеют пегматиты Анабарского щита, протерозойский – пегматиты Украинского кристаллического массива, Кольского полуострова. К юным эпохам количество полезных ископаемых в пегматитах уменьшается. Например, месторождения бериллия в докембрийских пегматитах составляют – 75 % от их общего количества, в палеозойских – 23 %, а в мезозойских – 2 %.

Физико-химические условия формирования Глубина формирования пегматитов – от 1,5-2 до 16-20 км. В приповерхностной зоне пегматиты не образуются. Температуры кристаллизации минералов пегматитов от 800-700С (биотит, ранний кварц) до 50С (халцедон). Процесс формирования магматогенных пегматитов начинается с отдаления остаточного магматического расплава, обогащенного летучими компонентами (H₂ O, CO₂ , F, Cl и др.). Нормальный гранит застывает при температурах ниже 1000С до800С, а в присутствии минерализаторов эти температуры могут снижаться до 730-640С.

Вопрос 3. Генетические гипотезы образования пегматитов. Несмотря на высокую промышленную ценность пегматитов, до сих пор остаются нерешенными многие генетические вопросы. Это объясняется множеством их типов, сложностью строения, неоднородности состава разных пегматитов, что свидетельствует о формировании пегматитов в широком диапазоне физикохимических и геологических условий. Геологические гипотезы расходятся по следующим пунктам: роль магматического расплава и метасоматоза, источник преобразующих растворов, степень замкнутости системы и растворимость летучих компонентов (прежде всего H₂ O) в расплаве. Можно выделить 4 основные гипотезы.

1. Гипотеза А.Е.Ферсмана , развитая затем К.А.Власовым, А.И.Гинзбургом. Пегматиты являются продуктами затвердевания специфического остаточного расплава, обособленного от магматического очага, высокоминерализованного летучими соединениями – H₂ O, F, Cl, B,CO₂ и др. Полная эволюция этого расплава происходит в замкнутой системе. Вначале кристаллизуются типичные магматические минералы, которые затем подвергаются воздействию летучих минерализаторов, создающих пневматолито-

гидротермальные растворы. Первичные минералы частично замещаются, возникают новые. А.Е.Фесман выделял 5 этапов образования пегматитов:

• магматический (900-800С);

• эпимагматический (800-700С)

• пневматолитовый (700-400С)

• гидротермальный (400-50С)

• гипергенный (менее 50С).

2. Гипотеза А.Н.Заварицкого , В.Д.Никитина и др. отрицает значение остаточного магматического расплава и ведущую роль в становлении пегматитов отдает процессам собирательной перекристаллизации близких к гранитным пегматитам пород (гранитов, аплитов). Перекристаллизация осуществляется под воздействием горячих газово-водных растворов и приводит к формированию крупно- и гигантозернистых минеральных агрегатов. 1 этап – система закрытая. Горячие газово-водные растворы находятся в химическом равновесии с вмещающими гранитными породами, перекристаллизация происходит без изменений состава этих пород. На втором этапе растворы просачиваются через боковые породы, перестают быть химически равновесными, начинаются процессы растворения, замещения, образуются сложные метасоматические пегматиты.

3. Гипотеза Р.Джонса, Е.Камерона, Ф.Хесс и др., имеющая компромиссный характер. Пегматиты образуются комбинированным путем в два этапа. На первом магматическом этапе – закрытая система, из остаточного расплава кристаллизуются простые зональные пегматиты (фракционная кристаллизация). Затем система открытая, под воздействием газово-водных минерализованных глубинных растворов осуществляется метасоматическая переработка ранее отложенных минералов с выносом отдельных компонентов. Так возникают метасоматические части пегматитов, содержащие кварц, альбит, мусковит, минералы редких металлов.

4. Метаморфогенная гипотеза (Г.Рамберг, Ю.М.Соколов) и др.) объясняет условия формирования пегматитов в древних метаморфических комплексах. Пегматиты формируются на разных стадиях метаморфогенного преобразования преимущественно докембрийских пород и по особенностям состава соответствуют фации метаморфизма вмещающих пород. Согласно данной гипотезе пегматиты – продукты регрессивного метаморфизма.

Вопрос 4. Полезные ископаемые пегматитовых месторождений. Среди пегматитовых месторождений выделяется три генетических класса: простые, перекристаллизованные, метасоматически замещенные.

Простые пегматиты по минеральному и химическому составу соответствую исходным породам. Так, простые гранитные пегматиты содержат кварц, калиевый полевой шпат, кислые плагиоклазы, бесцветную слюду, турмалин, гранат. Они характеризуются письменной (графической) структурой, не обнаруживают признаков перекристаллизации и метасоматоза. К ним приурочены месторождения керамического сырья, используемого в фарфоровой, фаянсовой промышленности – в Карелии (Хетоламбино, Чкаловское), на Кольском полуострове, Украине (Бельчаковское, Глубочанское), в Восточной Сибири (Мамско-Чуйские).

Перекристаллизованные пегматиты – имеют крупнозернистые, гигантозернистые структуры (по А.Н.Заварицкому 1 этап). Раствор находится в равновесии с составом ранних пегматитообразующих соединений. Наиболее ценный минерал этих пегматитов – мусковит. Пример месторождений – Мамский район в Сибири, Карелия, Кольский полуостров. Площадь кристаллов мусковита иногда достигает нескольких квадратных метров.

Метасоматически замещенные – с полной зональностью и наличием крупных (до 200 м³ ) открытых полостей с друзами ценных минералов. Пегматиты этого типа не только перекристаллизованы, но и метасоматически преобразованы под воздействием горячих газово-водных растворов. Характерны месторождения, имеющие важное промышленное значение: лития, бериллия, цезия, рубидия (их называют редкометальными пегматитами). Кроме того их разрабатывают на руды олова, ниобия и тантала, вольфрама, урана, редких земель. Из нерудных полезных ископаемым к ним приурочены оптическое сырье, драгоценные камни. Пример – месторождение Кайстон (США), на котором встречен сподумен (LiAlSi₂ O₆ ) длиной 16 м, в диаметре 1 м, массой 90 т. В Южной Африке на пегматитовом месторождении встречались кристаллы берилла (Be₃ Al₂ Si₆ O₁₈ ) массой 30 т. Месторождения корунда с его драгоценными разновидностями- сапфиром и рубином – Урал (Карабашское, Борзовское).

Литература: [1] , с. 77-92; [2], с. 96-102

Проектные задания студентам по самостоятельной работе Изучить генезис пегматитовых месторождений. Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Какие образования относят к пегматитам?

2. Как различаются пегматиты по составу?

3. С какими пегматитами связаны промышленные месторождения?

4. Гипотеза А.Ферсмана и еѐ недостатки

5. Гипотеза Р.Джонса, Е.Камерона и еѐ недостатки;

6. Гипотеза А. Заварицкого и критические замечания к ней;

7. Метаморфогенная гипотеза формирования пегматитов и еѐ ограничения. Литература: [1] , с.84 - 88; [2], с. 96 -99; [3], с. 82 – 95.

Лекция 8 (2 часа). Альбитит-грейзеновые месторождения

Общая характеристика альбититов и грейзенов, геологические и физико-химические условия формирования. Модели образования, геохимическая зональность. Полезные ископаемые альбититовых и грейзеновых месторождений (ниобий, тантал, уран, редкие земли, бериллий, литий, молибден, вольфрам, олово).

Вопрос 1. Общая характеристика альбититов и грейзенов, геологические и физико-химические условия формирования. Альбититы и грейзены пространственно и генетически связаны с кислыми интрузивами – гранитами, щелочными гранитами, реже со щелочными магматическими породами. Их образование обусловлено постмагматическим щелочным метасоматозом, который наиболее интенсивно проявляется в апикальных частях гранитных куполов и их апофиз, т.е. в гипабиссальных условиях.

Альбитит – это лейкократовая метасоматическая порода, основная масса которой состоит из мелкозернистого альбита, а на еѐ фоне – порфировые выделения кварца, микроклина, иногда слюды, реже амфибола. К ним приурочены рудные минералы, содержащие редкие металлы, уран, цирконий, ниобий, гафний.

Грейзен состоит из легко расщепляющегося агрегата слюды (мусковита, биотита) и кварца с примесью турмалина, флюорита, топаза. Рудные минералы представлены бериллом, литиевой слюдой (циннвальдитом), касситеритом, молибденитом, вольфрамитом.

Формирование альбитит-грейзеновых месторождений происходило за счет воздействия восходящих горячих и химически агрессивных растворов на раскристаллизовавшуюся интрузивную породу. Постмагматические растворы являлись производными тех же кислых или щелочных магм, из которых формировались интрузивы. «Пропитывая» всю массу уже застывших интрузивов по пути следования вверх к кровле интрузива, растворы перегруппировывали породообразующие элементы.

Вначале развивался калиевый метасоматоз – ранняя микроклинизация , которая происходила обычно в ядерных частях массива при температурах 650580С в обстановке повышенных давлений. Затем происходила инверсия процесса и активизировался натриевый метасоматоз при температурах 550400С, что приводило к ранней альбитизации периферических зон массивов в условиях пониженного давления. Процесс происходил на фоне восходящей кислотности раствора. При этом калий выносился и сменялся натрием. Растворы оставались ещѐ надкритическими.

Максимальная кислотность растворов наступала в следующую стадию метасоматоза – стадию грейзенизации. Растворы, поднимаясь к кровле массивов и в их надапикальные части, переходили из «надкритических» в гидротермальные. Температуры при этом снижались от 450 до 200С. В условиях повышенной активности фтора, бора из интрузивных пород выносились щелочи, алюминий, рудные элементы примеси. Так, в верхних частях интрузивов и над ними формировались грейзены.

При мощных метасоматических процессах перегруппировывались и рудные элементы. Особенностью гранитоидных и щелочных пород с альбититгрейзеновыми месторождениями является то, что они сами (изначально) содержат повышенные количества некоторых рудных элементов, концентрация которых при метасоматозе приводила к формированию их промышленных скоплений. За счет рафинирования гранитоидов при метасоматозе одни металлические элементы примеси переоткладывались в альбититах, другие – в грейзенах.

Месторождения альбитового и грейзенового генезиса известны от докембрия до альпийского возраста. Примером молодых месторождений являются штоки кислых интрузивов с альбититами в районе г. Пятигорска. Докембрийские месторождения альбититов – на Украинском кристаллическом щите.

Форма рудных тел. Для альбититовых месторождений характерны штокообразные массы метасоматически преобразованных куполов и апофиз материнских изверженных пород. Их площадь достигает несколько квадратных километров, распространение на глубину – первые сотни метров (реже до 600 м).

Для грейзеновых месторождений формы тел различны:

- штокообразные тела при массовом метасоматозе (эндогрейзен); - штокверки (система мелких трещин, жил) для экзогрейзенов.

Вопрос 2. Модели образования, геохимическая зональность. Общая схема перераспределения элементов при метасоматическом преобразовании гранитоидов в альбититы и грейзены показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Модель строения альбитит-грейзенового месторождения

Существенный вынос элементов происходит из нижней подрудной зоны. Так, по В.Барсукову, на подобных месторождениях при содержании олова в неизмененных гранитах около 26 г/т, в зоне выноса Sn - 4–5 г/т. Если в биотите содержание Sn – 200-300 г/т, то в замещающем его мусковите - 20-30 г/т.

Месторождения альбититов и грейзенов едины по условиям образования, однако в природе редко бывают вместе, как это показано на модели рисунка 1. Это связано с разной степенью проявления того или иного процесса и состава материнских интрузий. В нормальных гранитах чаще отмечаются грейзеновые месторождения, а в щелочных – альбититовые.

Вопрос 3. Полезные ископаемые альбититовых и грейзеновых месторождений. Альбититовые и грейзеновые месторождения, несмотря на генетические и пространственные связи, существенно отличаются друг от друга по металлогенической специализации. Типоморфными элементами альбититов являются ниобий, тантал и цирконий, а для грейзенов наиболее характерны вольфрам, олово, молибден и др.

Среди грейзеновых месторождений по преобладающей рудной минерализации можно выделить следующие основные типы: вольфрамит-топазкварцевый (Спокойненское в Забайкалье, Акчатау в Казахстане), касситериттопаз кварцевый (Этыка в Забайкалье) и комплексный вольфрамитмолибденит-топаз-кварцевый. Примером комплексного грейзенового месторождения является месторождение Восточный Коунрад (Казахстан) с ниобием, танталом, цирконием, торием, оловом, вольфрамом, молибденом, бериллием, висмутом.

Литература: [1] , с.92-105

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Изучить особенности генезиса альбититовых и грейзеновых месторождений. Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Из каких минералов состоит альбитит?

2. Какими минералами представлен грейзен?

3. С какими магматическими породами связано формирование альбитов и грейзенов?

4. Как происходит геохимическая перегруппировка породообразующих элементов и типомофных металлов при формировании альбититов и грейзенов?

5. Какие металлы могут накапливаться в альбититах?

6. Что такое фениты?

7. Как формируются линейные альбититы?

8. Что такое эндо- и экзогрейзены и где они формируются?

9. Какую форму рудных тел имеют грейзеновые месторождения

10. Какие полезные ископаемые образуются в грейзенах? Литература: [1] , с.92-105; [3], с.231 – 233, 240 - 241

Лекция 9 (2 часа). Скарновые месторождения

Общая характеристика, форма и состав скарновых тел, связь с магматическими формациями. Физико-химические условия образования. Генетические гипотезы (инфильтрационно-диффузионная гипотеза Д.С.Коржинского, стадийная гипотеза П.Пилипенко)). Полезные ископаемые скарнов (скарновые месторождения железа, вольфрама и молибдена, меди, цинка и свинца, бора).

Вопрос 1. Общая характеристика, связь с магматическими формациями, форма и состав скарновых тел. Скарн – это метасоматическая порода известково-силикатного состава, которая образуется в приконтактовой зоне карбонатных и силикатных пород. Скарны, которые содержат промышленные скопления полезных ископаемых, называются скарновыми или контактовометасоматическими месторождениями. Различают эндоскарны, располагающиеся в пределах измененной части интрузивов, и экзоскарны, размещенные во вмещающих породах. Преобладают экзоскарны, локализующиеся непосредственно в зоне контакта интрузивов. Некоторые скарновые залежи по плоскостям напластования вмещающих пород удаляются от интрузивов на десятки и сотни метров, и даже первые километры.

Наиболее интенсивно скарнообразование идет на контактах с интрузиями среднего состава – гранодиоритами, кварцевыми диоритами, монцонитами. Благоприятными факторами являются пологие контакты интрузий, тектоническая нарушенность их эндо- и экзоконтактовых зон, карбонатный состав вмещающих пород (известняки, доломиты и мергели).

Форма рудных тел. Для скарнов, как метасоматических тел, характерны залежи с раздувами, пережимами, извилистыми границами. По морфологии выделяют скарновые залежи следующих типов: пластовые и пластообразные, линзовидные, штоки, жилы, гнезда, сложные ветвящиеся тела. Гнездообразные тела – в поперечнике до нескольких метров, трубообразные могут быть вытянуты на 1 -1,5 км, пластообразные при мощности 150 -200 м имеют протяженность до 2 -2,5 км.

Состав. В зависимости от состава пород, вмещающих интрузии, скарны делятся на известковые и магнезиальные (иногда выделяют также силикатные скарны). Месторождения полезных ископаемых, связанные с этими основными видами скарнов, отличаются друг от друга вещественным составом, характерными комплексами полезных ископаемых, а также особенностями морфологии и условий залегания.

