velikol.ru
1

ВУЛКАНЫ И РУДЫ

Академик В. И. СМИРНОВ

С

оветский Союз не является ярко выраженной страной вулканов. Лишь на его восточной окраине, на Камчатке и Курильской остров­ной гряде, они время от времени дают о себе знать излияниями раскаленных лав и мощными выбросами пепла. Однако в далеком геологическом прошлом территория, которую ныне занимает СССР, была ареной активной вулканической деятельности.

Можно наметить пять главных эпох древнего вулканизма. В наиболее отдаленную от нас протерозойскую эпоху (2500—1000 млн лет назад) вулканы действовали, если использовать современные географические по­нятия, на широкой площади северо-запада страны, на Украине, юге Сиби­ри, Полярном Урале. В каледонскую эпоху (1000—400 млн лет) они были распространены в Прибайкалье и в Саянах. В герцинскую эпоху (400— 225 млн лет) мощные вулканические цепи опоясывали территорию Урала, Алтая, Центрального Казахстана и Средней Азии. В киммерийскую (225— 100 млн лет) и последующую альпийскую (100 млн лет — до нашего времени) эпохи вулканы появились на побережье Тихого океана, а также на Кавказе, где к их числу относятся недавно потухшие и ныне закован­ные в ледниковые панцири вершины Арарата, Казбека и Эльбруса.

Грозные вулканические процессы интересовали ученых Академии наук еще со времен М. В. Ломоносова. Этот интерес, сохранившийся до наших дней, особенно возрос и расширился в последние годы. Академик АН УССР Я. Н. Белевцев исследует связи между возникновением руд Криво­го Рога и древнейшим вулканизмом. Академик АН ГрузССР Г. С. Дзоце-нидзе и академик АН АрмССР И. Г. Магакьян изучают условия возникно­вения руд цветных металлов в связи с юным вулканизмом Кавказа. Опре­делением генетических зависимостей между палеозойским вулканизмом и рудообразованием заняты на Урале член-корреспондент АН СССР С. Н. Иванов, а на Рудном Алтае — академик АН КазССР Г. Н. Щерба. Содержательные работы по палеовулкаиизму выполнены членом-коррес­пондентом АН СССР И. В. Лучицким в Институте геологии и геофизики Сибирского отделения Академии наук СССР. Академик Н. А. Шило руко­водит исследованием золото-серебряных месторождений Чукотско-Охотско­го вулканического пояса. Член-корреспондент АН СССР С. А. Федотов возглавляет единственный в мире Институт вулканологии Дальневосточ­ного научного центра Академии, расположенный у подножья вулканов Камчатки.

21

Академия наук СССР и развитие фундаментальных исследований

Исследования последних десятилетий, проведенные институтами Ака­демии наук СССР, выявили не только разрушительную, но и созидатель­ную силу вулканических извержений, их важную роль в качестве мощно­го геологического фактора. В истории развития вулканов намечаются про­грессивная и регрессивная стадии. На первой происходят мощные взры­вы, сотрясающие Землю и сопровождающиеся прорывами лав. Количество последних постепенно сокращается, и вулканическая активность начинает проявляться преимущественно в выбросах паров, газов и пепла. Следую­щая стадия — затухания — характеризуется в основном так называемыми поствулканическими процессами — длительным выделением из земных недр горячих, минерализованных, химически активных газовых и жидких растворов. Эти растворы, рожденные вулканами, а потому называемые вулканогенными, выносят из недр Земли разного рода элементы, в том числе металлы. При подъеме вулканогенных растворов значительная часть заключенных в них элементов выпадает в глубинах Земли и у ее поверхности как на суше, так и на дне морских бассейнов. В результате формируются вулканогенные рудные месторождения, в том числе выдаю­щиеся месторождения руд железа, меди, цинка, свинца, золота, серебра и других металлов.

