Карстовые структуры. 
Структуры рудных полей и месторождений

Карст выражается в растворении и выносе части вещества горных пород и образовании в них пустот различного размера и формы. Следует различать экзогенный карст, возникающий при циркуляции поверхностных и подземных вод, и эндогенный карст, который формируется при гидротермальных процессах выщелачивания пород. Нередки также полигенные структуры, при формировании которых на разных стадиях ведущую роль играли то метеорные воды, то гидротермальные растворы.

Для развития экзогенного карста необходимы следующие условия: 1) ровная или слабонаклонная поверхность (поверхность выравнивания), 2) низкий уровень подземных вод, 3) значительная мощность карстующихся пород (обычно известняков, реже доломитов, солей и гипсов), 4) спокойный тектонический режим. Наиболее характерными для экзогенного карста являются отрицательные формы рельефа, в том числе карстовые воронки, котловины, долины. Подземный карст включает такие формы, как пещеры, галереи, вертикальные каналы и др., формирующиеся на глубинах до нескольких десятков, а в исключительных случаях — сотен метров. При эндогенных процессах карстообразование протекает на глубинах до 1500 м, а иногда даже до 3000 м под воздействием горячих агрессивных растворов, и в нем могут участвовать также кварциты и некоторые другие породы.

Различные по происхождению карстовые формы играют важную роль в структуре многих месторождений бокситов, марганцевых руд (Постмасбург в ЮАР), силикатных никелевых руд (Уфалейское месторождение на Урале), железа (Алапаевское месторождение на Урале), стратиформных месторождений свинца и цинка (Болеслав и другие в Верхне-Силезском бассейне в Польше, Ледвилл, Джеферсон-Сити и другие в штате Миссури в США), гидротермальных месторождений меди (Цумеб в Намибии) и ртути (Сан-Сальвадор в Испании и Терлингуа в США), касситеритовых россыпей (долина Кинта в Малайзии).

Широко распространены карстовые структуры на различных месторождениях бокситов. Осадочные платформенные месторождения бокситов Амангельдинской, Западно-Тургайской и Центрально-Тургайской групп в Тургайском прогибе (Казахстан) приурочены к площадям развития карбонатных пород складчатого докембрийско-палеозойского фундамента. На породах фундамента залегает кора выветривания мощностью до 60 м, выше которой располагается бокситоносная свита палеоцен-эоценового возраста. Залежи бокситов приурочены к краевым частям дорудных котловин, образовавшихся на площадях развития известняков девона, в зонах контакта их с алюмосиликатными породами (рис. 8.5). Большинство бокситовых залежей располагается в пределах контактово-карстовых и карстово-котловинных депрессий, а некоторые из них — в карстовых воронках (рис. 8.6). Нижние горизонты отдельных залежей расположены в долинообразных карстовых и эрозионно-карстовых депрессиях, линей;

Рис. 8.5. Схематическая геолого-литологическая карта палеозойского фундамента и бокситоносных отложений Амангельдинского района (по Г. Кирпалю и.

В. Тенякову).

I — пссчано-глинистые четвертичные отложения (на разрезе); 2 — бокситовые залежи; 3 — известняки, аргиллиты, алевролиты и песчаники нижнекаменноугольные; 4 — известняки, доломитизированные известняки верхнедевонские и нижнекаменноугольные; 5 — гидрослюдистые песчано-глинистые сланцы, алевролиты франского яруса; 6 — кварциты, кварц-слюдистые и слюдисто-кварцевые графитовые сланцы, гнейсы, гнсйсограниты докембрия; 7 — граниты; 1—26 — рудные участки

но вытянутых вдоль структур фундамента. Карстовые структуры встречаются также на морских осадочных бокситовых месторождениях (например, Красная Шапочка в Северо-Уральском бокситоносном районе, в Венгрии и на юге Франции, на Ямайке).

Рис. 8.6. Схема полициклического карстового бокситового месторождения (по Д.Г. Сапожникову). 1 — четвертичные и неогеновые песчано-глинистые отложения; 2 — каолинитовая зона коры выветривания; 3 — зона дезинтеграции коры выветривания; 4 — известняки; 5 — бокситы; 6 — лигниты; 7 — глина; 8 — алевриты; 9 — пески; 10 — гравийный материал; 11 — грубообломочный материал

Рис. 8.7. Строение Главного рудного тела на горизонте пещеры им. Ферсмана, Средняя Азия (по В.И. Казанскому): а — деталь, б — общий план; 1 — известняки со штокверковыми скоплениями крупнокристаллического кальцита;

