Глава 3. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Условия геологического развития
К основным условиям геологического развития принадлежат режимы – геосинклинальный, платформенный и дна океана.
1. Месторождения геосинклиналей.
В развитии геосинклиналей выделяются три стадии: ранняя, средняя и поздняя. С каждой стадией связаны свои типы месторождений.
1) ранняя (начальная, доскладчатая, собственно-геосинклинальная, рифтогенная, островодужная):
- формация вулканогенных базальт-риолитовых пород, колчеданные месторождения Cu, Pb, Zn и оксидных руд Fe и Mn;
- формация перидотитовых пород, магматические месторождения Сr, Os, Ir;
- формация габбровых пород, магматические месторождения титаномагнетита, Pt, Pd;
- формация плагиогранит-сиенитов, скарновые месторождения Fe и Cu.
2) средняя (соскладчатая, предорогенная, инверсионная, коллизионная):
- габбро-диорит-гранодиоритовая (сининверсионная), медно-порфировые, гидротермальные месторождения (Cu, Mo, Au);
- габбро-диабазовая гипабиссальная (Cu, Ni, Ti);
- формация умеренно кислых гранитоидов, скарновые месторождения W, а также гидротермальные месторождения Cu, Mo, Au, As, Sb.
3) поздняя (постскладчатая, орогенная, постколлизионная).
- гранитовая, лейкогранитовая и щелочногранитовая формация, пегматитовые, грейзеновые, гидротермальные месторождения руд цветных, редких, радиоактивных и редкоземельных металлов и скарновые месторождения комплексных руд Pb-Zn, Sn-W, W-Mo.
- формация наземных вулканогенных пород андезит-дацитового состава с вулканогенными гидротермальными месторождениями руд сложного состава.
Типы геосинклиналей
1. Тип – интенсивный магматизм и металлогения ранней стадии. Базальтоидные рудные месторождения (Урал, Рудный Алтай).
2. Тип – амагмотичность ранней стадии, с интенсивным магматизмом и рудообразованием поздней стадии. Гранитоидные рудные месторождения (Калба-Нарым).
Тектоно-металлогенические зоны геосинклиналей: геосинклинальные рвы, внутренние зоны, срединные массивы, периферические зоны, геосинклинальные рамы, передовые прогибы, пограничные глубинные разломы.
Полицикличность геосинклинального развития. Геосинклинали формируются в течение нескольких последовательных циклов: докембрийского, каледонского, герцинского, киммерийского и альпийского.
2. Месторождения платформ.
Наиболее крупные древние допалеозойские платформы: Восточно-Европейская (Русская), Сибирская, Северо-Американская, Южно-Американская (Бразильская), Африканская, Индийская, Китайская, Австралийская, Антарктическая.
В строении платформ различаются три комплекса пород:
1) нижний метаморфический ярус (основание), сложен метаморфическими породами Архея, Протерозоя и Рифея (3500-600 млн. лет). Характерны месторождения метаморфогенной серии:
древние плутонические и вулканические базальтоидные формации с магматическими месторождениями хромитов, титано-магнетитов, сульфидных Cu-Ni руд, гидротермальные руды Au и колчеданные залежи;
- месторождения гранитных формаций (редкометалльные и слюдяные пегматиты);
- метаморфизованные месторождения осадочной серии (железистые кварциты, рудоносные конгломераты), и древние стратиформные месторождения Cu, Zn, Pb.
2) верхний ярус платформенных чехлов характеризуется серией континентальных формаций и свойственных им осадочных месторождений:
- песчано-глинистая формация, месторождения углей, бокситов, железных и марганцевых руд, огнеупорных глин;
- битуминозная формация углеводородосодержащих черных сланцев, переходящих в горючие сланцы и нефтематеринские породы;
- кварц-песчаная формация, месторождения желваковых фосфоритов и песков;
- карбонатная формация, месторождения известняков, доломитов, гипсов и мергелей.
3) области тектоно-магматической активизации, молодые наложенные тектонические движения.
