Гидротермальные месторождения. 
Геология и месторождения полезных ископаемых

Гидротермальными называются месторождения, образованные горячими газово-жидкими рудоносными растворами магматического или иного происхождения.

Источниками рудоносных гидротермальных растворов могут быть: 1) магматические очаги; 2) морские или подземные воды, которые попадают в магматические камеры или нагреваются вблизи них и обогащаются металлами и другими компонентами; 3) подобные растворы могут возникать также в глубинных зонах земной коры при метаморфизме.

• (W, Mo) (по Н. Л. Хрущеву):
  • 1 — мраморы 2 — биотитовые роговики; 3 — амфиболитовые роговики;
  • 4 — лейкократовые гранит-порфиры; 5 — рудные скарны; 6 — эльджуртинские порфировидные граниты; 7 — кварцевые арсенопиритовые жилы

Промышленную значимость месторождений этого генетического типа трудно переоценить. К нему относятся месторождения большинства металлов (Mo, W, Sn, Си, U, Аи, Ag, Pb, Zn, Hg, Sb, As и др.) и некоторых неметаллических полезных ископаемых (тальк, асбест, магнезит, флюорит).

Геологические особенности и условия образования.

Рассматриваемые месторождения образуются во всех геотектонических областях, но наиболее часто в складчатых поясах, на щитах платформ. Геодинамические обстановки их формирования: зоны спрединга в срединноокеанических хребтах, зоны субдукции, внутриштатные зоны активизации.

Месторождения связаны с магмой разного состава, однако наибольшее их количество имеет парагенетическую связь с магматическими комплексами кислого, среднего и щелочного состава (граниты, диориты, гранодиориты, сиениты, риолиты, андезиты). Парагенетическая связь предусматривает единство магматического очага для рудных и магматических тел данного рудного поля. Месторождения, образующиеся на платформах, связаны с габброидами, например, железорудные месторождения Сибирской платформы. В большинстве случаев выражением такой связи является ассоциация оруденения с дайками, малыми интрузивами (штоки, лакколиты) или различными вулканическими постройками (жерловины, некки, диатремы, вулканические потоки). Рудные тела могут располагаться в пределах магматических пород, в непосредственной близости от них или на значительном удалении без видимой связи с этими породами.

Следует отметить, что многие исследователи часто разделяют гидротермальные месторождения на плутоногенные, связанные с интрузивным магматизмом, и вулканогенные, образованные из вулканических очагов. Однако во многих случаях такое деление является весьма условным, так как рассматриваемые месторождения часто парагенетически связаны с вулкано-плутоническими и гипабиссальными комплексами, что затрудняет их разделение на две указанные группы.

Глубины образования гидротермальных месторождений колеблются от 0,2 до 5 км; выделяются глубинные, среднеглубинные и малоглубинные (приповерхносные) месторождения.

Для многих гидротермальных месторождений характерна зональность. Она проявляется в закономерном распределении минеральных ассоциаций относительно таких геологических элементов рудного поля, как разрывные нарушения, определенные разности горных пород, интрузивные тела. Кроме того, зональность может быть обусловлена стадийностью поступления рудоносных растворов, последовательно выделяющихся из очага. Как правило, более высокотемпературные ассоциации (кварц-турмалиновая) находятся вблизи интрузивных тел, а среднетемпературные (кварц-сульфидная, галенит-сфалеритовая и др.) и низкотемпературные (кварц-антимонитовая и др.) отлагаются на удалении от таких интрузивов.

Тектонические процессы и образованные ими структурные формы являются важнейшими факторами формирования и строения гидротермальных месторождений. Смена процессов сжатия и растяжения определяет перемещение рудоносных растворов и отложение минералов. Формы рудных тел зависят от форм и строения вмещающих их складок, разломов и магматических тел. Процесс рудоотложения происходит наиболее интенсивно в химически активных толщах, например, в известняках, песчаниках с карбонатным цементом. Кроме того, осадителем для рудных минералов является органическое вещество, находящееся в породах; сера, железо и другие компоненты. Совокупность структурных элементов, определяющих залегание и строение рудных объектов, называется структурой рудного поля. Выделяются три группы структур рудных полей: пликативные (складчатые), дизъюнктивные (разрывные) и инъективные (обусловленные магматогенными структурами); они разделяются на ряд типов и подтипов [21].