В общем ходе геологической истории вулканизм и вулканогенное ру-дообразование проявлялись неравномерно. Этапы бурного вулканизма сменялись периодами затишья. Наиболее обильный вулканизм, «ини­циальный», по выражению известного немецкого геолога Г. Штилле, свя­зан с ранними стадиями геологических эпох. Так, медные, цинковые и свинцовые месторождения СССР, ассоциированные с инициальным вул­канизмом, известны среди образований ранних стадий протерозойского, каледонского, герцинского, киммерийского и альпийского этапов геологи­ческой истории. Протерозойские месторождения размещены в метамор-физованных вулканогенных толщах горных пород Прибайкалья, Поляр­ного Урала, Карелии и Северного Тянь-Шаня. С каледонскими вулкани­ческими комплексами связаны месторождения Бурятии и Западных Саян. С вулканическими формациями ранней стадии герцинского цикла — месторождения Урала, Рудного Алтая, Северного Кавказа, Центрального Казахстана и Средней Азии. К киммерийским относятся месторождения Закавказья и Восточного Кавказа, к альпийским — Малого Кавказа, Кам­чатки и островов Курильской гряды.

^ ОСОБЕННОСТИ РУДОНОСНЫХ СЕРИЙ ИНИЦИАЛЬНОГО ВУЛКАНИЗМА

Минеральный состав всех рассматриваемых месторождений, вне зави­симости от того, сложены они массивной или вкрапленной рудой, отлича­ется резким преобладанием сернистых соединений (сульфидов) железа, т. е. колчеданов (пирит, пирротин, марказит), в связи с чем в нашей гео­логической литературе они получили название «колчеданных». Среди них выделяются: серно-колчеданные с чрезвычайно малым количеством суль­фидов цветных металлов, колчеданно-медные с халькопиритом и борни­том в качестве наиболее существенных промышленных минералов, кол-чеданно-полиметаллические (свинцово-цинковые) с галенитом, сфалери­том и блеклыми рудами.

Все эти месторождения пространственно, по времени образования и генетически связаны исключительно с субмаринными вулканическими се­риями ранней стадии развития геосинклинальных прогибов, приурочены к вулканическим породам, излившимся на дне морей таких прогибов, и за их пределами не встречаются. Рудоносные вулканические серии обра­зуют комплекс из застывших лавовых покровов, слоев пепла, а также

22

Академия наук СССР и развитие фундаментальных исследований

пластов терригенных и хемогенных силикатных и карбонатных пород, пронизанных субвулканическими интрузивными массивами. Они выпол­няют глубокие геосинклинальные провалы — троги, образуя обособленные толщи пород мощностью от 1 — 1,5 до 8—10 (в среднем 4—6) км. В боль­шинстве случаев рудоносные вулканогенные серии, особенно древнего возраста, претерпевали метаморфизм зеленокаменной фации, в результа­те чего возникали отчетливые пояса зеленокаменных пород, зеленая окраска которых определялась развитием в них слюд, хлоритов и карбо­натов.

Для описываемых рудоносных вулканогенных серий характерна устойчивая эволюция во времени, приводившая за период от начала вул­канизма до его завершения к постепенной смене основных малокремни­стых излияний все более кислыми высококремнистыми, переходу от ши­роких площадных ареалов ко все более локальным, от глубоководных условий ко все более мелководным и наземным, от доминирующих лаво­вых излияний к преобладающему накоплению пепловых продуктов. Мак­симум колчеданного рудообразования приурочен к концу этого эволюци­онного процесса, к завершающему кислому вулканизму, сопровождавше­муся обширным накоплением пепла с сопутствующим обильным выделе­нием минерализованных поствулканических газовых и жидких растворов.

Общая схема геологических условий возникновения рудоносных вул­канических серий ранней стадии геосинклинального цикла при современ­ном уровне геологических знаний лучше всего объясняется моделью с зо­ной Беньофа, прорезающей земную кору и обеспечивающей поступление эндогенного подкорового вещества к поверхности Земли (В. И. Смир­нов, 1974).

При общей принадлежности рудоносных вулканических пород к гео­синклинальным субмаринным образованиям базальтоидной магмы состав этих пород на территориях развития колчеданно-медных и колчеданно-полиметаллических месторождений существенно различен. Примером первых могут служить рудоносные вулканические породы Урала, вто­рых — такие же породы Рудного Алтая.