Известковые скарны формируются при замещении известняков. Они наиболее распространены в природе. К главным минералам их относятся гранат (гроссуляр-андрадитового ряда) и пироксен (диопсид-геденбергитового ряда). Существенное значение могут иметь везувиан, волластонит, амфиболы, эпидот, магнетит, кварц, карбонаты. В скарновых залежах часто наблюдается зональное строение, выражающееся в закономерной смене высокотемпературных минеральных ассоциаций более низкотемпературными по мере удаления от материнской интрузии. Для скарнов характерны друзовые, крустификационные, полосчатые, массивные и вкрапленные текстуры. Известковые скарны вмещают промышленные месторождения всех металлов, кроме хрома, сурьмы, ртути, а также многих неметаллических полезных ископаемых.

Магнезиальные скарны формируются при замещении доломитов и доломитизированных известняков. Типоморфными минералами являются диопсид, форстерит (магниевый оливин), шпинель, флогопит, серпентинит, магнетит, людвигит (железо-магниевый борат), доломит, кальцит. Рудные тела - линзы, пластообразные и сложные залежи. Характерно их зональное строение. Наибольшее промышленное значение имеют людвигит-машнетитовые (железоборные), флогопитовые и хризотил-асбестовые месторождения.

Вопрос 2. Физико-химические условия образования. Температурный диапазон формирования скарнов: известковых от 1000 до 400С, магнезиальных магматической стадии от 1000 до 650С, магнезиальных послемагматической стадии от 650 до 450С. Процесс образования скарновых месторождений многостадийный. Так, на полиметаллическом скарновом месторождении Верхнее (Приморский край) минералообразование протекало в четыре стадии:1) предрудную скарновую – волластонит-гранатовую (свыше 600С), 2) скарновосульфидную (600-400С), 3) сфалерито-галенитовую (350-120С), 4) халцедонкальцитовую (100-20С), минералы которых отлагались в виде друз в открытых полостях.

Вопрос 3. Генетические гипотезы. Скарны образуются в результате комплексного воздействия тепла интрузий и горячих минерализованных газово-жидких водных растворов. За счет прогрева и термального метаморфизма вмещающие породы перекристаллизовываются без изменения состава. Известняки превращаются в мраморы, глинистые сланцы – в роговики. Процесс изохимический. Но всякий гранитный интрузив сопровождается газово-жидкими постмагматическими растворами. Летучие компоненты выделяются из расплава со стороны застывающего интрузива, либо из его глубинных частей, В зонах, куда по порам, мелким трещинам проникают такие растворы, происходят аллохимические метасоматические процессы – т.е. с привносом и выносом подвижных элементов. Существует две главные гипотезы формирования скарновых месторождений:

1) инфильтрационно-диффузионная,

2) стадийная

Инфильтрационно-диффузионная гипотеза была разработана Д.С.Коржинским, который вначале выдвинул идею биметасоматического образования скарнов. Скарны образуются по обе стороны разогретого контакта гранитоидной и карбонатной пород, контакт пропитан горячим раствором, за счет воздействия которого происходит выравнивание состава пород. Алюминий, кремнезем – во вмещающие породы, кальций, магний – в сторону интрузива. Т.е. происходит встречный диффузионный отток химических элементов из областей высокой концентрации, в области низких концентраций. Между соединениями раствора происходят химически реакции – за счет них образуются минералы скарнов с Ca, Mg, Fe, реже Mn – гранаты (чаще андрадит-гроссуляр) и пироксены (геденбергиты, диопсиды). Температуры биметасоматоза – 800400С. Единственный рудный минерал скарнов, который может образоваться

в таких условиях – магнетит.

Однако такая теория (биметасоматическая) не объясняла привнос в зону скарнов SiO₂ . Его не хватало при подсчете баланса вещества. Впоследствии Д.С.Коржинский развил свою теорию и дополнил еѐ инфильтрационной. При инфильтрационном процессе постмагматические растворы могут привносить с собой компоненты, особенно рудные – Cu, Pb, Zn, W, Mo. Они могут циркулировать по трещинам в экзоконтактах интрузий там откладывать минералы скарнов. Температуры таких растворов могут снижаться от 400 до200С и даже ниже.

Гипотеза стадийная (П.Пилипенко). Главная масса минералов скарнов образуется за счет привноса специфическими скарнообразующими растворами и метасоматоза на контакте интрузий и вмещающих карбонатных пород. Выделяется 6 главных стадий метасоматоза, при снижении температуры.

Вопрос 4. Полезные ископаемые скарнов. К известковым скарнам приурочены магнетитовые и кобальт-магнетитовые месторождения (Высокогорское, Гороблагодатское на Урале; Соколовское и Сарбайское в Казахстане), вольфрам-молибденовые месторождения (Тырныауз на Северном Кавказе), медные – халькопиритовые месторождения (Турьинские рудники на Урале), свинцово-цинковые – галенит-сфалеритовые месторождения (Верхнее, Дальнегорское в Приморье).

К магнезиальным скарнам приурочены железо-борные месторождения (Таѐжное, Железный Кряж в Восточной Сибири), флогопитовые месторождения (Алдан), хризотил-асбестовые месторождения (Аспагаш, Бистаг в Красноярском крае).

Литература: [1] , с. 105-130; [2], с. 109-118

Проектные задания студентам по самостоятельной работе Изучить условия образования скарновых месторождений

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что такое метасоматоз – дать определение;

2. Что такое биметасоматоз в понятии Д.С.Коржинского?

3. Как происходит контактово-инфильтрационный метасоматоз?

4. Как образуются известковые скарны, и какие минералы для них характерны?

5. Как образуются магнезиальные скарны, и какие минералы для них характерны?

6. Какие геологические структуры благоприятны для локализации скарновых месторождений?

7. Какие температуры образования характерны для скарновых месторождений?

8. Привести пример полезных ископаемых скарнового генезиса. Литература: [1] , с.113 0- 121; [7], с. 335 -336, с.384 – 415

Лекции 10, 11 (4 часа). Гидротермальные месторождения

Общая характеристика. Связь с магматизмом и гидротермальные изменения вмещающих пород. Зональность гидротермальных месторождений. Ореолы рассеяния. Физико-химические условия рудообразования, источники воды и минерального вещества гидротермальных систем, формы переноса минеральных соединений гидротермальными растворами.

Длительность образования гидротермальных месторождений. Классификация месторождений. Генетические типы гидротермальных месторождений.

Вопрос 1.Общая характеристика. Гидротермальные месторождения – это месторождения, созданные горячими минерализованными растворами, циркулирующими под поверхностью земли. Полезные ископаемые возникают как вследствие отложения минеральных масс в пустотах горных пород, так и при замещении пород, по которым циркулируют гидротермальные растворы. Наиболее типичной формой рудных тел являются жилы. Часто встречаются штокверки, линзы, гнезда, пластообразные залежи и сложные по форме комбинированные тела. Образование таких месторождений часто связывается с производными магматических очагов (преимущественно кислых). Однако существуют и другие источники горячих минерализованных растворов (подземные воды глубокой циркуляции, собственные флюиды осадочно-породных бассейнов и др.). Гидротермальные месторождения обычно сопровождаются ореолами гидротермально измененных пород, а также ореолами рассеяния рудообразующих металлов, что используется при поисках данных месторождений.

Размеры тел полезных ископаемых гидротермального происхождений изменяются в широких пределах. На Березовском месторождении золота – это жилы, длиной 2-3 м, встречаются жильные тела, протяженностью несколько километров и даже сотни километров (Материнская жила, Калифорния).

Доказательством формирования полезных ископаемых из гидротерм являются многочисленные исследования современных минеральных источников. Горячие воды (80-96С) Узун-Гейской системы на Камчатке за 100 лет вынесли (в тыс. тонн): мышьяка – 26, сурьмы – 5, ртути -2,5, цинка – 2, свинца и меди по 2,5. Фумаролы «Долины тысячи дымов» на Аляске ежегодно выделяют свыше миллиона тонн соляной и около 200 тыс. т плавиковой кислоты. Горячие воды глубокой скважины Южной Калифорнии представлены высококонцентрированным (36%) гидротермальным раствором, с хлоридами щелочей, 2 г/т серебра, 15 г/т меди, 100 г/т свинца, 700 г/т цинка.

Гидротермальные месторождения имеют важное промышленное значение для цветных, благородных, редких, радиоактивных металлов, многих нерудных полезных ископаемых (хризотил-асбеста, барита, флюорита, магнезита, гоного хрусталя, исландского шпата и др.).

Вопрос 2. Связь с магматизмом и гидротермальные изменения вмещающих пород. Гидротермальные месторождения могут образовываться в различных геодинамических обстановках, но преимущественно – в зонах орогенеза и при тектоно-магматической активизации континентов. Поэтому наиболее типична – связь гидротермальных процессов с гранитоидным магматизмом в разных его проявлениях. Месторождения могут пространственно и генетически связаны интрузиями (штоками, дайками) гранитов, гранодиоритов, диоритов, а также с вулканическими андезитодацитами, риолитами, реже они находятся в ассоциациях с формациями щелочных и трапповых пород. Но в связи с перидотивой и габбровой формациями гидротермальные месторождения практически не образуются. Это объясняется разной насыщенностью водой (растворимостью воды) в магмах основного, ультраосновного и кислого состава.

Формы связи гидротермальных месторождений и изверженных пород могут быть:

- непосредственные (собственно генетические) или материнские, при которых месторождения располагаются в центре или по периферии магматических массивов, а растворы, из которых они формируются являются постмагматическими;

- парагенетические, косвенные или братские, при которых постмагматические минеральные месторождения, часто разобщающиес\я от интрузивной массы, особенно на глубине, являются производными породившего их общего глубинного магматического очага;

- агенетические, случайные, объединяющие на одной площади генетически не связанные интрузивы и гидротермальные месторождения, особенно принадлежащие разным геологическим эпохам;

- отсутствие видимых связей

Генетическая связь с магматизмом наиболее легко устанавливается, если гидротермальные образования находятся в непосредственной близости от (или внутри) массивов изверженных пород. Значительно труднее установить такие генетические взаимоотношения для гидротермальных месторождений, локализующихся на удалении от магматических комплексов – в осадочных или метаморфических формациях пород. Среди признаков связи между гидротермальными месторождениями и комплексами изверженных пород могут быть следующие:

1) одновременность магматических образований и гидротермальных месторождений, устанавливаемая по комплексу геологических признаков, по определениям абсолютного возраста минералов и др.;

2) приуроченность к одним и тем же геологическим структурам,

3) фациально-глубинные одинаковые условия образования, 4)одинаковая степень метаморфизма.

5)зональное размещение гидротермальных месторождений по отношению к массивам магматических тел, 6)геохимическое родство.

Гидротермальные изменения вмещающих пород . В процессе взаимодействия гидротермальных растворов с породами, вмещающими рудные тела, происходит их метасоматическое преобразование. По главному химическому элементу, вытесняющему другие породообразующие элементы, различают несколько видов околорудного метасоматоза.

Калиевый метасоматоз по мере снижения температуры процесса проявляется в виде калиевой полевошпатизации, мусковитизации, серицитизации и каолинизации. При калиевой полевошпатизации образуются ореолы ортоклаза или микроклина. Мусковит замещает темноцветные минералы, отчасти полевые шпаты. Серицитизация обычна для кислых и средних пород и связана с замещениями плагиоклаза. Каолинизация (аргиллизация) приводит к развитию в гидротермально измененных породах каолина, диккита, накрит.

Натриевый метасоматоз приводит к замещению калиевых полевых шпатов натровыми или кислыми плагиоклазами типа альбита, что обычно для кислых пород.

Кремниевый метасоматоз может развиваться по породам любого состава. Окварцевание по сланцам приводит к образованию роговиков, по кислым и средним изверженным породам формируются вторичные кварциты, по карбонатным породам – джаспероиды.

Магниевый метасоматоз приводит к преобразованию известняков и мраморов в доломиты.

Железо-магниевый метасоматоз – хлоритизация по породам различного состава (за исключением чистых кварцевых и карбонатных пород).

Кальциевый метасоматоз проявляется в виде пропилитизации и листвинитизации. Пропилиты развиваются среди средних и основных пород особенно эффузивных. В их состав входят карбонаты (анкерит, кальцит), альбит, хлорит, эпидот, серицит, соссюрит. Листвениты чаще всего развиваются по змеевикам, ультраосновным, основным породам. Этот процесс выражен развитием на месте темноцветных силикатов и полевых шпатов – магнезиально-железистых карбонатов, талька, хлорита, фуксита, серицита, пирита, с превращением породы в карбонат-кварц-серицитовый агрегат с пиритом.

На многих золоторудных гидротермальных месторождениях, локализованных в гранитоидных породах, широко развита кварц-серицитовая фация гидротермальных изменений – березитизация . Березит – это старинный термин уральских горняков, которые использовали данные метасоматические породы как поисковый признак на золото. Первое петрографическое описание березитов дано в 1975 г. Карпинским. В настоящее время березитами называют гидротермально измененные и часто рудоносные породы, образующиеся из разнообразных, но преобладающих алюмосиликатных пород (гл. обр. кислых), и состоящие из кварца и серицита, с постоянной примесью пирита и рутила.

Вопрос 3. Зональность гидротермальных месторождений. Первичная зональность рудных районов, полей, месторождений и отдельных рудных тел определяется закономерным изменением минерального и связанного с ним химического состава руд в пространстве.

Эволюционная гипотеза В.Эммонса, объясняющая причины зональности гидротермальных месторождений по отношению к магматическим очагам, была выдвинута в 20-х годах ХХ века. Согласно этой гипотезе восходящие растворы, отделяющиеся от остывающих массивов магматических пород и насыщенные минеральными соединениями, откладывают минералы в порядке, обратном их растворимости, входя во все более холодные области. Опираясь на этот принцип, В.Эммонс реконструировал постмагматическую рудоносную систему, разделив еѐ на 16 зон (снизу вверх по мере падения температуры): пустая кварцевая, оловянная, вольфрамовая, мышьяковая (арсенопиритовая), висмутовая, золотая, медная, цинковая, свинцовая, серебряная, безрудная, серебряная, золотая, сурьмяная, ртутная, пустая. В дальнейшем было установлено, что такая собирательная зональность нигде в полном виде не проявляется, хотя отдельнрые еѐ звенья наблюдаются в природе.

Пульсационная гипотеза С.Смирнова была разработана в противовес одноактной схеме зонального размещения постмагматических рудных месторождений. В 1937 г. С.Смирнов выдвинул новую модель о пульсационном поступлении гидротермальный растворов, которые импульсами отделяются от магматического очага по мере его остывания в результате неоднократного раскрытия трещин. Так осуществляется многостадийный гидротермальный процесс, что подтверждено преобладающими исследователями гидротермальных месторождений. К критическим замечаниям по несостоятельности теории В.Эммонса С.Смирнов относил, кроме отсутствия полной эволюционной зональности, ряд геологических признаков. Это пересечения разновозрастных жил разного состава, совмещение в пространстве высокотемпературных и низкотемпературных ассоциаций, брекчии и др. Согласно теории С.Смирнова состав металлов в каждой новой порции гидротермального раствора изменяется во времени, что приводит к последовательному формированию месторождений различного состава.

