Колчеданные месторождения: опыт континентальной и морской геологии. Скотт С. Д. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы
и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.
В работе проведено сопоставление геодинамических обстановок и условий формирования древних и современных колчеданных месторождений. Рассмотрены их сходство и различие, приведены механизмы и гипотезы формирования. Многие колчеданные месторождениясформировались в геодинамической обстановке растяжения, впоследствии испытав воздействие высоких давлений и температур. Кроме того, рассмотрены проблемы и дальнейшие
перспективы развития геологоразведочных работ в океане.
Табл. 1. Библ. 5.
С. Д. Скотт
Университет г. Торонто, Канада
scottsd@geology.utoronto.ca
Колчеданные месторождения:
опыт континентальной и морской геологии
Современные придонные гидротермальные процессы позволили геологам изучать такие действующие системы, как колчеданные месторождения с залежами меди, цинка, свинца, серебра и золота в океанах. С другой стороны, важную роль в понимании таких же придонных гидротермальных процессов, сформировавших древние руды, начиная с 3300 млн лет назад, и сейчас вскрытые на земной поверхности, играет информация, получаемая благодаря горной промышленности.
Изучение древних геологических объектов показало, что крупные колчеданные месторождения обладают рядом общих признаков. Многие из них формировались в геодинамической обстановке растяжения, впоследствии, как правило, попадая в условия сжатия. Мощная континентальная кора, например, 30–40 км под месторождениями куроко типа в Японии, обычно подстилает непосредственные вмещающие эти месторождения вулканические породы. Такие объекты могут быть очень крупными, например, месторождения Иберийского Пиритового Пояса в Португалии и Испании, Урала в России и провинции Батурст в Канаде.
Магматический очаг генерирует гидротермальный флюид посредством горячей морской воды, которая выщелачивает металлы из пород в высокотемпературной реакционной зоне, близкой к магме, или путем разделения богатого металлом магматического флюида, а также способствует выносу минералообразующего флюида к поверхности морского дна в виде «черных курильщиков». Части магматических очагов в виде силлов могут быть найдены под многими древними колчеданными залежами. У исследователей также имеется информация о природе минералообразующих флюидов (кислых, умеренной солености, с температурами, в среднем, < 350 ºC) по результатам изучения флюидных включений, а также о характере метасоматических изменений пород, вмещающих месторождения.
Оптимальными условиями для формирования колчеданных месторождений, установленных в континентальных обстановках, являются островные дуги или задуговые бассейны (таблица). Это является одной из причин того, что в последние годы были предприняты значительные усилия по изучению гидротермальной активности оснований островных дуг. Однако, другие тектонические обстановки, такие как континентальные окраины с типичными древними свинцово-цинковыми месторождениями SEDEX-типа, где вмещающими являются обломочные породы, а вулканиты играют второстепенную роль либо совсем безрудны, остаются недостаточно изученными. Древними представителями этого типа месторождений являются месторождения Меген и Раммельсберг в Германии, Ред Дог в США и Маунт Айсей в Австралии. К современному примеру таких месторождений можно отнести глубоководную впадину Атлантис-2.
