Представления об образовании эндогенных месторождений полезных ископаемых
Огромное количество ценного минерального сырья в виде месторождений полезных ископаемых связано с эндогенными процессами.
В магматических очагах происходит разделение минеральных веществ в процессах разделения расплавов (ликвации), выделения твердых фаз по различным температурам плавления и плотности. В результате могут формироваться руды меди, никеля, золота, платины, хрома, железа, титана и алмазы. Широко известны алмазные месторождения в кимберлитовых трубках взрыва в Африке, Канаде, Якутии и Архангельской области (рис. 3.5), которые главным образом отрабатываются карьерами (рис. 3.6).
Рис. 3.5. Схематический геологический профиль по алмазоносной кимберлитовой трубке имени XXIII cъезда КПCC /Харькив и др.,1997/.
Рис. 3.6. Фото законсервированного карьера, в котором отрабатывалась алмазоносная кимберлитовая трубка Мир в западной Якутии. На дальнем плане – панорама г. Мирный столицы алмазного края Сибири /Kimberlites of Yakutia,1995/.
К ликвационным магматическим месторождениям относятся богатые сульфидные руды меди, никеля и платиноидов Норильского района, руды платины и хромитов Бушвельдского массива в ЮАР.
С процессами магматизма и метаморфизма связаны пегматиты. Это крупно- и гигантокристаллические породы кварцево-полевошпатового состава, обогащенные литофильными элементами. Пегматиты слагают жильные тела мощностью от метров до сотен метров. Пегматиты связаны с кристаллизацией из легкоплавкого расплава гранитного ультракислого состава, обогащённого летучими компонентами: фтором, хлором, водой, углеводородами, гидроксильной группой. Высокая концентрация таких летучих компонентов в гранитном расплаве снижает температуру плавления до 500–7000 С. Обычный гранитный расплав кристаллизуется при 1000-12000 С. В результате могут формироваться месторождения бериллия, лития, рубидия, цезия, тантала, пьезокварца, горного хрусталя, драгоценных камней, керамического сырья, электротехнической слюды. России широко известны пегматитовые месторождения Урала, Карелии и Южной Сибири.
Скарновые образования формируются на контакте остывающего алюмосиликатного магматического кислого расплава и карбонатной толщи. Когда в относительно холодную (200-3000 С) известняковую или доломитовую толщу внедряется расплав с температурой более 10000 С, состоящий из натрия, калия, кальция, оксида кремния, оксида алюминия, то появляется реакционная зона – скарн. Скарны получаются за счёт разных диффузионных процессов: концентрационной (встречаются алюмосиликатный расплав и карбонатная среда), термической (большие градиенты температур), баро- (давление магматического расплава) и электродиффузии. При скарнообразовании могут быть и инфильтрационные процессы. Месторождения в скарнах могут получаться из-за диффузии по конвективной модели или инфильтрационных процессов в результате магматических потоков по ортомагматической модели (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Модели образования скарновых месторождений в разрезах.
Диффузионные и инфильтрационные процессы в земной коре и мантии выражаются в явлении метасоматоза. При этом не получается резких границ, а существуют постепенные переходы. Новые минералы образуются на месте старых. Метасоматоз – это явление замещения одной породы на другую с изменением химического и минерального состава без расплавления или растворения, при котором почти одновременно на месте одних появляются другие минералы. В скарнах встречаются месторождения олова, вольфрама, молибдена, меди, свинца, цинка, золота, железа, бора и других полезных ископаемых. В России скарновые месторождения железа разрабатываются в Хакассии, вольфрама – на Кавказе, полиметаллов и бора – в Приморье.
К эндогенным процессам относят гидротермальный. Гидротермальные системы связаны с деятельностью нагретых от 70 до 4000 С напорных подземных вод. Все гидротермальные системы имеют энергетические источники, области питания, пути движения и очаги разгрузки подземных вод (рис. 3.8).
Энергетическими источниками деятельности гидротермальных систем являются остывающие магматические очаги; глубинные тепловые потоки, поступающие по крупным разломам, достигающим нижних частей земной коры; зоны коллизии и субдукции континентальных и океанических плит; экзотермические реакции преобразования скоплений захоронённого органического вещества, происходящие в зоне глубокого преобразования осадочных толщ (катагенезе).
Рис. 3.8. Модель континентальной гидротермальной системы.
Главным источником воды для геотермальных систем является метеогенная или метеорная поверхностная вода океанов, морей, озёр, которая инфильтруется в подземные воды. В гидротермальном процессе также участвуют магматогенные и метаморфогенные воды. Допускают участие какого-то количества ювенильной воды, к которой относят воду, образующуюся из мантийных потоков водорода.
Гидротермальные воды могут переносить растворы металлов и при определенных условиях формировать месторождения золота, серебра, урана, молибдена, олова, флюорита, барита, кобальта, меди, полиметаллов, сурьмы, ртути, висмута, мышьяка и целого ряда других полезных компонентов. По всему миру известны сотни тысяч таких месторождений. В начале 70-х годов прошлого века в рифтовых зонах океанов обнаружили современное гидротермальное сульфидное рудообразование в виде черных и белых дымов – курильщиков (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Разрез современной гидротермальной системы курильщиков в гидротермальном поле ТАГ в Срединно-Атлантическом хребте (по Milk,1995)