Согласно исследованиям М. Б. Бородаевской и др. (1973), С. Н. Ива­нова и др. (1965), В. А. Пронина (1974), Т. И. Фроловой (1973), Д. С. Штейнберга (1970), Г. Ф. Яковлева и др. (1970), среднепалеозой-ский вулканизм Урала эволюционировал от толеитового к высокоглино­земистому. При этом последовательно возникли четыре вулканические формации: спилито-диабазовая раннесилурийского возраста; спилито-кератофировая натровая позднесилурийская — раннедевонская; андезито-оазальтовая известковая среднедевонская; трахилипарит-базальтовая калий-натровая позднедевонская — раннекаменноугольная. Основная масса колчеданно-медных месторождений Урала связана со спилито-ке-ратофировой натровой формацией позднего силура — раннего девона. В ее составе выделяются две субформации: непрерывная (последовательно-диф­ференцированная), образовавшаяся в стабильных условиях прогибания древнего морского ложа, и контрастная, сложившаяся в условиях резкой остановки прогибания.

По данным В. П. Нехорошева (1966), В. И. Чернова (1970), М. Г. Хи-самутдинова и др. (1972) и иных исследователей на Рудном Алтае в ре­зультате эволюции базальтоидного магматизма в среднем и верхнем па­леозое образовались также четыре вулканические формации: кварц-кератофировая (базальт-липаритовая), среднедевонского (франского) возраста; андезито-дацитовая, фаменская; андезито-базальтовая, поздне-визейская — ранненамюрская; наземная трахиандезит-трахидацитовая, верхнекаменноугольная — нижнепермская. Колчеданно-полиметалличе-

23

Академия наук СССР и развитие фундаментальных исследований

ские месторождения Рудного Алтая в большинстве своем ассоциированы со среднедевонской кварц-кератофировой формацией калий-натровой серии.

Из сопоставления близких по времени вулканизма и колчеданного ру-дообразования на Урале и на Рудном Алтае следует, что медные место­рождения тяготеют к вулканогенным комплексам с преобладанием в сос­таве последних основных пород натровой линии, а свинцово-цинковые — к вулканическим толщам с преимущественно кислыми породами калий-натрового состава.

^ РУДНЫЕ ТЕЛА

Среди рудных тел колчеданных медных и свинцово-цинковых место­рождений доминируют согласно залегающие пластовые залежи, но здесь имеются также секущие тела и тела комбинированной формы, в которых сочетаются элементы согласной и секущей структуры. Все они синхронны и сингенетичны вмещающим их вулканогенным породам. Об этом свиде­тельствуют соотношения жил магматических пород (даек) и рудных тел, наличие обломков руды в породах кровли этих тел, степень метаморфиз­ма вмещающих пород и руд.

В колчеданпых рудных телах распространены дайки диабазов, менее — габбро-порфиритов и альбитофиров. Среди них неизвестны дорудные и достаточно редки интрарудные дайки, разделяющие серно-колчеданный этап рудообразования и этап цветных металлов. Подавляющая часть даек относится к послерудным образованиям, на что указывает ряд фактов. Так, дайки, выходя из рудных тел, пересекают породы кровли, в которых отсутствует оруденение, они секут сбросы, смещающие рудные тела, по­лосчатую текстуру руды, срезая зерна рудных минералов. Дайки содер­жат обломки руды, апофизами даек выполнены тонкие трещины рудных тел, на контактах с дайками возникают новообразованные пирротин, ге­матит, магнетит, антофиллит, а борнит вытесняется халькопиритом.

Примечательная особенность колчеданных месторождений — наличие обломков руды в пепловых породах кровли рудных тел, среди так назы­ваемых пирокластов. Эти обломки, или рудокласты, встречаются как в пластах туфоконгломератов, непосредственно перекрывающих рудные тела, так и на расстоянии до нескольких сотен метров от этих тел. По своему минеральному и химическому составу обломки полностью соот­ветствуют расположенным ниже рудным телам, а по размеру — в зависи­мости от величины обломков заключающих их пород колеблются на раз­ных месторождениях от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров в поперечнике. Рудные обломки, иногда образующие скопле­ния промышленного значения, можно рассматривать как продукты частич­ного разрушения рудных тел подводными вулканическими взрывами и сотрясениями в период формирования пирокластических пород кровли этих тел.