Типы платформ:
1. Тип – платформы интенсивно активизированные (восточная часть Китайской платформы, западная и южная часть Африканской платформы, южная часть Сибирской платформы).
2. Тип - активизированные платформы (Сибирская, Африканская, Балтийский щит).
- с габбровыми интрузиями возникли магматические месторождения Cu-Ni руд;
- в щелочных породах, месторождения Au и редких металлов;
- в разломах алмазоносные кимберлиты, в ультраосновных щелочных интрузиях – карбонатиты.
3. Тип – слабоактивизированные платформы (Северо–Американская). Стратиформные месторождения цинка, свинца в чехле.
4. Тип – неактивизированные платформы (Восточно–Европейская, Бразильская и Австралийская).
4 Месторождения океанов.
Мировой океан объединяет четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северно-Ледовитый (S=360 млн. м2 или 70,8% площади планеты).
Главнейшие тектонические элементы: океанические плиты, срединно-океанические хребты с центральными рифтами, поперечные трансформные разломы, прибрежные островные дуги.
Дно океана сложено магматическими породами (гарцбургиты и кайнотипные толеитовые базальты) – колчеданные руды Cu, Zn, Pb.
Островные дуги – передотиты (Cr), габбро - (титаномагнетиты), базальт-риолиты (Cu, Zn, Pb).
Экзогенная металлогения колоссальных масштабов, она определяется скоплениями рудных концентраций на его дне и растворенными в его водах металлами (в воде 5,5 млн. т золота, запасы металлов в десятки триллионов больше, чем во всех месторождениях мира).
Концепция тектоники плит.
Сущность концепции заключается в подмене геолого-исторического анализа развития земной коры и рудообразования (геосинклинальная концепция) моделью механического взаимодействия литосферных плит, скользящих по астеносфере. Определяющей является схема субдукции с подвигом плиты океанической коры под континентальную плиту. Океанические плиты толщиной 100 км задвигаются под континентальные плиты в верхнюю мантию на глубину 700-800 км и порождают серию магматических пород и связанных с ней рудные месторождения.
Периодичность формирования
Всего 6 периодов формирования рудных месторождений.
Лунный период (5000-3800 мл) – или гренландский этап. Зарождение земной коры, развитие слабодифференцированного базальтоидного вулканизма, отсутствие геосинклиналей и гранитоидов.
Нуклеарный период (3800-2800 мл) – или кольский этап. Наиболее ранние эндогенные месторождения связанны с куполами «серых гранитов» (метаморфогенные слюдяные и редкометалльные пегматиты) и «зеленокаменными поясами» (магматические месторождения хромитов и сульфидных Cu-Ni руд, колчеданов и гидротермальных месторождений Au).
Протогеосинклинальный период (2800-1800 мл) подразделяется на два этапа – беломорский и карельский. Развитие ранней серии геосинклинальных систем.
Свойственны два периода базальтоидного и два последующих периода гранитоидного магматизма и связанных с ними магматических и постмагматических месторождений.
На древних платформах в результате активизации возникли уникальные месторождения:
- хромитов и платины расслоенных базальтоидных плутонов Бушвельда и Великой Дайки (на юге Африки);
- сульфидных Cu-Ni руд Садбери (Канада);
- железистых кварцитов Восточно-Европейской, Северно-Американской, Южно-Американской, Сибирской и Африканской платформ;
- уникальные золото-урановые месторождения Витватерсранда (Южная Африка).
Интергеосинклинальный период (1800-1500 мл) или готский этап. Временное затухание тектоничекой, магматической и металлогенической активизации.
Геосинклинальный период (1500-50 мл) – возрождение геосинклинального режима, его развитие, затухание. Подразделяется на пять этапов: гренвильский, байкальский, каледонский, герцинский, киммерийский.
Каждому из этих этапов соответствует начальная геосинклинальная стадия развития с базальтоидным магматизмом и металлогенией и последующая стадия гранитоидного магматизма и рудообразования.
Рифтовый период соответствует альпийскому этапу. Замирание геосинклинальной деятельности, развитие рифтовых систем.