Достижения морской геологии последних двух десятилетий не только укрепили имеющиеся до этого гипотезы о происхождении древних колчеданных месторождений, но и расширили знания об этих месторождениях и помогли найти новые пути их изучения. Так, например, гидротермальные процессы в срединно-океанических хребтах
Таблица
Фанерозойские колчеданные месторождения
и их современные аналоги [Scott, 2001]
Тип,
металлы
Вмещающие породы
Геодинамическая обстановка
Примеры месторождений
древних
современных
Куроко, Zn, Pb, Cu,
Ag, Au
Кислые
вулканиты
и донные
отложения (>2000 м)
Задуговые
бассейны на
континентальной коре
Хокуроку,
Япония;
Иберийский Пиритовый пояс;
Батурст, Канада
Айзена, трог Окинава;
восточная часть
бассейна Манус;
Санрайз, дуга
Идзу-Бонин
Кипрский, Cu, Zn
Базальты
Задуговые
бассейны на
океанической коре (офиолиты)
Месторождения Кипра, Оман, Иран
Центральная часть
бассейна Манус;
северная часть
Бассейна Фиджи
Бесси,
Cu, Co
Базальты
и донные
отложения
Зрелые задуговые бассейны или
рифтовые зоны
Бесси и Хитачи, Япония;
Винди Крэгги, Канада
Неизвестны
(несколько схожи Гуаймас и Мидл Вэлей)
являются наиболее характерными для относительно мелководных зон рифтовых осей. Этот «батиметрический минимум» очевиден на современном океаническом дне, но как его можно определить в древних комплексах? Скрытые прогрессивные вариации химического состава вулканических пород, приближенных к батиметрическому минимуму, могут быть ключом к разгадке. Возможно, для лучшего понимания природы взаимодействия флюид/порода и распознавания причин изменчивости составов в сульфидных рудах наиболее важная новая информация по исследованиям морского дна лежит в анализе гидротермальных флюидов.
Металлоносные отложения мощностью несколько дециметров – первые метры распространены вблизи колчеданных месторождений, простираясь в ряде случаев на несколько километров вдоль рудного горизонта. Наличие таких пород с некоторыми ограничениями является поисковым признаком колчеданных месторождений, но многие исследователи не всегда успешно интерпретируют геохимические данные, получая в результате неверный вектор направления рудного тела. Возможно, понять эту проблему поможет изучение современных океанических осадков [Hrischevaetal., 2007][1].
Бурение сульфидных холмов в рамках программы океанского бурения (OceanDrillingProgram – ODP) и наблюдение внутренних частей месторождений, рассеченных трещинами, выявляет процессы внутри холмов и под океаническим дном.
Некоторые из них были более или менее понятны для древних месторождений еще в начале 80-х гг. К ним относится зонная чистка, в результате которой из-за непрерывного растворения и переотложения минералов под воздействием температурного градиента образуется минералогическая и химическая зональность месторождений от обогащенного медью основания (или внутренней части) постройки до обогащенной цинком ее вершины (или наружной части). Современные работы на океаническом дне позволяют увидеть эти процессы в действии и провести их количественную оценку. В некоторой степени поразительным результатом является установление
существенного замещения пород под океаническим дном. Это может быть ответом на вопрос, как образовались крупные колчеданные месторождения. Известно, что свободная циркуляция гидротерм не эффективна для образования мощных залежей сульфидов, и большая часть растворенного материала не осаждается в трубах «черных курильщиков», а разносится в окружающее водное пространство.
Наблюдения современного океанического дна, находящиеся в некоторых противоречиях с распространенной теорией, заключаются в том, что колчеданные месторождения обнаруживаются в рифтах с вулканическими поднятиями, тогда как большинство моделей для древних колчеданных месторождений описывают их формирование в депрессиях (кальдерах, грабенах). Возможно, это отличие является обманчивым, поскольку месторождения, формирующиеся в срединно-океанических хребтах, тяготеют к осевым грабенам (т.е. депрессиям), которые, с другой стороны, являются положительными вулканическими структурами. Яркими примерами крупных месторождений, сформировавшихся в таких «высоких» рифтах являются залежи в кислых вулканитах задуговых бассейнов Тонга (Валу Фа) и Манус (восточная часть бассейна Манус) в западной части Тихого океана. Их формирование на подводных горах (симаунтах) происходит, например, в кальдере (депрессии) на вершине положительной структуры, такой как Осевой Вулкан на 46º с.ш. ВТП, а крупная сульфидная залежь 13º с.ш. сформировалась в грабене на фланге неосевого вулкана к востоку от ВТП. Интересно, что архейское месторождение Энсил и родственные колчеданные месторождения провинции Норанда (Квебек, Канада) сформировались в положительных риолитовых рифтах или куполах, очень похожих на таковые в колчеданных залежах современного бассейна Манус.