Рудоносные вулканогенные породы многих колчеданных месторожде­ний претерпели метаморфизм зеленокаменной или, реже, амфиболовой фации. При этом отмечается строгое соответствие степени метаморфизма руд метаморфизму вмещающих пород. Основные признаки колчеданного метаморфизма: преобразование руд колломорфной текстуры в руды кри­сталлической полосчатой и сланцевой текстуры; дробление хрупких ми­нералов (пирит, кварц) и пластическая деформация мягких минералов (халькопирит, галенит); возникновение двойников давления в зернах кварца, пирротина, сфалерита; появление альпийских рудных прожилков; превращение марказита в пирит, а вюртцита — в сфалерит; развитие азо-

24

Академия наук СССР и развитие фундаментальных исследований

нальных зерен пирита с тенями давления на их концах, выполняемых пластичными минералами; переход ультрадисперсного золота, содержа­щегося в сульфидах, в более крупные его образования; наложение на сульфидное оруденение серицитизации и хлоритизации, характерных для вмещающих руду метаморфических пород.

У колчеданных медных и свинцово-цинковых месторождений чрезвы­чайно своеобразны ореолы измененных вмещающих пород и геохимиче­ского рассеяния элементов, формирующихся вследствие проникновения рудообразующих растворов в эти породы. Их своеобразие заключается в том, что для абсолютного большинства месторождений такие ореолы развиты со стороны «лежачего бока» рудных тел в подстилающих рудные залежи породах и слабо проявлены либо вовсе отсутствуют со стороны «висячего бока» в породах, перекрывающих рудные тела (здесь имеется в виду первичное в период рудообразования соотношение лежачего и ви­сячего боков — до последующих тектонических перемещений, изменяю­щих условия залегания рудных тел вплоть до их запрокидывания). Изме­ненные породы всегда содержат вкрапления пирита (менее — других сульфидов) и имеют зональное строение. При полном развитии этих пород образуются четыре их зоны, постепенно сменяющие друг друга: кварци-товая с кварцем, корундом, андалузитом, диаспорой; кварц-серицитовая; серицит-хлоритовая; пропилитовая с хлоритом, эпидотом и кальцитом. В состав геохимических ореолов колчеданных тел входят как основные рудообразующие металлы (медь, цинк, отчасти свинец), прослеживаемые на большом расстоянии среди подстилающих пород, так и другие элемен­ты (кобальт, молибден, ртуть, мышьяк, висмут, серебро и др.), обычно не отходящие далеко от рудных залежей.

^ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Колчеданные месторождения, как мы уже говорили, формировались на ранней стадии эвгеосинклинальных этапов геологического развития в связи с инициальным субмаринным базальтоидным вулканизмом. Выде­ление рудообразующих веществ сопутствовало всей вулканической исто­рии, иногда охватывавшей несколько геологических периодов, но главная масса колчеданных руд накапливалась в конце каждого вулканического цикла во время завершающего излияния наиболее кислых лав, сменявше­гося длительным отделением газовых и жидких горячих минерализован­ных растворов. При возрождении вулканической активности новому вулканическому циклу соответствовала новая, более молодая генерация колчеданных месторождений. Подавляющее большинство их можно рас­сматривать как генерированные глубинными вулканическими очагами продукты восходящих минерализованных горячих газо-водных потоков. Часть рудного вещества при этом могла отлагаться на путях подъема рудоносных растворов, формируя вулканогенные гидротермальные место­рождения; другая часть достигала дна геосинклинального моря и выпада­ла близ рудовыводящих каналов либо из-за сноса несколько в стороне, образуя в обоих случаях вулканогенные осадочные колчеданные место­рождения.

Формирование колчеданных месторождений, как правило, было дли­тельным. В нем достаточно отчетливо проявлялись три этапа.