В настоящее время геологи признают разные типы и формы проявления зональности на гидротермальных месторождениях и относительно магматических источников рудоносных растворов. Так, В.И.Смирновым выделяются два рода первичной зональности гидротермальных рудных тел – зональность первого рода (стадиальная) и зональность второго рода (фациальная). Зональность стадиальная разделяется на зональность повторных тектонических разрывов, зональность тектонического раскрывания трещин, зональность внутрирудного метасоматоза. Зональность фациальная включает зональность состава пород, фильтрационную зональность, зональность отложения.

Вопрос 4. Ореолы рассеяния . Вмещающие породы вокруг гидротермальных рудных тел часто сопровождаются повышенным количеством рудообразующих металлов. Площади распространения таких пород называются ореолами рассеяния, которые могут быть первичными и вторичными.

Первичные ореолы образуются при формировании месторождений вследствие пропитывания вмещающих пород минерализованными гидротермальными растворами. Они представлены тонкой спорадической вкрапленностью рудообразующих минералов, которые рассеяны во вмещающих породах по периферии рудных тел и не всегда улавливаются визуально. Против натурального геохимического фона – кларка, содержание рудообразующих элементов повышено на несколько порядков и определяется по данным анализов проб, отбираемых при специальной металлометрической съемке.

Форма первичных ореолов, также как морфология зон гидротермально измененных пород, имеет вид чехла, облекающего рудные тела. Ореолы больше вытянуты вверх над рудными телами, чем в сторону от них. Они сопровождаются апофизами вдоль структур, благоприятных для оттока гидротермальных растворов (трещиноватости, разломов, зон дробления). Сводка данных (Э.Баранов, С.Григорян, Л.Овчинников) по вертикальной зональности химических элементов в первичных ореолах рассеяния гидротермальных месторождений свидетельствует о том, что одни металлы предпочтительнее занимают нижние подрудные части ореолов, другие – средние, а третьи – верхние надрудные. Это связано с различной подвижностью элементов в растворах. Единый ряд распределения типичных элементов в ореолах рассеяния (сверху вниз) представляется в следующем виде: Ba-Sb, Hg, Ag, Rb, Zn, Au, Cu, Vi, W, Mo, U, Sn, Co, Ni, Be. Этот универсальный ряд также как ряд Эммонса в полном виде не проявляется, но отдельные его звенья наблюдаются в природе. Причем существуют определенные наборы элементов для конкретных промышленных типов гидротермальных месторождений и по их составу можно прогнозировать различные уровни эрозионного среза этих месторождений, а также координировать направление поисков рудных тел.

Вторичные ореолы образуются при химическом разложении и механическом разрушении верхней части рудных тел в приповерхностной зоне, в связи с разносом рудного материала по поверхности земли. Среди них выделяются механические, водные, газовые, смешанные ореолы.

Вопрос 5. Физико-химические условия рудообразования, источники воды и минерального вещества гидротермальных систем, формы переноса минеральных соединений гидротермальными растворами.

Растворы, в которых переносятся минеральные вещества и из которых образуются полезные ископаемые, являются большей частью водными. По физическому состоянию они могут относиться к взвесям, коллоидам и молярным растворам. Для их проникновения сквозь массу горных пород необходимо, чтобы эти породы обладали проницаемостью, пористостью, пустотами. Полезные минералы выпадают из горячих минерализованных растворов при различных физико-химических условиях, которые определяются, прежде всего, температурой и давлением.

Температура образования гидротермальных месторождений . Завершение раскристаллизации магмы на глубине происходит при температурах 1000800С. Начальная температура гранитного пегматитового расплава оценивается в 800-700С. Непосредственное измерение газовых струй современных вулканов показывает, что хотя в отдельных редких случаях она достигает 1020С, обычно же лежит ниже 700С. Определения температур кристаллизации гидротермальных минералов по газо-жидким включениям показывают значения от 560-540С до 50-25С. Наиболее характерны температуры гидротермального процесса в интервале 400-100С.

Давление при образовании гидротермальных месторождений в некоторой степени соответствует их глубине формирования. Так, согласно И.Кушнареву, все эндогенные месторождения Кураминских гор (включая гидротермальные) образовались в пределах глубин 500-4500 м . Это соответствует гидростатическому давлению 5-45 МПа и литостатическому давлению 13-115 МПа. Фактически оно может быть и больше и меньше. Меньше при образовании открытых полостей при тектонических деформациях, а больше в связи с превращением воды в пар, который сжатый в порах может повышать давление, таких причин может быть множество. Все существующие в настоящее время попытки измерить давление на основании различных экспериментов позволяют лишь выявить широкий диапазон. Гидротермальное рудообразование может начинаться при высоких давлениях – от первых десятков до 400-500 МПа, но наиболее продуктивной рудообразующей стадии обычно соответствует давление 150-200 МПа.

Источники воды гидротермальных систем также могут быть различны. К ним относят следующие источники: магматическая вода, вода метаморфического происхождения, захороненная вода древних осадков, атмосферная, или вадозная вода глубокой циркуляции, вода морей и океанов, вовлекаемая в гидротермальные системы.

Магматическая вода (или ювенильная) отделяется от магматических расплавов в процессе их остывания и преобразования в изверженную породу. По данным разных авторов кислые магмы содержат не менее 2% и до 10% воды, основные – не менее 1 % и до 5-6%. Если принять за среднее содержание воды в магматическом расплаве 8 %, а удерживающуюся воду при кристаллизации глубинных пород в количестве 1 %, то 7 % воды, высвобождающейся при кристаллизации расплава составят около 0,2 км³ от каждого кубического километра расплава.

Метаморфическая вода формируется в результате прогрессивного метаморфизма горных пород под действием возрастающих температур и давлений. В свежих слабометаморфизованных породах может находиться около 30% (от массы пород) воды различных форм: поровой, пленочной, капиллярной, интерминеральной, конституционной. При различных ступенях метаморфизма происходит высвобождение различных форм этой воды. Согласно Г.Войткевичу и Г.Лебедько, свежий осадок может содержать до 60 % воды, в зоне диагенеза и катагенеза сохраняется 30-20 %, в породах зеленосланцевой фации около 4 %, в породах амфиболовой фации 2-1 %, а гранулитовой – около 0,5%. Если принять плотность глинистых пород 2,5 г/см³ и потерю воды 9%, то при метаморфизме 1 км³ осадков высвободится около 200 млн. т воды. Эта вода может быть реализована при образовании гидротермальных месторождений.

Захороненная вода находится в пористом пространстве древних осадков, погруженных вместе с осадками на глубину и слагающих различные формации осадочных пород. Первоначально количество такой воды может достигать первых десятков процентов от массы породы. Под воздействием тектонических, магматических процессов(стресс, внедрение магматических масс) захороненная вода может высвобождаться , нагреваться, приходить в движение, участвовать в формировании гидротермальных систем.

Атмосферная вода при соответствующих гидрогеологических условиях может проникать в глубинные части земной коры, нагреваться, минерализоваться и приобретать свойства гидротермальных растворов.

Морская вода также может быть вовлечена в гидротермальный процесс в тех случаях, когда в придонные части моря или океана внедряются магматические массы, создающие местные очаги разогрева. Происходит засасывание морских вод на глубину и вовлечение их в систему гидротермальной циркуляции.

Источники минерального вещества при формировании гидротермальных систем можно разделить на три главных группы:

1) ювенильный магматический или базальтоидный подкоровый, 2) ассимиляционный магматический, или гранитоидный коровый, 3) фильтрационный внемагматический.

Формы переноса минеральных соединений в гидротермальных растворах :

1) в истинных растворах,

2) в коллоидных растворах,

3) в легкорастворимых соединениях ионных растворов,

4) в легкорастворимых соединениях комплексных растворов.

Вопрос 6. Длительность образования гидротермальных месторождений. Продолжительность поступления растворов в зону рудоотложения и выпадения из них руд находится в прямой связи с продолжительностью существования источника этих растворов, в частности, продолжительности существования остаточного магматического расплава, обогащенного соединениями металлов, т.е. длительностью периода его застывания и отделения от него флюидов. Длительность процесса отделения растворов, продолжительность их подъема и выпадение из них рудных и сопровождающих их минералов будут тем длительнее, чем глубже от поверхности земли находится остаточный расплав и чем больше его объем. Процесс этот будет также более продолжительным, если расплав окажется более нагретым, а перекрывающие его породы менее проницаемы для газов и растворов и менее теплопроводны. Так, по данным Г.Смита, что месторождение золота Мак-Интайр (Канада) сформировалось неглубоко от поверхности Земли в течение 750 лет. Д.Уайт и С.Робенсон считают, что руды одного из крупных малоглубинных ртутных месторождений в Калиформии – Сульфур-Бенк, формировались 10 тыс. лет. На примере п-ова Челенкен можно подсчитать, что для образования небольшого месторождения свинцовых руд достаточно всего несколько сот лет, если скорость накопления руд останется прежней.

Д.В.Рунквист (1965) рассчитал, что руды одного месторождения возникают за десятки и сотни тысяч лет, а отложение минералов из одной отдельной порции раствора (продолжительность одной стадии рудообразования) длится от одной тысячи до десятка тысяч лет.

Вопрос 7 . Классификации гидротермальных месторождений. Существует множество классификаций гидротермальных месторождений: по геологическим условиям образования (в частности по глубине, связи с изверженными породами), по минеральному составу руд и составу околорудных изменений вмещающих пород, по физико-химическим условиям их формирования и др.

Температурная классификация гидротермальных месторождений - одна из значимых, разработана В.Лингреном и была усовершенствована многими исследователями, особенно в связи с развитием во второй половине 20 века термобарогеохимического метода, позволяющего определять температуры кристаллизации прозрачных минералов. Всю группу гидротермальных месторождений можно разделить на три класса:

1) высокотемпературные (300-500С),

2) среднетемпературные (200-300С), 3)низкотемпературные (50-200С).

К высокотемпературному классу относятся гидротермальные месторождения молибдена, вольфрама, олова. Они тяготеют к апикальным частям гранитных массивов, часто сопряжены околорудными ореолами грейзенизации.

Среднетемпературные гидротермальные месторождения характерны для многих полезных ископаемых: меди, свинца и цинка, висмута, золота, кобальта и др. В большинстве случаев эти месторождения не тяготеют к выходам гранитных батолитов. Их пространственное положение определяется крупными разрывными нарушениями, местами их пересечений или изгибов, ответвлениями боковых разрывных нарушений, связью со штоками и дайками малых интрузий кислого и среднего состава. Ряд месторождений пространственно связан с вулканическими постройками, и рудные тела залегают в различных эффузивных породах и туфах.

Генетическая классификация гидротермальных месторождений (по В.И.Смирнову) включает плутоногенно-гидротермальные, вулканогенногидротермальные и амагматогенные месторождения, разновидностью которых являются стратиформные месторождения.

Вопрос 8. Генетические типы гидротермальных месторождений. Плутоногенные и вулканогенные гидротермальные месторождения формируются в интервале температур от 400 до 50С . Амагматогенные относятся к низкотемпературным образованиям, пространственно не связанным с магматическими проявлениями.

Плутоногенно-гидротермальные месторождения пространственно и генетически связаны с интрузиями кислых, умеренно кислых и умеренно щелочных изверженных горных пород. Оруденение распространено по вертикали на 1-2 км и отличается хорошей выдержанностью. Рудные тела формируются путем выполнения пустот или метасоматически и характеризуются большим разнообразием форм, зависящих от состава вмещающих пород и тектонической структуры. Типичны месторождения с большим количеством маломощных рудных тел. Рудообразование сопровождается интенсивным изменением вмещающих пород (серицитизацией, хлоритизацией, окварцеванием, доломитизацией, лиственитизацией, серпентинизацией, флюоритизацией, пиритизацией, гематитизацией). Текстуры руд - вкрапленные, прожилковые массивные, структуры – зернистые, порфировидные, эмульсионные, пластинчатые, сетчатые.

Примерами являются:

• золото-кварцевые, золото-сульфидно-кварцевые месторождения, обычно связанные с массивами гранитоидов, сопровождающихся сериями даек (Бендиго в Австралии, Березовское на Урале);

• вольфрамит-молибденит-кварцевые месторождения, представленные крутопадающими жилами, трубообразными телами, штокверками, которые локализуются в куполах гранитоидов и зонах их контактов (Джида, Шахтама в Забайкалье, Вехнее Кайракты в Казахстане);

• касситерит-кварцевые месторождения, залегающие среди песчаников и сланцев в экзоконтактах гранитных интрузивов; вкрапленные, прожилковые и массивные руды образуют жиды заполнения, штокверки (Онон в Забайкалье, Иультин на Чукотке);

• молибденит-халькопиритовые (медно-порфировые) месторождения, формирующие штокверки и прожилково-вкрапленные зоны рассеянного оруденения близ выступов магматических гранитоидных пород порфирового строения (Коунрад в Казахстане, Каджаран в Армении, Кляймакс в США, Чукикамата в Чили);

• касситерит-силикатно-сульфидные месторождения, ассоциирующие с дайками среднего состава и приуроченные к разломам и зонам трещиноватости в них; вмещающими породами являются песчаники, глинистые сланцы, эффузивы; формы рудных тел – жилы,; текстуры руд – вкрапленные, прожилковые массивные (Депутатское в Якутии);

• галенит-сфалеритовые (полиметаллические) жильные месторождения (Садон, Згид на Кавказе);

• хризотил-асбестовые связаны с серпентизированными ультраосновными породами; текстуры – прожилковые, поперечно- и продольно-волокнистые (Баженовское, Алапаевское на Урале).

Вулканогенно-гидротермальные месторождения связаны преимущественно с наземным андезит-дацитовым вулканизмом в складчатых областях, а также трапповым магматизмом активизированных платформ. Наиболее характерны месторождения, приуроченные к жерлам вулканов и их периферии. Месторождениям свойственны конические, кольцевые, трубчатые, внутри жерловые и радиально-трещинные структуры, а также зоны напластования эффузивных пород. Рудные тела – жилы, трубы и штокверки, которые быстро выклиниваются на глубине 300-500м. Характерен сложный минеральный состав, неравномерное распределение рудных компонентов (столбы, бонанцы). Текстуры – метаколлоидные. Обычны гидротермальные изменения: окварцевание, пропилитизация, алунитизация, каолинизация. Примеры месторождений:

• магнетитовые месторождения, связанные с траппами и приуроченные к штокам габброидов и вулканическим трубкам взрыва; они залегают среди карбонатных и песчано-сланцевых пород, скарнированных траппов,образуют жилы, штоки, штокверковые зоны (Коршуновское, Нерюндинское в Восточной Сибири);

• золото-серебряные месторождения, ассоциирующие с субвулканическими интрузивами кварцевых порфиров, размещающиеся среди андезит-дацитовых пород и представляющих собой пучки жил, прорезающих вулканические жерла (Балей в Забайкалье, Агинское на Камчатке, Крипл-Крик, Комсток в США);

• Киноварные (ртутные) месторождения, пространственно и генетически связанные с четвертичным вулканизмом кислого и среднего состава; их размещение контролируется сопряжением разломов, экструзивов, зон брекчирования; руды вкрапленные, выполняют трещины в зонах дробления (Пламенное на Чукотке, Боркут в Закарпатье);

• Месторождения самородной серы, обычно приуроченные к склонам, подножьям, кальдерам стратовулканов или межвулканическим впадинам; рудоносными являются вулканические породы, првращенные под действием сернокислых растворов во вторичные кварциты, содержащие вкрапленность серы (месторождения Камчатки – Новое, Заозерное, а также Японии, Чили, Перу, Филлипин).