Биоминерализация, которая может иметь отношение к рудообразованию, относится к числу самых интересных областей исследования современных колчеданных залежей. Определенные типы бактерий, такие как Leptothrix и Gallionella, осаждают на своих телах ферригидриты, аморфный окси-гидроксид железа и кремнезем. Нетрудно представить, что биоосаждение железа и кремния также могло быть механизмом отложения и древних руд. Черви, живущие вблизи гидротермальных систем, покрыты толстой оболочкой сульфидов железа. Играют ли эти и другие сульфат-редуцирующие бактерии роль в формировании сульфидных залежей?
Открытие и исследование придонных сульфидных залежей полезно не только для понимания вопросов формирования и прогнозирования древних колчеданных месторождений на континентах. Самые крупные и богатые придонные месторождения могут быть экономически выгодны и сами по себе [Scott, 1987; 2001; 2006 и др.]. В океане существуют придонные месторождения соответствующего размера и качества, которые, будучи на континенте, определенно были бы экономически интересны. И то, что они находятся под несколькими сотнями или даже тысячами метров воды не является поводом для беспокойства, т.к. глубоководные морские технологии находятся на пике своего развития. Так, нефтяная промышленность перекочевала в открытое море еще в середине 20 века, несмотря на то, что особой необходимости в этом не было из-за огромных ресурсов нефти на суше, а технологии для морской добычи были далеки от совершенства. Сегодня около 1/3 объема производства нефти в мире связано с открытым морем, и эта цифра продолжает расти. Глубина добычи нефти превысила 3 км под водой, соответствуя максимальной глубине, на которой обнаружены потенциально полезные ископаемые.
Три компании, «NautilusMinerals», «NeptuneMinerals» и «BluewaterMetals» (Австралия), определили существование рынка морских полиметаллических сульфидных залежей. Компания «NautilusMinerals» имеет лицензию правительства Папуа Новой Гвинеи на разведку месторождений этого региона, а также районов островов Соломоновых и Тонга в западной части Тихого океана общей площадью 250110 км2. К 2010 г компания планирует начать разработку очень богатого поля Солвара на глубине 1.6 км. Компания «NeptuneMinerals» имеет как идентичный большой участок дуги Кермадек по разведочной лицензии правительства Новой Зеландии, так и заявки на лицензии вокруг острова Лихир, где разрабатывается одно из богатейших месторождений золота Ладолам, а также области в западной части Тихого океана и Средиземного моря. Более молодая компания «BluewaterMetals» ожидает получения нескольких лицензий на проведение разведочных работ.
Более 130 лет назад известный французский писатель Ж. Верн через своего героя капитана Немо в «20 тысячах лье под водой» высказал мысль о том, что «... в океанских глубинах есть месторождения цинка, железа, серебра и золота, которые могут быть весьма просты в разработке и освоении». Возможно, как и в других своих высказываниях, он оказался прав.
Литература
1.Mustafa H. E. Z., Nawab, Z., Horn, R., LeLann, F. Economic interest of hydrothermal deposits // The Atlantis II project: Proceedings, Offshore Mineral Resources, Second International Seminar, Brest, France, 1984. P. 509–539.
2.Hrischeva E., Scott S.D. and Weston R. Origin of metalliferous sediments associated with volcanogenic massive sulfides: example from the SuSu Knolls hydrothermal site, Eastern Manus Basin // Economic Geology, 2007. V. 102. P. 55–73.
3.Scott S. D. Seafloor polymetallic sulfides: Scientific curiosities or mines of the future? // P.G. Teleki et al., editors, Proceedings NATO Advanced Research Workshop on «Marine Minerals: Advances in Research and Resource Assessment», D. Reidel Publ., 1987.Co. P. 277–300.
4.Scott S. D. Deep ocean mining // Geoscience Canada, 2001. V. 28.P. 87–96.
5.Scott S. D.Resource potential of base and precious metal sulfides on the deep ocean floor and environmental considerations for their recovery // Minerals of the Ocean – 3 – Future Developments, International Conference, St. Petersburg, Russia, 2006. P. 133–136.