Первый, предрудный, был обусловлен высокотемпературными кислы­ми, видимо, истинными газовыми растворами, по составу и общей физико-химической характеристике скорее всего близкими ранним галоидным газам современных поствулканических процессов. Судя по температурам происходящих сейчас вулканогенных эксгаляций, например в «Долине

25

Академия наук СССР и развитие фундаментальных исследований

десяти тысяч дымов» на Аляске, температурный режим этого этапа был весьма высок и в начальных стадиях мог достигать 400—600° С. На дан­ном этапе не происходило заметного привноса вещества, но имела место интенсивная перегруппировка минеральной массы вмещающих пород, ко­торая приводила к возникновению метасоматической колонны гидротер­мально измененных пород и увеличению их пористости в 3—5 раз. Этот процесс характеризовался почти полным выносом натрия, дальней мигра­цией кальция, менее удаленным переотложеиием железа и магния и ближ­ней перегруппировкой калия.

Второй этап знаменуется резким изменением химизма процесса. Начи­нают действовать пересыщенные ионами серы и железа растворы, которые



обуславливают обильное, преимущественно коллоидное отложение дисуль­фидов железа в форме марказита, пирита и пирротина. Температурные условия этого этапа — от 400° С и выше, на путях подъема рудоносных растворов до 100° С при массовом выпадении сульфидов на морском дне. В некоторых вулканогепно-осадочных колчеданных месторождениях пе­реход от сульфидных к окисным соединениям железа как по мощности, так и по простиранию рудных залежей свидетельствует о заметном коле­бании кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных параметров среды рудообразования.

Для третьего этапа характерно действие гидротермальных растворов, часто бессернистых или недосыщенных химически активными ионами серы, содержащих медь, цинк и свинец в форме хлоридов или комплекс­ных ионов. Цветные металлы таких растворов вытесняли железо из ранее накопленных масс дисульфидов этого металла и формировали руды меди, цинка, свинца, содержащие золото, серебро и другие элементы-спутники. Обогащение пиритиых руд цветными металлами на этом этапе могло про­исходить с большим разрывом во времени, иногда охватывавшим целые геологические периоды. В перерыве между двумя первыми и последним этапами могли внедряться иитрарудные дайки магматических пород, мог осуществляться частичный метаморфизм и деформация ранее отложен­ного рудного вещества.

Поскольку колчеданные месторождения формировались в начальную стадию геосинклинального процесса, они подвергались достаточно интен-

2(5

Академия наук СССР и развитие фундаментальных исследований

сивному последующему воздействию постумного вулканизма, вулканиче­ских взрывов, тектонических деформаций, гранитного магматизма и регио­нального метаморфизма. В результате эти месторождения претерпели радикальные изменения, сильно вуалирующие их первоначальный облик. Тем не менее в группе колчеданных месторождений можно выделить три генетических класса: вулканогенно-осадочные; вулканогенно-гидротер-мальные; комбинированные, сочетающие признаки обоих предыдущих.

Исследование источников веществ, входящих в состав колчеданных руд, металлов и серы, показывает, что все они являются эндогенными произ­водными базальтоидной магмы глубинного мантийного происхождения (В. И. Смирнов, 1968).

Общая схема формирования колчеданных месторождений меди, цинка ж свинца, обусловленных инициальным вулканизмом, изображена на при­веденном рисунке.

В настоящей статье предпринята попытка охарактеризовать лишь ма­лую часть рудных месторождений, обязанных своим образованием вулка­ническим процессам далекого прошлого. Круг этих месторождений значи­тельно обширнее и в процессе углубления исследований палеовулканизма будет все более расширяться.

В перспективных и текущих планах научной деятельности институтов Отделения геологии, геофизики и геохимии Академии наук СССР преду­смотрено дальнейшее развитие исследований палеовулканологических и неовулканологических процессов, их роли в формировании вулканогенных формаций горных пород и ассоциированных с ними месторождений чер­ных, цветных, редких и благородных металлов. Особое внимание при этом уделяется определению наиболее продуктивных комплексов вулка­нических пород, прослеживание которых как с поверхности, так и в нед­рах Земли должно привести к выявлению новых рудных залежей.

УДИ 553.53