Длительность и уровни глубины формирования
Месторождения полезных ископаемых формировались достаточно длительное время, соизмеримое с геологическим временем образования комплексов горных пород.
Толща каменной соли (350-400 м) – 15-17 тыс. лет.
Пласты железной руды – 3-15 млн. лет.
Плутоногенные и вулканогенные гидротермальные месторождения формировались от нескольких до десятков миллионов лет.
Процесс миграции некоторых элементов, создающих комплексы тел полезных ископаемых длителен, они могут переходить из одного геологического цикла в другой, рассеиваясь либо сосредотачиваясь.
Выделяются четыре уровня глубины формирования месторождений:
Ультраабиссальная зона – расположена в 10-15 км от поверхности до границы Мохоровичича. Характерны метаморфические месторождения (дистеновые сланцы, силлиманитовые, андалузитовые сланцы, скопление корунда, графита).
Абиссальная зона – от глубины 10-15 км до 3-5 км от поверхности земли. Характерны пегматитовые, альбититовые, грейзеновые и гидротермальные месторождения, ассоциированные с гранитоидами, а также магматические месторождения хромитов и титаномагнетита, связанные с ультраосновными и основными породами.
Гипабиссальная зона - (от 3-5 до 1-1,5 км) от поверхности земли. Характерны:
- плагиограниты и сиениты со скарновыми месторождениями Fe, Cu;
- гипабиссальные интрузии с плутоногенными гидротермальными образованиями;
- изверженные породы с магматическими месторождениями сульфидных Cu-Ni руд, хромитов, платиноидов и редких металлов, гидротермальных руд золота и др.
Приповерхностная зона (от поверхности земли до 1-1,5км):
- все месторождения экзогенной серии;
- базальт-риолиты с колчеданными месторождениями;
- вулканогенные и платформенные с вулканогенными гидротермальными месторождениями цветных, редких и благородных металлов;
- карбонатиты и алмазоносные кимберлиты.
По мере перехода от поверхности земли на глубину меняется геохимическая обстановка формирования полезных ископаемых, возрастают температура, давление и плотность пород. Вода переходит в парообразное состояние, концентрация кислорода, угольной кислоты и азота резко уменьшается, но концентрация СН4 и Н2 может возрастать.
Источники вещества и способы его отложения
Вещество, формирующее месторождения, может быть местное и привнесенное.
Автохтонные – это метаморфизованные месторождения и осадочные залежи.
Аллохтонные, по источнику привнесенных веществ бывают:
- ювенильные магматические, обусловленные привносом, расплавом или дегазацией из глубинных частей земной коры и верхней мантии;
- ассимилированные расплавом из окружающих пород в связи с образованием палингенной магмы;
- заимствованные выщелачиванием из пород газово-жидкими растворами на путях их подземной циркуляции;
- снесенные с поверхности континентов в виде взвесей и растворов.
Минеральное вещество отлагается из магматических расплавов и газово-жидких водных растворов. Из магматических расплавов оно концентрируется при их остывании, из водных растворов осаждение может происходить в процессе механической, биохимической садки или различных химических реакций.
Методы изучения месторождения
Изучение месторождения проводится с целью выяснения условия образования и оценки для промышленного использования.
Полевые работы должны определить:
- положение тел полезных ископаемых в стратиграфическом разрезе;
- связь тел с магматическими породами;
- роль тектоники на локализацию залежей;
- морфология, размеры, строение и минеральный состав залежей.
Основной метод:
составление наземных и подземных геологических карт, составление продольных и поперечных разрезов детальных масштабов; для промышленной оценки выполняются геологоразведочные работы (горные выработки, бурение, геофизические и геохимические исследования, различные виды опробования); выясняются гидрогеологические и инженерно-геологические условия для проектирования и разработки месторождений.Лабораторные работы:
- исследование минерального состава руд;
- химический состав;
- физико-технические свойства;
- экспериментальные исследования и расчеты, моделирующие формирование месторождений.