Амагматогенные гидротермальные месторождения располагаются в осадочных толщах, где отсутствуют массивы изверженных пород, которые могли бы служить источником гидротермальных минерализованных растворов. Генезис таких месторождений всегда проблематичен. Некоторые геологи рассматривают эти месторождения как первично-осадочные сингенетические, претерпевшие некоторые изменения на последующих стадиях. Существует также представление и об их связи с залегающими на глубине и не вскрытыми эрозией массивами изверженных горных пород. Таким образом, источником растворов таких месторождений могут быть удаленные магматические очаги, с которыми потеряна связь, а также собственные флюиды осадочно-породных бассейнов, мобилизирующиеся из осадочных толщ при катагенезе, метаморфизме. Источник рудного вещества также чаще ассимилированный из вмещающих толщ, но может быть и глубинным (например, для ртути, сурьмы). Наиболее часто рассматривается полигенное происхождение таких месторождений в течение длительного периода.

Среди аматогенных гидротермальных месторождений особо выделяется группа стратиформных месторождений, имеющих гидротермально-осадочное происхождение (они будут рассматриваться в лекции 17): месторождения медистых песчаников (Джезказган в Казахстане), стратиформные полиметаллические в карбонатных формациях (Миргалимсай в Казахстане, Миссисипи – Миссури в США).

Примером амагматогенных гидротермальных месторождений являются киноварь-антимонитовые (сурьмяно-ртутные) месторождения. Они залегают среди терригенных и карбонатных комплексов, осложненных куполовидными, сундучными складками, рудоподводящими разрывными нарушениями. Для них не выявлена связь с магматизмом, но имеются все характерные признаки низкотемпературных гидротермальных жильных образований. Такие месторождения распространены в Средней Азии (Хайдаркан, Кадамджай), на Украине (Никитовское в Донбассе), в Испании (Альмаден).

Литература: [1] , с. 131-182; [2], с. 119-153

Проектные задания

1. Собрать литературные сведения о природе гидротермальных растворов .

Вопросы для самоконтроля знаний: 1.Из каких источников могут формироваться гидротермы?

2. Что является источником минерального вещества гидротермальных систем?

3. На каких глубинах образуются гидротермальные месторождения?

4. Какие температуры и давления характерны для гидротермального процесса?

5. В какой форме переносится вещество в гидротермальных месторождениях?

6. Как происходит отложение вещества из гидротермальных растворов? Литература: [1] , с. 152 - 172; [7], с.125 – 159

2. Проанализировать типы зональности гидротермальных месторождений. Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Чем обусловлена стадиальная зональность гидротермальных месторождений

2. Что является причиной фациальной зональности?

3. Как формируется зональность повторных тектонических разрывов?

4. Что такое зональность тектонического раскрывания?

5. Как развивается зональность внутрирудного метасоматоза?

6. Привести пример зональности состава пород;

7. Как проявляется фильтрационная зональность?

8. Что такое зональность отложения?

Литература: [1] , с.140 – 144, [2], с. 75 – 79

3. Изучить генезис плутоногенно- и вулканогенно-гидротермальных месторождений Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Как образуются плутоногенно-гидротермальные месторождения, и с какими магматическими комплексами пород они связаны?

2. В чем заключается изменение боковых пород при образовании месторождений плутоногенно-гидротермального класса?

3. Какие температуры характерны для плутоногенно-гидротермальных месторождений?

4. Привести примеры гидротермальных месторождений, пространственно и генетически связанных с гранитоидными интрузиями;

5. Какие специфические особенности характерны для вулканогенно-гидротермальных месторождений (глубина образования, связь с магматическими формациями, температуры образования)?

6. Какие полезные ископаемые образуются из вулканогенно-гидротермальных растворов?

Литература: [1] , с.174-179, [7]. С.457 – 469

4. Изучить особенности формирования амагматогенныхгидротермальных и стратиформных месторождений

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Какие месторождения относят к амагматогенным?

2. Назвать основные гипотезы образования амагматогенных гидротермальных месторождений;

3. Какие факты свидетельствуют о первично-осадочной природе амагматогенных месторождений?

4. Какие факты свидетельствуют о гидротермальных процессах, связанных с удаленными магматическими очагами, при формировании амагматогенных месторождений?

5. Какова роль атмосферных вод глубокой циркуляции при формировании амагматогенных месторождений?

6. В чем заключается гипотеза полихронного и полигенного происхождения амагматогенных гидротермальных месторождений

7. Какие температуры характерны для образования амагматогенных гидротермальных месторождений?

8. Какие признаки месторождений, позволяют относить их к стратиформным?

9. Привести пример аматогенно-гидротермальных и стратиформных месторождений.

Литература: [1] , с.179-182, [21]

Лекция 12 (2 часа). Колчеданные месторождения

Общая характеристика, минеральный состав руд, геотектонические обстановки колчеданообразования. Обобщенная модель рудообразования. Типы колчеданных месторождений: кипрский, уральский, алтайский.

Вопрос 1. Общая характеристика. К колчеданным относятся месторождения, в рудах которых преобладают сульфиды железа – пирит (около 90% руд), пирротин, в меньших количествах присутствуют марказит, халькопирит, борнит, сфалерит, галенит, блеклые руды. Нерудные минералы, количество которых невелико, представлены баритом, кварцем, карбонатами и хлоритом. Характерной особенностью является приуроченность месторождений к поясам вулканогенно-осадочных пород. Типичные формы рудных тел – линзы, жило- и пластообразные залежи и штоки, вкрапленные и прожилковые зоны. По текстурным особенностям различают массивные, слоистые и прожилкововкрапленные руды. Колчеданные залежи сопровождаются ореолами измененных вмещающих вулканогенных пород, превращенных в пиритизированные кварц-серицитовые, кварц-серицит-хлоритовые и другие метасоматиты.

Колчеданные месторождения образуются в океанических трогах с субмаринным базальтоидным вулканизмом, островодужных обстановках с дифференцированным риолит-базальтовым и риолит-андезит-базальтовым вулканизмом. Характерна их связь с малыми субвулканическими интрузиями основного и кислого состава. Месторождения контролируются локальными вулканическими структурами, которые являются элементами более крупных вулканических построек.Протяженность рудных залежей – до первых километров при мощности десятки метров, иногда до 100 м. Глубина распространения – многие сотни метров (до 2 км).

Вопрос 2. Генетические особенности колчеданных месторождений – обобщенная модель рудообразования. Колчеданные месторождения относятся к полигенным образованиям, которые формировались длительно – в два-три этапа, расчленяющихся на стадии минералообразования. Генезис этих месторождений – комплексный: вулканогенно-гидротермальный и вулканогенноосадочный. Обобщенная модель колчеданообразования может быть рассмотрена на примере Гайского медно-колчеданного месторождения, приуроченного к стратовулкану, который сложен лавами, лавобрекчиями и вулканическими туфами базальтового и риолит-дацитового состава. Жерло вулкана выполнено несколькими поколениями некков, экструзивов и субвулканических тел кислого состава. Над жерловиной находится кратерно-кальдарная депрессия с базальтовыми лавами, туфами. В верхней части месторождения находится «Стержневая линза», представленная богатыми цинко-медно-колчеданными рудами и выполняющая вулканическую кальдеру. Ниже еѐ распространены прожилкововкрапленные халькопирит-пиритовые бедные руды.

Образование руд связано с деятельностью вулканогенных растворов, которые поднимались по ослабленным зонам вулканической постройки – жерлу вулкана, синвулканическим трещинам. По пути следования этих рудоносных растворов откладывались прожилковые и вкрапленные руды в виде крутопадающих зон. Если растворы просачивались в горизонты пород, хорошо проницаемых и легко поддающихся метасоматическим замещениям (например, туфы кислого состава), образовывались метасоматические пластообразные колчеданные залежи. Их генезис вулканогенно-гидротермальный – вулканогеннометасоматический. Если горячие рудоносные растворы прорывались на дно океана, при их встрече с холодной морской водой происходило массовое осаждение минералов в виде вулканогенно-осадочных залежей пластовой, линзовидной формы. Это самые богатые массивные руды месторождения.

Вулканогенно-осадочные руды при высоте столба воды 200 м и температуре эксгаляций 215С отлагались при температуре не более 200С. Согласно В.Смирнову, вулканогенно-метасоматическое рудообразование в подстилающих породах для различных колчеданных месторождений характеризуется более высокими температурам и большим их диапазоном: высокотемпературные 450С и выше, среднетемпературные, наиболее распространенные, с начальной температурой 300С и низкотемпературные – менее 200С.

Вопрос 3. Типы колчеданных месторождений. По составу руд, связям с различными вулканическими формациями, геодинамическим обстановкам колчеданные месторождения могут быть представлены следующими основными типами: серноколчеданным (кипрский тип), медно-колчеданным (уральский тип), колчеданно-полиметаллическим (алтайский тип или тип Куроко).

Серноколчеданные месторождения сложены пиритовыми рудами с небольшой примесью кварца. Пирит служит источником для получения серной кислоты. Образуются в спрединговых обстановках, пространственно и генетически связаны с недифференцированным базальтоидным вулканизмом. Месторождения этого типа известны на Кипре, Урале (Карабашское), в Испании, Японии.

Медно-колчеданные месторождения пространственно и генетически связаны с контрастными риолит-базальтовыми формациями и образуются в субдукционных обстановках. Руды представлены преобладающими сульфидами железа (пиритом, мельниковитом, марказитом) и халькопиритом; второстепенные рудные минералы – сфалерит, пирротин, блеклые руды, галенит и др. По химическому составу руды являются комплексными и могут содержать в промышленно извлекаемых количествах свинец, цинк, серу, селен, теллур, золото, серебро, кадмий, индий, таллий, галлий. Месторождения данного типа распространены на Урале (Сибай, Гай, Учалы, Блявинское), Кавказе (Уруп, Кафан).

Колчеданно-полиметаллические месторождения пространственно и генетически связаны непрерывными вулканогенными формациями – риолитандезит-базальтовыми. Главными рудными минералами являются пирит, сфалерит, галенит, реже халькопирит, среди жильных минералов преобладают кварц, барит. Месторождения данного типа развиты на Рудном Алтае (РиддерСокольное, Зыряновское, Тишинское), в Прибайкалье (Холодненское), Забайкалье (Озерное), в Казахстане (Жайрем, Текели), в Грузии (Маднеули), в Японии (Куроко), в Испании (Рио-Тинто).

Литература: [1] , с.182-196

Проектные задания

Собрать сведения о генезисе колчеданных месторождений вулканической ассоциации Вопросы для самоконтроля знаний:

1. К каким комплексам пород приурочены колчеданные месторождения?

2. Какой состав руд, и какая форма рудных тел отличают колчеданные месторождения?

3. Как группируются колчеданные месторождения по составу руд?

4. В чем заключается современная генетическая модель образования колчеданных месторождений?

5. Какие вулканические породы характерны для медно-колчеданных месторождений?

6. В чем отличие состава вулканических пород для колчеданно-полиметаллических месторождений?

7. Какие околорудные изменения характерны для колчеданных месторождений?

8. При каких температурах образуются колчеданные руды?

9. Как группируются колчеданные месторождения по составу руд? Литература: [1] , с.188 -196; [4], с. 39 – 45, с. 157 – 228

Экзогенная серия

Лекция 13 (2 часа). Месторождения выветривания

Общая характеристика. Агенты выветривания . Профили выветривания. Предпосылки образования месторождений выветривания. Типы месторождений выветривания. Изменения месторождений полезных ископаемых при выветривании.

Вопрос 1.Общая характеристика. Кора выветривания – это самостоятельная континентальная геологическая формация, возникающая под воздействием атмосферных и биогенных агентов на коренные породы, выведенные на дневную поверхность, и представленная продуктами механического, химического и биохимического разрушения этих пород. Кора выветривания служит мощным источником минеральной массы для всех экзогенных месторождений.

Месторождения выветривания приурочены к корам выветривания (хемогенному элювию и представляют собой гипсометрически несмещенные продукты глубокого химического преобразования пород в зоне гипергенеза.

Формирование месторождений выветривания обусловлено перегруппировкой минеральной массы глубинных пород, химически неустойчивых в термодинамических условиях приповерхностной части земной коры. Кора выветривания распространяется вглубь Земли до уровня грунтовых вод (обычно 60 – 100 м от поверхности и редко до 200 м). Для образования месторождений, связанных с химическим выветриванием необходимо сочетание целого ряда факторов – климата, рельефа, состава пород субстрата и др., а также действия необходимых агентов выветривания.

Вопрос 2. Агенты выветривания. К основным агентам выветривания относятся вода, кислород, углекислота, организмы, аминокислоты, колебания температуры.

При разложении коренных пород в коре выветривания важную роль играют реакции окисления, гидратации, гидролиза и частично, диализа. Химическое выветривание чаще всего начинается с окисления. Окисление происходит по-разному в различных геологических обстановках и климатических условиях. Обычно этому процессуподвержены соединения железа, магния, никеля, кобальта, т. е. металлов, сравнительно легко вступающих во взаимодействие с кислородом. В то же время алюмосиликаты и силикаты (наиболее развитые породообразующие минералы) при воздействии на них поверхностных растворов, богатых кислородом, разлагаются. При этом слагающие их компоненты - щелочные металлы и даже кремнезем переходят в раствор. При разложении легче удаляются неметаллические элементы, тогда как металлы часто накапливаются в коре. К энергично выносимым относятся хлор, бром и сера, к легко выносимым – кальций, натрий, калий и фтор, к подвижным кремнезем фосфор, марганец, кобальт, никель и медь, а к инертным – железо, алюминий и титан.

Вопрос 3. Профили выветривания . В результате разложения коренных пород и избирательной миграции элементов возникает кора выветривания разного состава (или разного профиля выветривания) с характерными полезными ископаемыми. Профиль выветривания определяется, прежде всего, по степени разложения породообразующих силикатов, выражаемой соотношением кремния и алюминия в еѐ минеральной массе. Различают следующие профили выветривания:

- гидрослюдистый с элювиальными россыпями;

- каолин-гидрослюдистый (глинистый) с месторождениями глин и каолинита, маршаллита, фосфоритов, магнезита, бирюзы;

- латеритный с бокситами, кобальт-железо-никелевыми месторождениями).

Насыщенный сиалитный (гидрослюдистый) профиль характеризуется изменением силикатов в реакциях гидратации и гидролиза без существенного выноса кремнезема. Типорфные минералы – гидрослюда, гидрохлорит, бейделлит, монтмориллонит. Для полезных ископаемых этот тип малосущественен.

Иногда с ним связывают золотоносные коры выветривания.

Ненасыщенный сиалитный (глинистый) профиль отличается частичным выносом кремнезема. Типоморфными минералами являются каолинит, галлуазит, нонтронит и кварц. Характерны месторождения глин и каолина.

Для алитного (латеритного) профиля типично полное нарушение связей между глиноземом и кремнеземом, интенсивная миграция (вынос из субстрата) щелочей, кремнезема и накопление гидрооксидов алюминия, оксидов и гидроксидов железа, водных силикатов никеля и кобальта, окислов марганца.

Вопрос 4. Предпосылки для образования месторождений выветривания. К главным факторам выветривания относятся: тропический климат, состав исходных пород, тектонический режим, геоморфологические и гидрогеологические условия.