• 2 — жилы крупнокристаллического кальцита; 3 — дорудные карстовые песчаники; 4 — шестоватый кальцит; 5 — «рудный мрамор*; б—7 — барит: 6 — красный листоватый, 7 — бурый пластинчатый; 8 — прожилки вторичных рудных минералов; 9 — красная «послсрудная* глина
• 10 — разрывные нарушения

На эндогенных месторождениях рудные тела, связанные с карстовыми формами, могут быть подразделены на три типа (Вольфсон, Яковлев, 1975). К первому относятся рудные тела, сформировавшиеся на стенках карстовых полостей. Характерным примером является месторождение Тюя-Муюн в Средней Азии. Здесь в приподнятом блоке известняков верхнего девона—нижнего карбона наблюдается серия трубообразных карстовых пустот, которые сопровождаются брекчиями и возникли на месте пересечения северо-западных и субширотных разломов. К ним приурочены рудные тела, сложенные серией баритовых и кальцитовых кор, нараставших одна на другую и распространяющихся на большую глубину (рис. 8.7).

Ко второму типу относятся месторождения, рудные тела которых связаны с обрушением крутонаклонных карстовых пустот, возникших вдоль разрывных нарушений. Обрушение таких пустот приводит к появлению различно ориентированных глыб и обломков карбонатных пород, образующих в совокупности массивы брекчий с повышенной пустотностью. Пустоты затем могут выполняться магматическими расплавами или гидротермальными рудными минералами. Типичным примером является Осиновский шток свинцово-цинковых руд на Кадаинском рудном поле в Восточном Забайкалье.

К третьему типу отнесены рудные тела, приуроченные к зонам обрушения, возникшим над пологими карстовыми пустотами в связи с выщелачиванием нижележащих пластов известняков. Подобные структуры контролируют рудные тела на урановых месторождениях плато Колорадо, где обрушению подверглись юрские песчаники над карстовыми пустотами в нижележащих триасовых известняках. В Иллинойсе удлиненные тела флюорита в пологоза;

Рис. 8.8. Флюоритовое тело, локализованное в зоне обрушения карстового происхождения в подстилающих известняках на месторождении Ист-Грин, США (по Р. Грогану).

Изолинии показывают высотную отметку (м) стратиграфического контакта легающих породах также локализовались в зонах обрушения путем выполнения потенциальных пустот, возникших в результате выноса части компонентов породы в зонах нарушений (рис. 8.8).

Примеры месторождений в структурах, обязанных своим происхождением эндогенному карсту, известны в Верхне-Силезском районе в Польше. Свинцово-цинковые месторождения типа долины Миссисипи приурочены здесь к 200-метровой толще диагенетических или первичных доломитов, известняков и мергелей, которая несогласно залегает на палеозойских и докембрийских породах и в свою очередь несогласно перекрывается юрскими отложениями. В юрское время произошел первый этап карстообразования в триасовых доломитах, которые подверглись воздействию циркулировавших в них горячих агрессивных растворов (подземный карст). Значительная часть руд месторождений образовалась путем выполнения карстовых пустот растворения в породах, на стенках которых отлагались рудные минералы. Но к числу возникших при этом карстовых структур относятся и различные деформации, связанные с перераспределением напряжений в породах после выноса части их вещества и образования пустот: небольшие гравитационные сбросы и трещины («карстовая тектоника»), повышавшие проницаемость доломитов, а также тела брекчий обрушения кровли карстовых полостей, которые служили важными рудоконтролирующими структурами (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Минерализованные брекчии, выполняющие карстовую полость на месторождении Верхне-Силезского бассейна, Польша (реконструкция на основе частных разрезов в горных выработках на уровнях А, В и С) (по М. Сасс-Густкевич и др.). I — контуры полости; 2 — известняки; 3 — доломиты; 4 — брекчии; 5 — мелкозернистые обломочные доломиты; 6 — слоистые осадочные породы; 7 — реконструированная не вскрытая выработками часть тела брекчий; 8 — рудные минералы.

Их образование и формирование сульфидной минерализации стали двумя следствиями одного и того же гидротермального процесса. Рудоносные брекчии состоят из угловатых обломков доломитов, промежутки между которыми выполнены сульфидными минералами и (или) более мелкими обломками. Практически на каждом из месторождений района устанавливается несколько стадий брекчирования доломитов и минералообразования. Важная роль карстовых структур в локализации оруденения установлена также на свинцово-цинковых месторождениях типа долины Миссиссипи на юго-востоке штата Миссури (США), на месторождениях на востоке штата Теннесси и ряде подобных объектов в Канаде (Даниелс-Харбор, Пайн-Пойнт, Нанисивик).