Химическому выветриванию способствует жаркий тропический и субтропический климат с обилием теплых дождей, буйной растительностью. Особенно интенсивно коры выветривания образуются на выровненных денудационных поверхностях (пенепленах, педипленах), расчлененных глубокими оврагами, что способствует низкому уровню грунтовых вод и длительному химическому разрушению коренных пород в стабильных континентальных обстановках. По данным Б.Михайлова при одинаковом климате и субстрате на речных террасах формируются каолины, а на пенепленах – бокситы. Благоприятный рельеф формируются с тесной связи с тектоническим фактором. Непременным условием для формирования рудоносных кор является также наличие ценных компонентов в исходных породах (субстрате). Например, никеленосные коры формируются по ультраосновным породам, где никель первоначально содержится в оливине. Для образования бокситов, каолинов необходим алюмосиликатный субстрат (глинистые сланцы, граниты, сиениты). Коры выветривания с бурыми железняками формируются по сидеритам, анкеритам. Оксиды марганца в корах накапливаются при выветривании карбонатов марганца.

Вопрос 5. Типы месторождений. По форме и условиям нахождения тел полезных ископаемых различают месторождения площадной, линейной и приконтактовой коры выветривания. Месторождения площадной коры плащом покрывают коренные породы. Нижняя граница плащеобразных залежей сложная, неровная, размеры в поперечнике от десятков до тысяч метром, мощность – до первых десятков метров. Месторождения линейной коры выветривания имеют форму жилообразных тел, которые развиваются по системам трещин до глубины 100-200 метров. Приконтактовые (контактово-карстовые) месторождения выветривания размещены вдоль контакта растворимых пород (например, карбонатных) и пород, поставляющих минеральное вещество при разложении (например, никель содержащий серпентинит).

В зависимости от способа накопления вещества полезного ископаемого, месторождения выветривания делятся на остаточные и инфильтрационные.

Остаточные месторождения формируются вследствие растворения и выноса грунтовыми водами минеральной массы горных пород, не имеющей ценности, и накопления в остатке вещества полезного ископаемого. Форма тел – плащеобразная. Пример – месторождения каолина (Глуховецкое на Украине), бокситов (Боке в Гвинее), гарниерит-нантронитовые месторождения силикатных никелевых (с кобальтом) руд (Кимперсайское, Халиловское, Верхнеуфалейское на Южном Урале), на Кубе и др.

Инфильтрационные месторождения возникают при растворении грунтовыми водами ценных компонентов, их фильтрации и переотложении вещества в нижней части коры выветривания. Так возникает ряд месторождений полезных ископаемых: железа, марганца, меди, урана, ванадия, радия, фосфоритов, гипса, боратов, магнезита, исландского шпата.

Наиболее важное промышленное значение имеют инфильтрационные месторождения урана. Они возникают в связи с деятельностью подземных вод глубокой циркуляции. Источником урана являются горные породы, содержащие повышенные концентрации этого элемента, входящего в состав акцессорных минералов. В результате их разложения при процессах выветривания уран переходит в растворы и переносится грунтовыми водами в виде соединений уранила. Выделение урана из растворов в вилле настурана и урановых черней обусловлено действием различных восстановителей – углистого вещества, битумоидов, сероводорода и др.

Вопрос 6. Изменения месторождений полезных ископаемых при выветривании. При химическом и физическом выветривании тела полезных ископаемых, выведенных на поверхность земли, также претерпевают существенные изменения минерального, химического состава и строения. Наибольшие преобразования происходят при выветривании сульфидных рудных тел, пластов угля, залежей минеральных солей, серы.

Литература: [1] , с.196-221; [2], с. 172-186

Проектные задания

Изучить материалы по рудоносным корам выветривания.

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Дать определение коры выветривания;

2. Что такое остаточная кора?

3. Чем отличается инфильтрационная кора?

4. Как образуются латеритные коры, и какие полезные ископаемые с ними связаны?

5. В каких условиях формируются глинистые коры выветривания, и какие полезные ископаемые с ними связаны?

6. Что такое «рудные шляпы» и как они образуются?

7. Какие полезные ископаемые накапливаются в зонах окисления металлических месторождений?

Литература: [1] , с.188 -196; [4], с. 344– 349, с. 369 -385; [23], [26]

Лекция 14 (2 часа). Россыпные месторождения

Важнейшие характеристики. Генетические типы и предпосылки образования. Рудные формации россыпей.

Вопрос 1. Важнейшие характеристики россыпных месторождений. Месторождения россыпей возникают благодаря концентрации ценных компонентов среди обломочных отложений в процессе разрушения и переотложения вещества горных пород и ранее существовавших месторождений полезных ископаемых, претерпевших физическое и химическое выветривание.По различным классификациям россыпные месторождения выделяют в виде самостоятельной группы или включают в осадочную группу как механический класс.

По условиям образования среди россыпных месторождений выделяют элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные (или речные), литоральные (или прибрежные), гляциальные и эоловые.

Механизм формирования россыпей заключается: в сортировке обломочного материала (по крупности, плотности и форме частиц), в истирании и окатывании обломков, в дифференциации материала (по степени механической прочности и химической устойчивости) и в процессе транспортировки.

По времени образования россыпи могут быть современными и древними (ископаемыми), по условиям залегания они делятся на открытые и погребенные , по форме среди них различают плащеобразные, пластовые, линзовидные, лентовидные и гнездовые . Размеры россыпей колеблются в широких пределах. Косовые и русловые россыпи верховьев рек имеют протяженность до 10-15 км.

Долинные россыпи протягиваются на сотни километров.

Россыпи концентрируют только те минералы, для которых характерны высокая плотность, химическая устойчивость в зоне окисления, физическая прочность. Это золото, платина, киноварь, колумбит, танталит, вольфрамит, касситерит, шеелит, монацит, магнетит, магнетит, ильменит, циркон, корунд, рутил, гранат, топаз, алмаз.

Ворос 2. Генетические типы россыпей. Элювиальные россыпи возникают на месте залегания коренных пород, контуры их примерно совпадают. Россыпи могут быть необогащенными, если представляют собой развалы вещества полезного ископаемого, и обогащенными, если «пустые» породы частично вымыты водами плоскостного стока.

Делювиальные россыпи формируются при сортировке обломочного материала в процессе его плоскостного смыва. Строение россыпи зависит от угла склона, мощности делювия, параметров обломков (формы, размеров, плотности), климатических, гидрогеологических и инженерно-геологических факторов. Длина россыпей достигает десятки – первые сотни метров. Максимальное содержание ценных минералов - в вершинах россыпей.

Пролювиальные россыпи редки. Они развиваются за счет смывания обломочного материала со склонов временными потоками. Обломки слабо окатаны и плохо сортированы с уменьшением их крупности на периферии конусов выноса.

Аллювиальные россыпи образуются за счет дифференциации и отложения перемещаемых донных осадков. Накопление материала происходит в них только в определенные моменты при оптимальном режиме перемещений аллювия по дну реки, которое зависит от соотношения скоростей течения реки в разных еѐ частях и фракционного состава аллювия. Аллювиальные россыпи делятся по месту их расположения на косовые, русловые, долинные, террасовые и дельтовые. В поперечном разрезе россыпей различают плотик, пески (или пласт), торфа (песчано-глинистые осадки) и почвенный слой (отсутствует в русловых россыпях). Плотик бывает коренной, сложенный коренными породами дна речной долины, и ложный, подстилающий верхние залежи сложных россыпей, и представленный обычно глиной. Пески (пласт) состоят из валунно-галечных образований, содержащих в качестве связующего материала песчаную и глинистую фракции, и концентрирующих основную массу тяжелых минеральных частиц. Торфа представляют собой песчано-глинистые осадки, обедненные тяжелыми минералами. Граница между торфами и песками постепенная.

Аллювиальные россыпи могут размещаться в непосредственной близости от коренных источников. Они протягиваются вдоль реки на различное расстояние – в зависимости от гидрогеологического режима, богатства коренного источника, глубины его эрозионного среза и поведения сростков зерен ценного минерала в речном потоке. Распределение минералов в россыпи обычно неравномерное – линзами, струями и др.

Прибрежные россыпи формируются под влиянием приливов и отливов, волн и береговых течений. Абразионные и аккумулятивные берега неблагоприятны для образования прибрежных россыпей. Оптимальные условия – у стабильных по степени развития профиля равновесия берегов, вдоль которых происходит непрерывное возвратно-поступательное перемещение обломочных масс, их измельчение, сортировка и переотложение. Прибрежные россыпи локализуются в пляжной зоне, при этом тяжелые минералы накапливаются в верхней части отложений, подверженных постоянному перемыву морскими волнами. Прибрежные морские и океанические россыпи располагаются узкой полосой между линиями прилива и отлива или в зоне прибоя в закрытых бассейнах. Для них характерны хорошо отсортированные равномернозернистые скопления ценных минералов с высоким их содержанием. Протяженность россыпей значительна, а мощность не превышает 1 м. Обычно такие россыпи залегают в самой верхней части песчаных отложений или перекрыты маломощным (до 1 м) слоем песка.

Рудные формации россыпей. Россыпные месторождения являются важным источником ряда полезных ископаемых. Они дают около половины мировой добычи алмазов, титана, вольфрама и олова, 10-20% добычи золота и платины. Немалое значение имеют россыпи в добыче тантала, ниобия, монацита, магнетита, граната, горного хрусталя. Выделяют следующие типы россыпных метрождений.

Золотоносные (аллювиальные) – в России это долины рек Алдана, Колыма, Бодайбо (Восточная Сибирь) а также Австралия (Калгурли), США (Аляска, Калифорния), Бразилия, Южная Африка.

Платиноносные (элювиальные и аллювиальные) – Россия (Урал, Кондерское месторождение на южном Алдане), Заир, Зимбабве, Эфиопия, США (Аляска), Колумбия.

Алмазоносные (все генетические типы россыпей) – Якутия, Урал, Индия, ЮАР, Намибия, Ангола, Танзания, Заир, Австралия, Венесуэла.

Касситерит-вольфрамитовые (делювиальные и аллювиальные) - Северо-восток России (Иультин, Пыркакай), Якутия (Депутатское), Забайкаль (Шерловогорское), Казахстан (Богуты), Китай, Индонезия, Бирма, Конго, Австралия, США (Атолия в Калифорнии), Бразилия.

Монацитовые и цирконовые (литоральные) – Индия, Шри-Ланка, Австралия, Бразилия.

Колумбит-танталовые – Россия, Конго, Заир, Бразилия.

Магнетит-ильменитовые (литоральные) – Западная и Восточная Сибирь, Средняя Азия, Индия, Австралия, США, Бразилия.

Литература: [1] , с.221-230; [2], с.161-171

Проектные задания студентам по самостоятельной работе Изучить генетические особенности россыпей. Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что такое россыпь?

2. Какие ценные минералы накапливаются в россыпях?

3. Какие свойства минералов являются определяющими для накопления в россыпях?

4. Как формируются элювиальные россыпи, делювиальные и пролювиальные россыпи?

5. На какие подклассы разделяются аллювиальные россыпи?

6. Как распределяются ценные минералы в россыпях?

7. Что такое плотик?

8. Как переносится и откладывается материал в аллювиальных россыпях?

9. Какие геоморфологические, тектонические, структурные, литологические и др. признаки являются благоприятными для локализации аллювиальной россыпи?

10. Что такое литоральная россыпь, и какие особенности она имеет (типичные минералы, степень окатанности обломочного материала, протяженность, форма россыпей)? Литература: [1] , с.222 – 232; [20], [27]

Лекции 15, 16 (4 часа). Осадочные месторождения

Общая характеристика осадочных месторождений, классификация. Механогенные месторождения. Хемогенные месторождения. Седиментационнодиагенетические концентрации металлов в черных сланцах.

Биохимические месторождения, общая характеристика. Генетические особенности месторождений фосфоритов. Осадочные месторождения горючих полезных ископаемых Месторождения карбонатных и кремнистых пород.

Вопрос 1. Общая характеристика осадочных месторождений, классификация. Осадочные месторождения возникают в процессе осадконакопления на дне водоѐмов. По месту образования они различаются на речные, болотные, озерные и морские. Процесс формирования осадочных толщ и связанных с ними полезных ископаемых протекает в три стадии – седиментогенез, диагенез и катагенез.

Тела полезных ископаемых осадочных месторождений имеют сингенетичный характер, залегают согласно с вмещающими породами, так как сами первоначально представляют собой осадки. Они обычно занимают строго определенную стратиграфическую позицию и имеют форму пластов, плоских линз. Но вследствие последующих деформаций могут приобретать более сложные очертания.

Среди осадочных месторождений известны современные, но более распространены древние полезные ископаемые, которые формировались во все периоды геологической истории от докембрия до кайнозоя. Размеры осадочных образований, особенно морских, как правило, большие. Отдельные пласты могут протягиваться на десятки километров и более. Мощность различна – от 0,5 м для угольных пластов Донбасса до 500 м (соли Соликамска).

Осадочные месторождения огромное промышленное значение, так как к ним относятся крупнейшие месторождения строительных материалов, солей, фосфоритов, карбонатного сырья, руд железа, марганца алюминия, цветных, радиоактивных, редких и благородных металлов (меди, урана, ванадия, серебра и др.) к ним принадлежат все месторождения горючих ископаемых – угля, нефти, газа.

Группа осадочных месторождений разделяется на четыре класса:механических, химических, биохимических и вулканогенных образований.

Вулканогенно-осадочные образования были рассмотрены ранее на проимере колчеданных месторождений.

Вопрос 2. Механогенные месторождения. Механогенные месторождения представлены месторождениями гравия, песка, глины.

Среди гравийных месторождений различаются образования временных горных потоков и конусов выноса, отложения рек, отложения ледников, прибрежные морские и озерные.

Месторождения песка подразделяются по условиям образования на элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, флювиогляциальные, озерные, морские и океанические, эоловые. Наибольшее промышленное значение имеют аллювиальные, морские и озерные пески.

Месторождения глин по условиям образования различаются на месторождения кор выветривания, делювиальные, аллювиальные, озерные, морские, ледниковые, лессовые. Главные глинообразующие минералы: каолинит, галлуазит, монтмориллонит, пирофиллит, аллофан и гидрослюды. Наиболее распространены четвертичные и третичные глины, но известны мезозойские и палеозойские месторождения.

Вопрос 3. Хемогенные месторождения. Хемогенные месторождения включают месторождения солей и рассолов, образованные из истинных растворов, месторождения железа, марганца, алюминия, образованные из коллоидных растворов. Рудные формации хемогенных осадочных месторождений (гипсангидрит-галитовая, галит-карналлитовая с солями магния, содовая, рассолы с бором, йодом, бромом, щелочными и щелочноземельными металлами, бурых железняков, псиломелан-пиролюзитовая с родохрозитом, железомарганцевых конкреций, бокситовая, хемогенных известняков и доломитов).

Месторождения солей – галогенные или эвапоритовые состоят из хлоридов и сульфатов натрия, калия, магния и кальция с примесью бромидов, йодидов, боратов. По условиям образования выделяются:

1) Природные рассолы современных соляных бассейнов,

2) Соляные подземные воды,

3) Ископаемые или древние залежи солей.

Большинство геологов полагают, что ископаемые соляные месторождения формировались в обстановках аридного климата в процессе испарения относительно изолированных лагун и палеоморей. Примером являются крупные соляные месторождения в Предуралье, в Донбассе, Прикаспии.

Осадочные месторождения железа, марганца, алюминия формируются из суспензий и коллоидных растворов на дне рек, озер, морских водоемов в сходных геологических условиях. Источником материала для их формирования являются продукты континентальной коры выветривания или подводные эксгаляции вулканогенного происхождения. Отложение соединений всех трех металлов происходит в прибрежной зоне озер, морей, главным образом под воздействием электролитов, растворенных в водах этих водоемов, каогулирующих коллоиды металлических соединений и переводящих их в осадок. В ходе дифференциации соединений металлов с разной геохимической подвижностью вначале, ближе к берегу накапливаются бокситы, в верхней части шельфа – железные руды, а еще дальше, в нижней части шельфа – марганцевые руды. Дифференциация минеральной массы происходит в пределах области формирования отдельных месторождений. Это проявляется в изменении минерального состава руд по направлению от берега в глубь водоѐма. Например, для железных руд в этом направлении намечается переход от оксидов (гематит, гѐтит, гидрогѐтит) к карбонатам (сидерит) и затем к силикатам железа (хлорит типа шамозита и тюрингита).

Примером являются Керченское месторождение железа (Украина), Никопольское (Украина) и Чиатурское (Грузия) месторождения марганца, месторождения бокситов Северо-Уральского бокситоносного района (СУБР), Тихвинского района, месторождения марганца и железа на дне современных океанов (железо-марганцевые конкреции).

Вопрос 4. Седиментационно-диагенетические концентрации металлов в черных сланцах. В настоящее время большая группа промышленно важных металлов обнаруживается в так называемых черных сланцах. Формирование таких рудных скоплений связывается с различными и часто комплексными процессами, среди которых реальную роль играет их осадочное образование.

Черные сланцы битуминозной формации часто содержат рассеянную вкрапленность сульфидов железа, меди, молибдена, оксидов урана и ванадия, иногда достигающую промышленной концентрации. Кроме того, в их состав входят никель, хром, титан, кобальт, цинк, свинец, серебро, золото, цирконий, лантан, скандий, бериллий, торий и другие элементы.

Ураноносные углеродсодержащие черные сланцы известны среди осадков различного возраста от протерозойских до альпийских. Первичная концентрация урана в них низкая и составляет тысячные, - сотые доли процента. Однако огромные массы таких сланцев нередко сосредотачивают грандиозные запасы урана. Уран в них находится в формах уран-органических комплексов, сорбированных ионов и изоморфного замещения кальция в коллофане. Пример

– формация Чаттануга в США (запасы урана 5 млн. т при содержании урана в 0,066%).

Примером месторождения меди служит Мансфельд в Германии. Пласт битуминозных мергелистых сланцев мощностью 20-40 см прослеживается на расстояние нескольких километров и в нем рассеяны борнит, сфалерит, халькопирит, реже пирит, галенит, блеклая руда, самородное серебро. Руда содержит также повышенные количества молибдена, ванадия, никеля, платину, палладий, рений. В образовании таких руд также большую роль играют биохимические процессы. Руда рассматривается как продукт взаимодействия морской воды, содержащей металлы с десульфурирующими бактериями сапропелевого ила на дне моря.

Концентрация металлов, первично рассеянных в черных сланцах, существенно возрастает в результате их диагенетических преобразований. Подобные образования частично имеют биохимический генезис, так как в этих осаждении большую роль играло органическое вещество.

Первичное рассеянное накопление металлов в черных сланцах характерно и для золоторудных месторождений, которых часто называют «черносланцевыми». Однако формирование месторождений из рассеянного осадочного золота происходит только после катагенетических, метаморфических или гидротермальных преобразований золотоносных толщ, когда происходит мобилизация рудных компонентов и их вторичная концентрация в благоприятных физических и химических условиях.

Литература к вопросам 1-4: [1] , с.230-247; [2], с 186-195

Вопрос 5. Биохимические месторождения, общая характеристика. Образование биохимических осадков, включающих полезные ископаемые, обусловлено способностью некоторых животных и растительных организмов концентрировать при жизнедеятельности большие количества тех или иных химических элементов. В некоторых морских организмах содержания определенных элементов во много раз превышает кларковое. Например, фтора, бора, калия, серы в организмах может быть выше кларковой в десятки раз, брома, стронция, железа, мышьяка, серебра – в сотни раз, кремния, и фосфора – в тысячи раз, а цинка и марганца – в сотни тысяч раз. Кроме того организмы накапливают редкие и рассеянные элементы. Например, в золе углей, по сравнению с литосферой, содержание германия выше в 70-120 раз, бериллия в 30-150 раз, кобальта в 30 раз, скандия в 10-20 раз, молибдена в 13 раз.

Биохимическое осадочное происхождение имеют месторождения известняков, доломитов, мергелей, диатомитов, фосфоритов, урана, ванадия, серы, а также твердых, жидких и газообразных каустобиолитов.

Главными типами биохимических осадочных месторождений являются фосфоритовый, горючих полезных ископаемых, карбонатных и кремнистых пород.

Вопрос 6. Генетические особенности месторождений фосфоритов .

Среди фосфоритов выделяются морские и континентальные. Это типичные биохимические образования. Морские фосфоритовые залежи имеют пластовую форму и обычно большую протяженность. Например, на месторождениях Каратау в Западном Казахстане зона распространения фосфоритовых пластов вытянута на 100 км при ширине 40-50 км содержит от одного до семи пластов.

Источником фосфора для фосфоритовых месторождений служит сравнительно легко растворимый апатит магматических пород. Фосфор, сносимый в морские водоемы, усваивается животными и растительными организмами. По мнению некоторых геологов, основным источником фосфора, растворенного в морской воде, является фосфор, привносимый подводными вулканическими эксгаляциями.

Отложение фосфатных соединений может осуществляться двумя способами – биологическим и биохимическим. В первом случае в результате отмирания морских организмов и скопления их на дне моря сначала происходит разложение органического вещества с образованием углекислого аммония и фосфорнокислого кальция. Затем взаимодействие этих соединений приводит к выделению фосфорнокислого аммония. Далее фосфорнокислый аммоний реагирует с известковистыми раковинами, образуя фосфорит. Данная схема приложима в основном для платформенных фосфоритов, примером которых являются Вятско-Камские месторождения, Егоревское месторождение в Подмосковье.

Более сложным биохимическим путем накапливается фосфор в области шельфа платформенных морей и океанов. Фосфоритовое месторождение может образоваться при наличии глубинного течения, направленного из глубокой части к берегу водоема. Когда глубинные холодные воды, насыщенные CO₂ и P₂ О₅ , подводятся глубоководными течениями в область материкового шельфа, уменьшается парциальное давление CO₂ . Этому способствует уменьшение гидростатического давления, нагрев восходящих вод, диффузия избытка CO₂ в обедненные углекислотой поверхностные зоны фитопланктона, а также возможное добавочное растворение этими восходящими «агрессивными» водами известковых осадков. Вследствие уменьшения парциального давления CO₂ в этих восходящих слоях морской воды система ранее установившегося равновесия нарушается, и воды становятся перенасыщенными по отношению к СаСО₃ и 3Сa₃ (PO₄ )₂ CaF₂ ^{2 } . Так возникают условия для химической садки кальцита и фосфорита, их концентрации на склоне шельфа. Пример – месторождения Каратау (Казахстан), Фосфория в США.

Такую модель предложил А.Казаков (1950). В настоящее время существуют и другие гипотезы образования фосфоритов. Их рассмотрение будет необходимо, если придется непосредственно работать на фосфоритовых объектах или проводить специальные научные исследования.

Вопрос 7. Осадочные месторождения горючих полезных ископаемых. К ним относятся, прежде всего, месторождения сапропеля, торфа, угля, горючих сланцев).

Месторождения углей представляют самотоятельный раздел учения о м инеральном сырье, который рассматривается в специальном курсе. Мы рассморим лишь основные генетические особенности углей, которые принадлежат к фитогенным образованиям, связанным с жизнедеятельностью древних растений. В хлорофильных зернах этих растений под влиянием световой энергии происходил синтез первичного органического вещества из углекислого газа и воды. При неполном разложении отмерших растений происходило постепенное накопление органической массы – исходного материала для образования углей.

Захоронение органической массы под перекрывающими осадками, диагенез, катагенез и последующий метаморфизм приводили к еѐ углефикации и образованию ископаемых углей. При этом происходило уплотнение, обезвоживание, цементация и полимеризация исходного рыхлого и влажного осадка.

Вследствие этого исходная растительная масса сапропеля и торфа претерпевала следующий ряд постепенного и необратимого изменения: бурый уголь, каменный уголь, антрацит, шунгит и графит.

Вопрос 8. Месторождения карбонатных и кремнистых пород. К карбонатным породам , используемым в качестве полезных ископаемых, относятся известняки, доломиты и мергели. Наиболее типичной органогенной породой является мел, состоящий из кальцитовых остатков морских планктонных водорослей – кокколитофорид. Особенности образования карбонатных пород детально рассматриваются в курсе «Литология».

Кремнистые породы. Источником кремния является кремнезем, находящийся в морской воде, который усваивается различными организмами. Среди кремнистых пород, представляющих интерес как полезные ископаемые различают диатомиты, трепелы, опоки.

Диатомит – тонкозернистая пористая порода, состоящая главным образом из мельчайших панцирей диатомовых водорослей, накопившихся вследствие их массовой гибели.

Трепел – также тонкозернистая порода, состоящая из мельчайших округлых телец опала, и халцедона с остатками радиолярий, спикул губок и фораминифер.

Опоки – более плотные кремнистые породы, состоящие их аморфной массы кремнезема в смеси со скелетами диатомей, радиолярий и губок; они рассматриваются как частично преобразованные диатомиты и трепела. В докембрии и раннем палеозое преобладали хемогенные кремнистые осадки, затем они все более и более вытеснялись биогенными осадками, питательной средой которых является как кремнезем, привносимый поверхностными водами в моря, океаны, так и кремнезем подводных вулканических эксгаляций.

Литература к вопросам 5-8: [1] , с.247-261

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Изучить теорию седиментационно-диагенетического образования месторождений.

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. В результате каких процессов происходит отложение осадков и связанных с ними компонентов полезных ископаемых?

2. Что такое механическое осаждение, и какие полезные ископаемые с ним связаны?

3. Как происходит физико-химическое осаждение (из коллоидных растворов)?

4. Для каких соединений характерно химическое осаждение?

5. Что такое биологическое и биохимическое образование осадков?

6. Какое влияние оказывает органическое вещество на образование осадочных полезных ископаемых?

7. В чем проявляются диагенетические изменения осадков?

8. Какие факторы являются решающими в формировании седиментационнодиагенетических месторождений осадочных бассейнов?

9. Привести примеры механических, химических, биохимических осадочных полезных ископаемых.

Литература: [1] , с.232 -261; [10], с. 43 – 59

Лекция 17 – проблемная (2 часа). Эпигенетические и осадочнокатагенетические месторождения: современные генетические гипотезы

Дискуссионная природа. Основные термины и понятия. Общая характеристика осадочно-катагенетических месторождений. Схема формирования газоводных флюидов в элизионных бассейнах и рудогенез. Примеры месторождений.

Вопрос 1. Дискуссионная природа месторождений. Эпигенетические и осадочно-катагенетические месторождения относятся к объектам, генетическая природа которых дискуссионная. В литературе их называют анагенными (амагматогенными гидротермальными или телетермальными) стратиформными, элизионными, гидрогенно-эксфильтрационными, экзогенно-гидротермальными. К данному классу относятся месторождения нефти, газов, подземных вод, полиметаллов, целестина, меди, урана, ванадия, стронция, рения, селена, скандия, редких земель, серы, барита, магнезита, сидерита и других полезных ископаемых. Многие из этих месторождений рассматривались до недавнего времени как осадочные образования, а некоторые из них как гидротермальные амагматогенные. Исследованиями последних десятилетий установлено, что данные месторождения необходимо выделить в особую группу полезных ископаемых - эпигенетических и осадочно-катагенетических, сформированных потоками поверхностных грунтовых и артезианских подземных вод и углеводородных флюидов и низкотемпературными гидротермальными растворами различного происхождения с преобладающим использованием собственных ресурсов осадочно-породного бассейна.

В связи с тем, что в общедоступной учебной литературе (Смирнов В.И. «Геология полезных ископаемых», 1989. Смирнов В.И. и др. «Курс рудных месторождений», 1981; Яковлев П.Д. «Промышленные типы рудных месторождений», 1986; Вольфсон Ф.И., Дружинин А.В. «Главнейшие типы рудных месторождений», 1986; Вольфсон Ф.И., Некрасов Е.М. «Основы образования рудных месторождений», 1986) практически не освещаются вопросы генезиса осадочно-катагенетических месторождений, возникла необходимость обсудить данную проблему в специальной лекции с привлечением новых научных данных ведущих ученых в области литологии, нефтяной и газовой геологии, геотектоники и геологии рудных месторождений (В.Н.Холодова, В.Е.Хаина,

Б.А.Соколова, П.П.Тимофеева, А.Г.Коссовской, Н.В.Логвиненко,

Н.Б.Вассоевича, Л.В.Анфимова, О.В.Япаскурта, В.И.Старостина и многих других), а также собственных исследований автора. Основная используемая литература приводится в конце лекции.

Необходимость прочтения данной проблемной лекции также связана с тем, что в связи с появлением в 80-90 г.г. новых аспектов в теории литогенеза и катагенетического рудогенеза, во многих регионах нашей страны были открыты и переоценены многие месторождения и рудопроявления как рудного, так и нерудного сырья. В особенности это касается постановки поисковых и оценочных работ на золото в терригенных и карбонатно-терригенных комплексах с целью открытия большеобъемных промышленных объектов. Такие работы проводятся в местах прохождения производственных практик студентов Ростовского госуниверситета. Предлагаемая лекция предназначена для студентов 3 курса специальности 011100 «Геология» в рамках дисциплины «Геология полезных ископаемых», однако она также будет полезна студентам всех геологических специальностей и аспирантам, занимающимся вопросами рудогенеза в осадочных формациях.

Вопрос 2. Основные термины и понятия. Геологическая история каждого осадочного образования включает ряд последовательных стадий: зарождения рыхлого осадка , затем его литификации («окаменения»), то есть превращения в породу , и более или менее длительного (вплоть до первых миллиардов лет) бытия последней внутри земных недр. Находясь там, перемещаясь тектоническими движениями на разные глубины и подвергаясь при этом воздействиям различных температур, давлений и газово-жидких флюидов, осадочная порода претерпевает постседиментационные преобразования , или «вторичные изменения».

Термины, определяющие различные стадии литификации осадков, поразному трактуются геологами (Н.М.Страховым, Н.Б.Вассоевичем, Н.В.Логвиненко, А.Г.Коссовской, П.П.Тимофеевым, В.Н.Холодовым и др.). Мы рассмотрим лишь наиболее общепринятые трактовки этих понятий.

Так, Н.Б.Вассоевич, объединяя мнение большинства литологов, предлагал называть литогенезом совокупность процессов образования осадков (седиментогенез ), превращения осадков в осадочные горные породы (диагенез ) и последующего изменения осадочных пород до превращения их в метаморфические породы (катагенез ), а также процессов гипергенеза.

По Н.М.Страхову диагенез понимается как стадия биохимического и физико-химического уравновешивания компонентов осадка, представляющего собой, как правило, обводненную и неравновесную систему, в той или иной мере насыщенную органическим веществом – живым (бактерии, грибки и др.) и мертвым. Нижняя граница диагенеза определяется разными исследователями по-разному.Большинство отечественных геологов принимают еѐ на малых глубинах под поверхностью накапливающихся осадков: в пределах единичным метров либо десятков метров, максимально 150-300 м, по Н.М.Страхову, а в осадках океанических глубин по новейшим данным А.Г.Коссовской и др. вплоть до многих сотен метров. Одним из признаков завершения диагенеза служит исчезновение живого органического вещества.

По завершении диагенеза (в том случае, если сформированная за счет осадка порода не была поднята в зону гипергенеза, а продолжала своѐ погружение вглубь стратисферы) начинается следующая стадия литогенеза, которая у исследователей именуется двояко. Первое и наиболее ѐмкое определение ей дал А.Е.Ферсман в 1922 году, назвавший катагенезом всю совокупность преобразований осадочной породы после того, как она оказалась отделенной от водного бассейна новым слоем осадка и вплоть до момента, когда эта порода снова становилась земной поверхностью на границе с атмосферой, исключая отсюда только метаморфические изменения, обусловленные воздействием на породу особо высоких температур и давлений. Также представлял эту стадию Л.В.Пустовалов, назвавший еѐ иначе – эпигенезом. Последний термин укоренился в трудах многих отечественных геологов (А.Г.Коссовкой, А.В.Копелиовича, Г.Ф.Крашенинникова, Л.Б.Рухина, Т.М.Сиановича и др.). Однако он со временем стал вытесняться термином «катагенез», употребляемым ныне значительно чаще (Н.Б.Вассоевичем, Н.В.Логвиненко,

Б.А.Соколовым, В.Н.Холодовым, О.В.Япаскуртом и др.). Оба термина трактуются сейчас большинством исследователей практически с одинаковым смысловым содержанием. Но дискуссионными остаются границы, стадийность, диагностические признаки данной стадии преобразования осадков.

Усиленный интерес литологов к катагенетическим преобразованиям привел к необходимости широких комплексных исследований крупных природных объектов. В результате возникло представление об осадочно-породных бассейнах как о целостных автономных системах, в которых благодаря преобладанию нисходящих тектонических движений осадочные и осадочновулканогенные толщи проходят все стадии постседиментационных измегнений от диагенеза и катагенеза до метаморфизма. Внутри такой породной системы, которая часто пространственно совпадает с тектоническими впадинами или депрессиями, реализуются все процессы формирования нефтяных и газовых месторождений, различных рудных скоплений. В гидрогеологии осадочнопородные бассейны иногда называют артезианскими.

В соответствии с представлениями ряда ведущих гидрогеологов – Д.С.Соколова, А.А.Карцева, И.К.Зайцева т др. – среди осадочно-породных бассейнов континентального блока можно выделить три группы: элизионные, инфильтрационные, смешанные.

Для элизионных бассейнов типично резкое и длительное преобладание нисходящих отрицательных движений, в результате которых во впадинах накопились мощные (до 10 км) осадочные толщи. Положительные движения были кратковременны и начались в поздние геологические эпохи. Как следствие такого развития в центральных частях депрессии каждый последующий пласт перекрывает предыдущий, а в целом песчано-глинистая толща становится источником газоводных флюидов, в ней глины уподобляются пористой резине, насыщенной морской водой, рассеянным органическим веществом (РОВ) и разнообразными газами. По мере погружения они сжимаются и отдают газоводные растворы в жесткие пласты-коллекторы и дренирующие зоны разломов. Как следствие в подобных регионах элизионный этап резко преобладает над инфильтрационным, а отжимающиеся седиментационные флюиды обычно мигрируют в них от центра к периферии. Этому способствуют высокие геотермические градиенты, обеспечивающие температуру до 100С на сравнительно небольшой (2-3 км) глубине. Здесь очень часто возникают аномально высокие пластовые давления, которые в глубоких частях бассейнов, в зоне затрудненного водообмена, сохраняются на протяжении длительного геологического времени.

Для инфильтрационных бассейнов характерны относительно небольшие (2-3 км) мощности осадочного чехла, что обусловлено слабой тектонической активностью региона и замедленными нисходящими движениями. Благодаря тому, что в периферической части осадочный чехол такой «тектонической чаши» оказывается вскрытым эрозией, в наиболее проницаемые пластыколлекторы с дневной поверхности поступают вадозные воды, которые по закону гидростатического напора мигрируют по ним в направлении от областей питания к областям разгрузки.

Смешанные артезианские бассейны занимают промежуточное положение. Часто отмечается преобладание элизионных процессов на ранних этапах погружения и инфильтрационных на поздних этапах, после поднятия и частичной денудации водоносных пород на периферии бассейна.

По данным В.Н.Холодова двум первым типам осадочно-породных бассейнов соответствуют два типа катагенеза на континентальном блоке.

Первый тип – элизионный катагенез – характеризуется перераспределением газоводных флюидов, отжимающихся из глин в песчаники или тектонические трещины. Это в свою очередь вызывает реакции, идущие на границе двух разных геохимических сред, где нередко формируются самые разнообразные аутигенные минералы, в том числе и промышленно важные. Второй тип - инфильтрационный катагенез – отличается тем, что в этом процессе пласты коллекторы (песчаники и карбонатные породы) становятся главной ареной разнообразных химических реакций; разделяющие их глины слабее отражают изменения, которые возникают в коллекторах под воздействием пластовых вод.

Вопрос 3. Общая характеристика осадочно-катагенетических месторождений. В осадочных формациях заключено большое количество стратифицированных полезных ископаемых, генезис которых невозможно объяснить только осадочной моделью. Помимо пластообразной формы рудных тел, приуроченности полезной минерализации к определенным литологостратиграфическим горизонтам, отсутствия (или несущественного развития) рудогенерирующих магматических комплексов, локализации оруденения в слабодислоцированных породах осадочного чехла, данные месторождения имеют признаки вторичного минералообразования, поэтому их часто называют эпигенетическими. Наличие рудной вкрапленности и прожилков, метасоматические структуры руд, повышенные температуры минералов (до 100-250С), нехарактерные для осадочного минералообразования, тупое выклинивание рудных тел в пределах осадочных слоев - свидетельствуют об участии относительно горячих растворов в процессе рудогенеза. Изотопный состав ряда минералообразующих элементов указывает в большинстве случаев на их осадочную природу, но частично и эндогенную. Не всегда удается четко разграничить инфильтрационные, диагенные, катагенные, низкотемпературные гидротермальные процессы с участием эндогенных флюидов по имеющимся спорным диагностическим признакам. И все же эти месторождения имеют много общего для выделения их в особый класс – осадочно-катагенетический , в который можно включать или особо выделять инфильтрационные образования.

Среди рудных формаций и типов месторождений, относящихся к рассматриваемому генетическому классу, включая инфильтрационные, выделяют (по В.И.Старостину, П.А.Игнатову,1997):

1) стратиформные полиметаллические в карбонатных породах; 2) медистые песчаники в терригенных красноцветных формациях, 3) медистые песчаники палеорусел пестроцветных толщ; 4) урановые и битумно-урановые в палеорусловых песчаниках пестроцветных толщ; 5) урановые и ванадий-урановые в зонах окисления черносланцевых комплексов; 6) ванадий-урановые в калькретах; 7) металлоносные угли и торфяники; 8) редкометально-урановые в зонах выклинивания внутрипластового оруденения; 9) битумно-урановые в карбонатных и терригенных породах; 10) битумно-ванадиевые в терригенных толщах; 11) стратиформные целестиновые и баритовые в гипс-карбонатных породах; 12) самородной серы в гипс-карбонатных породах; 13) ийдобромные и металлоносные рассолы.

При участии катагенных флюидов образуются месторождения золота в углеродистых терригенных и карбонатно-терригенных формациях. Смешанным элизионным и инфильтрационным процессами объясняется генезис ряда месторождений сидеритов и бурых известняков, магнезитов, фосфоритов.

Во многих осадочно-породных бассейнах имеется пространственная связь стратиформных рудных месторождений со скоплениями углеводородного сырья. Стратиформные рудные месторождения располагаются в краевых частях нефтегазовых бассейнов или в примыкающих к ним депрессиям.

Вопрос 4. Схема формирования газоводных флюидов в элизионных бассейнах и рудогенез. Одной из выдающихся работ, показавшей механизм формирования катагенных флюидов и основанной на огромном фактическом материале, явилась монография В.Н.Холодова «Постседиментационные преобразования в элизионных бассейнах» (1983).

Главное геохимическое отличие элизионных и инфильтрационных осадочно-породных бассейнов заключается в том, что в первых на протяжении значительного времени активной силой, определяющей состав газов и вод, являются глинистые толщи. Именно в них по мере погружения на разные глубины осуществляются физико-химические преобразования, формирующие накопление газоводных флюидов, которые затем отжимаются из этих пластичных пород и попадают в жесткие и более ѐмкие пласты песчаников-коллекторов.

Такое перераспределение газов и вод не проходит бесследно и, с одной стороны, сопровождается различными реакциями минералообразования на границе глина-песчаник, а с другой - способствует изменению состава флюидов, заключенных в песчаном коллекторе, определяет возможность формирования в нем новых по составу пластовых вод, залежей нефти, катагенетических минералов и текстур. При этом песчаники играют относительно пассивную роль. Они принимают отжимающиеся из глин флюиды, а формирующиеся в них жидкие и газовые фазы являются лишь геохимическим отражением вертикальной катагенетической зональности в глинах.

Наоборот, в инфильтрационных системах наиболее активная геохимическая жизнь сосредоточивается именно в относительно проницаемых пластахколлекторах. Сюда внедряются вследствие подъема смежных площадей вадозные поверхностные воды, здесь в результате взаимодействия инфильтрационных вод и вмещающих пород осуществляются сложные геохимические преобразования твердой и жидкой фаз, здесь формируется эпигенетическая зональность отложений, преобразуются скопления нефти и газов, создаются и исчезают разнообразные рудные скопления. Глины в области активных геохимических процессов приповерхностной зоны являются более пассивными и как бы меняются ролями с более проницаемыми песчаниками и карбонатными породами.

В целом последовательность формирования термальных газоводных растворов в элизионных системах осадочно-породных бассейнов можно представить в следующем виде.

В зоне диагенеза и в верхней зоне катагенеза, от поверхности осадка на дне палеоводоѐма и до глубины 2 км, в составе газовой фазы будут повсеместно преобладать СО₂ и Н₂ S, возможно присутствие газообразных углеводородов. В илах оба газа имеют биохимическое происхождение, но ниже все большую роль начинают играть абиогенные СО₂ и Н₂ S, причем к нижней границе зоны в районах, где глинистая покрышка недостаточно проницаема, доминирует СО₂ , возникшая за счет рассеянных карбонатов. В жидкой фазе отжимаются Н₂ О и битумоиды. Термобарические параметры, в которых формируются газоводные растворы этой зоны, достигают 100-120С и 420-500 атм. В породах-

коллекторах, а также зонах повышенной трещиноватости из растворов осаждаются сульфиды и карбонаты.

При большем погружении нефтематеринских толщ на глубины от 2 до 4 км, ведущим процессом становится отторжение из РОВ жидкой нефти, растворенных в воде углеводородов, газообразных углеводородов. Область, в которой реализуются процессы формирования битумно-нефтяных скоплений, ограничивают температуры от 120 до 200С и давлении от 500 до 1000 атм. Главным геохимическим процессом является эмиграция углеводородов в пластыколлекторы и разломы и формирование в них залежей нефти и газа.

На глубинах от 4 до 5 км протекают процессы гидрослюдизации глин и дегидратации. Примерно в этом же интервале из РОВ формируются газообразные углеводороды, а также СО₂ и Н₂ S. Эта стадия осуществляется при темпера-

турах 200-250С и давлениях 1000-1200 атм.

Наконец, на глубинах 5-7 км пласты сильно преобразованных и измененных глин вновь становятся поставщиками СО₂ , Н₂ S, SiО₂ , отчасти газообразных углеводородов.

Приведенная выше зональность генерации газоводных растворов в осадочно-породных бассейнах элизионной группы не имеет четкой глубинной привязки; мощность различных зон находится в тесной связи с термической характеристикой конкретных регионов и плотностью пород, слагающих их разрезы. Интенсивность тех или иных преобразований, а иногда и их глубина зависят также от проницаемости глинистых покрышек, от первичного литологофациального состава осадочных пород. Так, формирование преимущественно монтмориллонитовых глин на катагенетической стадии порообразования будет стимулировать интенсивные процессы дегидратации; присутствие в разрезе глин, содержащих рассеянные карбонаты или сульфиды, будет способствовать интенсивному развитию углекисло-сероводородных явлений. Генерации разнообразных газов способствует преобразования органического вещества. Если в разрезах присутствуют горючие сланцы и породы, обогащенные седиментогенным органическим веществом в количестве С_орг  1 %, то при их катагенезе на глубинах от 2 до 6 км согласно представлениям многих геологов генерируется нефть и газ. Такие отложения называют нефтематеринскими.

Формирование термальных растворов в ряде случаев может привести к мобилизации рудных компонентов из вмещающих глинистых пород и переотложению в пласты-коллекторы и зоны повышенной трещиноватости. Этот механизм особенно типичен для тех компонентов, которые растворяются при избытке СО₂ или Н₂ О и выпадают из растворов при их дефиците. Такими элементами являются, например, Fe и Mn; первый легко мигрирует в виде бикарбоната двухвалентного железа и осаждается при потере СО₂ , тогда как второй хорошо растворим в сероводородной обстановке.

Минерализованные воды и рассолы натриевого и кальциевого типов, относящиеся к захороненным вместе с осадками седиментационным морским водам, могут нагреваться в платформенных областях до 150-200С. Они являются хорошими растворителями для многих элементов (Fe, Mn, Ni, Cu, Pb, Zn, Sr, Li, Cs, Au, Ag и др.). Металлоносные хлоридные термальные рассолы встречаются в современных артезианских бассейнах на глубинах 3-5 км и по составу могут соответствовать вулканогенным гидротермальным растворам.

В случае накопления больших масс монтмориллонитовых глин в аридных условиях и в континентальной окислительной обстановке, высвобождающиеся растворы могли быть окислительными (по ряду элементов, в частности меди), пресными и гидрокарбонатными. Такие воды должны были опреснять минерализованные захороненные воды, что способствовало растворению и переносу ряда микроэлементов (J, B, Br, F, As, U, Sb и Hg).

В зонах глубокого катагенеза и газонефтеобразования могли формироваться рассолы, обогащенные металлоорганическими соединениями. Так например, известны хорошо растворимые уран- и золотогуминовые комплексы, металл-хелатные, углеводородно-газортутные соединения и др. В местах интенсивного окисления, перепада рН, снижения давления и температуры они могут распадаться и формировать битумно-металлическое оруденение. Широко известны урано-битумные руды, ванадиеносные битумы, золотосодержащее керогеноподобное органическое вещество. В битумах отмечены концентрации U, Mo, V, Cr, Hg, Se, Pb, As, Cu, Ni, TR, крупные скопления галенита, сфалерита, марказита и киновари.

Вопрос 5. Примеры месторождений. Месторождения, связанные с грунтовыми водам и . С деятельностью грунтовых вод связывают образование месторождений меди, редких земель, урана, легированных железных руд, марганца, бокситов, каолина, магнезита, талька, малахита, бирюзы, хризопраза и других полезных ископаемых. Во многих учебниках эти месторождения рассматриваются как переотложенные и вместе с инфильтрационными включены в группу кор выветривания. Главными факторами такого рудообразования являются: наличие крупных источников полезных компонентов в области питания грунтовых вод, развитие жаркого гумидного климата, а предрудный этап, с которым связано интенсивное химическое выветривание и поступление больших масс полезных компонентов в грунтовые воды, медленные положительные конседиментационные движения крупных стабильных блоков земной коры, определявших постоянное понижение уровня грунтовых вод; значительный объем грунтовых вод, большая протяженность и высокая контрастность геохимически барьерных условий.

Примером крупномасштабного осадочно-диагенетического рудообразования могут служить медные рудные тела Удоканского месторождения, локализованные в раннепротерозойской молассоидной толще. Здесь согласные с вмещающими осадочными горизонтами рудные тела, повторяют размещение рукавов подводной дельты и располагаются в заливно-лагунных отложениях.

Осадочно-катагенетические месторождения .В качестве примера можно привести месторождения углеводородов (нефтегазоносные бассейны:ВолгоУральский, Днепрово-Донецкий, Северо-Каспийский, Западно-Сибирский, Ферганский, Азово-Кубанский, Сахалинский и др.), Джесказганское месторождение медистых песчаников (Казахстан), полиметаллические руды Мирлимсайского месторождения (Казахстан) и рудного района Миссури (США), сидеритовые руды Бакальской группы и Саткинское магнезитовое месторождение (Ю. Урал), золоторудное месторождение Кумтор (Киргизия), месторождения самородной серы, барита (в Уральской и Новоземельской провинциях).

Осадочно-катагенетические элизионные и инфильтрационные месторождения имеют важное промышленное значение. Этому способствует их большеобъемность, простая морфология рудных тел (пласты, линзы), часто небольшая глубина залегания. Эти месторождения имеют определяющее экономическое значение в энергетике и водоснабжении. Помимо этого более половины мировых запасов свинца и около 40 % цинка, связывается с осадочнокатагенетическическим генезисом. Инфильтрационные месторождения урана составляют около 50 % мировых запасов.

Несмотря на многие дискуссионные аспекты их генезиса, для большинства исследователей очевидно, что при формировании данного типа месторождений используется собственный потенциал осадочно-породного бассейна – флюидный, вещественный и энергетический. _{Литература:} [6], с.4-16.

Дополнительная литература к проблемной лекции

Анфимов Л.В. Литогенез в рифейских осадочных толщах Башкирского мегантиклинория (Ю. Урал). Екатеринбург: Изд-во УО РАН. 1997. С.174-274.

Вассоевич Н.Б. Теория осадочно-миграционного происхождения нефти (исторический обзор и современное состояние) // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1967. № 11. С. 135-156.

Хаин В.Е., Соколов Б.А. Роль флюидодинамики в развитии нефтегазоносных бассейнов // Вестник МГУ. Сер. геол. 1994. № 5. С. 3 –12.

Грановский А.Г., Грановская Н.В. Термобарогеохимический анализ процессов катагенеза среднерифейских отложений Башкирского мегантиклинория // Закономерности строения осадочных толщ: Материалы третьего Уральского литологического совещания. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1998. С. 105 - 108.

Коссовская А.Г., Шутов В.Д. Типы регионального эпигенеза и их связь с тектонической обстановкой на материках и в океанах // Геотектоника. 1976. № 2. С. 15-30.

Курило М.В. Стадиальные минералого-геохимические изменения в породах угленосной формации Донбасса // Литология и полезные ископаемые. 1993. № 2. С. 44-55.

Логвиненко Н.В., Шванов В.Н. К характеристике границы между осадочными и метаморфическими породами // Изв. АН СССР. Сер геол. № 3. 1973. С. 36-45.

Пиотровкий А.М. Влияние генетических особенностей на формирование физикомеханических свойств пород среднего карбона Донецкого бассейна // Вест. МГУ. Сер. геол.. 1984. № 2. С. 37-52.

Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых: учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1997. С. 177-184, 232-251.

Тимофеев П.П., Косовская А.Г., Шутов В.Д., Боголюбова Л.И., Дриц В.А. Новое в учении о стадиях осадочного породообразования // Литология и полезные ископаемые. 1974. № 3. С.58-82. Хаин В.Е., Соколов Б.А. Рифтогенез и нефтегазоносность: основные проблемы// Геол.

журнал. 1991. № 5. С. 3-16. Холодов В.Н. Новое в познании катагенеза // Литология и полезные ископаемые. 1982. № 3. С. 3-22.

Холодов В.Н. Постседиментационные преобразования в элизионных бассейнах (на примере Восточного Предкавказья). М: Наука. 1983. С.3-7, 82-119.

Япаскурт О.В. О взаимоотношениях катагенеза и начального метаморфизма // Вест. МГУ. Сер.геол.. 1981. № 5. С. 33-38.

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Ознакомиться с дополнительной литературой по теме «Катагенетическое образование месторождений»

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что такое катагенез?

2. Как формируются гидродинамические системы при катагенических преобразованиях осадочных толщ?

3. В чем отличие элизионного катагенеза от инфильтрационного?

4. При каких температурах образуются полезные ископаемые катагенетических месторождений?

5. Какие геологические особенности присущи катагенетическим месторождениям (форма рудных тел, стратиграфические, литологические, фациальные особенности)

6. Привести примеры месторождений, формирующихся осадочно-катагенетическим путѐм.

Литература: [6]; [10], с. 61 – 78

Метаморфогенная серия

Лекция 18 (2 часа) Метаморфизованные и метаморфические месторождения

Общая характеристика, типы месторождений. Физико-химические условия образовании, метаморфические фации и полезные ископаемые. Примеры регионально метаморфизованных месторождений, контактовометаморфических месторождений, динамометаморфических месторождений, импактитовые месторождений.

Вопрос 1.Общая характеристика. Образуются при метаморфизме – т. е разнообразных эндогенных процессах, с которыми связаны изменения в структуре, минеральном и химическом составе горных пород, отличающиеся от их первоначального образования.

Месторождения делятся на метаморфизованные и метаморфические .

Метаморфизованные месторождения подверглись изменению одновременно с окружающими их породами в такой степени, что метаморфические признаки в форме, строении и составе тел полезных ископаемых оказываются доминирующими.

Метаморфические месторождения возникли вновь в процессе метаморфизма в связи с перегруппировкой минерального вещества метаморфизуемых пород.

Метаморфические процессы могут быть региональными и локальными . К локальным разновидностям относятся автометаморфизм, контактовый метаморфизм массивов изверженных пород, а также динамометаморфизм вдоль тектонических зон (сдвигов, надвигов). Региональный метаморфизм развивается вследствие совокупного воздействия статической и динамической нагрузок горных пород, в обстановке повышающегося давления, температуры и воздействия различных минерализаторов, особенно воды. В крайних формах он переходит в ультраметаморфизм, обуславливающий выборочное или полное переплавление изменяющихся пород.

Метаморфизм может быть прогрессивным и регрессивным. Региональный метаморфизм, вызванный повышением температуры и давления, называется прямым, или прогрессивным, способствующем реакциям с выделением воды, углекислоты из минералов. Метаморфизм, связанный со сменой высокотемпературных минеральных ассоциаций низкотемпературными, способствующий обратному поглощению воды и углекислоты, называется обратным или регрессивным.

Метаморфизм разделяется также на изохимический и аллохимический . Изохимический (без привноса новых минералообразующих веществ) характерен для прогрессивной стадии. Аллохимический (с привносом новых веществ и изменением химического состава метаморфизующихся пород) наиболее характерен для регрессивной стадии метаморфизма.

Вследствие метаморфизма меняется и форма тел полезных ископаемых, образуются метаморфические текстуры и структуры.

Форма тел полезных ископаемых – сплющенная, пластообразная, ленто-, линзо-, жилообразные залежи сплошных руд.

Текстура вещества метаморфизованных месторождений полосчатая, плойчатая, сланцеватая. Структура - гранобластовая, листоватая, пластинчатая.

Минеральный состав метаморфизованных месторождений отличается переходом гидрооксидов в оксиды (лимонит-гематит, магнетит; псиломелан- браунит, опал – кварц фосфорит-апатит, уголь - графит).

Для минеральных ассоциаций метаморфогенных месторождений характерны минеральные парагенезисы соответствующей фации метаморфизма.

Геологический возраст . Метаморфогенные месторождения локального метаморфизма могут иметь различный возраст. Среди месторождений, связанных с региональным метаморфизмом, резко преобладают древние образования – докембрийские (архейские, протерозойские), раннепалеозойские.

Вопрос 3. Физико-химические условия образования, метаморфические фации и полезные ископаемые. Формирование месторождений происходит при высокой температуре, которой иногда сопутствует высокое давление, при участии минерализаторов – воды, углекислоты, сероводорода и других летучих соединений.

Температура рудообразования . Установлено, что нижняя граница регионального метаморфизма (по пределу устойчивости каолина) колеблется в пределахз 450-500С, переход от низкой к средней температуре (по исчезновению хлорита) – при 600С, от средней к высокой температуре (по устойчивости мусковита) – при 700-750С, а веорхняя граница, установленная по парагенезису пироксена и гиперстена – 900-950С. Такие высокие жзначения не достижимы при простом погружении толщ горных пород и заключенных в них полезных ископаемых. Поэтому считается, что важным источником метаморфизма явлется периодически усиливающийся тепловой поток из недр Земли.

Давление при рудообразовании может достигать 1500-1700 МПа. Образование различных криатллических сланцем происходит в пределах давлений 700-200 МПа.

Метаморфические фации и соответствующие им полезные ископаемые показаны на рисунке 2.

Рисунок 2 - Физические условия возникновения метаорфических фаций. По данным П.Эсколы, Н.Елисеева, В.Соболева, Ф.Тернера, Дж.Ферхугена и др.:

1-6 – фации: 1 – цеолитовая, 2 – зеленосланцевая, 3 – амфиболовая, 4 – глаукофановая, 5 – гранулитовая, 6 - эклогитовая

Вопрос 4. Примеры регионально метаморфизованных месторождений, контактово-метаморфических месторождений, динамометаморфических месторождений, импактитовые месторождений. Классификация метаморфогенных пород и примеры месторождений каждого класса показаны в таблице 4.

Таблица 4 Классификация метаморфогенных месторождений

Примером метаморфизованных месторождений являются железистые кварциты Курской магнитной аномалии (КМА) и Криворожского месторождения, марганцевые месторождения Индии, урансодержащие золотоносные конгломераты месторождения Витватерсранд (ЮАР), свинцово-цинковые руды месторождения Брокен-Хилл в Австралии. К контактово-

метаморфизованным относятся Южноякутские магнетитовые месторождения железа, Курейское месторождение графита (Красноярский край), месторождения корунда и наждака в Греции.

Метаморфические месторождения - месторождения флогопита на Алданском щите, кианитовые и силлиманитовые месторождения на Кольском полуострове, в Карелии, графита на Украине и др.

Примером динамометаморфических месторождений являются: Кокчетавское месторождение алмазов, месторождение золота Бакрчик (Казахстан).

К импактитовым месторождениям возможно относятся алмазы некоторых месторождений Архангельской провинции.

Литература: [1] , с.261-285; [2], с 154-160

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Изучить генетические особенности метаморфогенных месторождений Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что такое региональный и локальный метаморфизм (контактовый, динамометаморфизм, ударный метаморфизм)?

2. Какие фации характерны для регионального метаморфизма?

3. Какие температуры и давления соответствуют фациям регионального метаморфизма?

4. Какие полезные ископаемые характерны для цеолитовой фации?

5. Какие полезные ископаемые образуются при метаморфизме в фации зеленых сланцев?

6. Какие полезные ископаемые характерны для глаукофановой, амфиболитовой, гранулитовой фаций?

7. Какие фации характерны для пород контактового метаморфизма?

8. Привести примеры полезных ископаемых, образующихся при контактовом метаморфизме.

9. Как образуются железистые кварциты, привести пример месторождений.

10. Как образуются золотоносные конгломераты, привести пример месторождения 11.Привести примеры месторождений, образующихся при ударном метаморфизме

12.Как образуются алмазы при динамометаморфических процессах?

Литература: [1] , с.261 – 285; [9], с. 69 – 80; [20]

Рекомендуемая литература

1. Основная

Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых. М.: Недра, 1989. 360 с.

2.Дополнительная

1. Вольфсон Ф.И., Некрасов Е.М. Основы образования рудных месторождений. М.: Недра, 1986.

2. Смирнов В.И., Гинзбург А.И., Григорьев В.М., Яковлев Г.Ф. Курс рудных месторождений. М.: Недра, 1986, 360 с.

3. Генезис рудных месторождений / Б.Скиннер. М.: Мир, 1984.

4. Генетические модели эндогенных рудных формаций. Т.1. Новосибирск: Наука, 1983. 184с.

5. Грановская Н.В. Эпигенетические и осадочно-катагенетические месторождения: современные генетические гипотезы. Методическое пособие по дисциплине «Геология полезных ископаемых», раздел «Генетические типы месторождений». Ростов-на-Дону: УПЛ РГУ, 2002.16 с.

6. Основные проблемы в учении о магматогенных рудных месторождениях / Под редакцией А.Г.Бетехтина. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 622 с.

7. Уэйджер Л., Браун Г. Расслоенные изверженные породы. М.: Мир, 1970. 552 с.

8. Екимова Т.Е., Лаврова Л.Д., Надеждина Е.Д. и др. Новый тип коренных месторождений алмазов // Руды и металлы, стартовый номер, 1992.

С. 69 -80

9. Минерагения осадочных бассейнов континентов и периконтинентальных областей. М.: МПР, 1998. 590 с .

10. Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых: учебник. М.: Изд-во МГУ, 1997. 304 с.

11. Котляр В.Н. Основы теории рудообразования. М.: Недра, 1970

12. Рудные месторождения СССР. Т.1,2,3 / В.И.Смирнов. М.: Недра, 1978.

13. Шнейдерхен Г. Рудные месторождения/ Под ред. В.И.Смирнова. М.: ИЛ, 1958. С.371.

14. Еремин Н.И. Неметаллические полезные ископаемые. М.: Изд-во МГУ, 1991. С. 284.

15. Куварт М. Неметаллические полезные ископаемые/ Под ред. В.П.Петрова. М.: Мир, 1986. С.329.

16. Вахромеев С.Ф. Месторождения полезных ископаемых. М.: Недра,

1979. С.294

17. Митчелл А., Гарсон М. Глобальная тектоническая позиция минеральных месторождений. М.: Мир, 1984. С. 496.

18. Геодинамические реконструкции. Методическое руководство / Мин-во геологии СССР. ВСЕГЕИ. Л.: Недра, 1991. 144 с.

19. Белевцев Я.Н. Метаморфогенное рудообразование. М.: Недра, 1979. С. 275.

20. Асаналиев У.А., Наркелюн Л.Ф., Попов В.В. и др. Справочное пособие по стратиформным месторождениям М.: Недра, 1990. С. 234.

21. Шило Н.А. Основы учения о россыпях. М.: Наука, 1985, с.338

22. Бугельский Ю.Ю. и др. Экзогенные рудообразующие системы кор выветривания. М.: Наука, 1990. С. 186.

23. Соколов Б.А. Эволюция и нефтегазоносность осадочных бассейнов. М.: 1980. С. 243.

24. Геология угольных бассейнов и месторождений СССР. М.: Госгортехиздат, 1960. С. 496.

25. Михайлов Б.М. Рудоносные коры выветривания: Принципы и ме-

тоды оценки рудоносных геологических формаций. Л., Недра, 1986. 238 с.

26. Билибин Ю.А. Основы геологии россыпей. М.: Изд. АН СССР, 1955

[1] Номера по списку литературы, выделена основная литература