Формы рудных тел, определяющиеся указанными причинами, характеризуются большим разнообразием. Широко распространены простые и сложные жилы и жильные зоны (рис. 7.14), штокверки, обусловленные разломами и трещинами.

В благоприятных по составу породах или на контактах толщ образуются крупные пластовые и пластообразные залежи. Встречаются рудные линзы, гнезда, а также столбообразные тела, локализующиеся на пересечениях разломов или в различных вулканических постройках. Характерной особенностью гидротермальных рудных тел является часто встречающееся неравномерное распределение полезных компонентов. Обогащенные ими участки или участки рудных тел с увеличенной мощностью называются рудными столбами (рис. 7.15). Они могут образоваться на пересечениях разломами благоприятных пород или в разломных узлах (пересечениях, разветвлениях, изгибах разрывов).

Смелый):

1 — позднемеловые игнимбриты; 2 — позднемеловые андезиты; 3 — туфобрекчии андезитов; 4 — раннемеловые риолиты; 5 — глинистые сланцы с базальными конгломератами; 6 — раннемеловые игнимбриты; 7 — субвулканическое тело позднемеловых риолитов; 8 — рудные жилы; 9 — буровые скважины.

а — в участках совмещения двух рудных стадий; б — в узлах сочленения разломов; в — в центральных частях изогнутых жилообразных тел Наличие рудных столбов, а также условия залегания тел полезных ископаемых, имеют особое значение при эксплуатации гидротермальных месторождений. По залеганию относительно горизонта различают горизонтальные, полого-, крутопадающие и вертикальные рудные тела. По характеру залегания во вмещающих толщах выделяются согласные, секущие и согласно-секущие тела. Последние контролируются благоприятными по составу толщами пород, которые пересекаются рудовмещающими разломами. В этом случае стволовые жилы, залегающие в разломе, сопровождаются отходящими от них горизонтальными или наклонными пластовыми телами.

Минеральный состав. В вещественном составе гидротермальных месторождений отчетливо выделяются рудная, жильная минерализация и околорудные изменения вмещающих пород. К рудной минерализации относятся минералы рудного тела, являющиеся полезными ископаемыми данного объекта, например, галенит и сфалерит полиметаллического месторождения. Жильная минерализация включает минералы «заполнения» рудного тела, например, кварц и кальцит полиметаллических жил. Околорудные изменения представлены, как правило, минералами, образованными в процессе формирования рудных тел в боковых породах, например, зерна кварца, кальцита, слюд и рудных минералов (пирита и др.). Мощность зон околорудноизмененных пород составляет от нескольких сантиметров до десятков, а в отдельных случаях и сотен метров. Нередко вкрапленность рудных минералов бывает значительной (близкой к промышленным содержаниям), что позволяет расширить контур промышленных руд.

Рудные минералы образуют парагенезисы, то есть ассоциации минералов, отлагающихся из растворов в определенных интервалах температур и давления. Еще В. Линдгрен в начале прошлого века выделил ряд парагенетических минеральных ассоциаций: 1) касситерит, вольфрамит, шеелит, молибденит; 2) пирротин, пентландит, халькопирит, висмутин; 3) сфалерит, галенит, халькозин, самородные серебро, висмут, золото; 4) антимонит, киноварь и др. Как правило, оксиды кристаллизуются в первую очередь, затем сульфиды и арсениды Fe, Ni, Со, сульфиды Pb, Zn, Ag, сульфиды Sb, Hg.

Процесс формирования гидротермальных месторождений обычно многостадийный (3—10 стадий). Наиболее типичны стадии: ранняя безрудная, поздняя безрудная, от одной до пяти рудных, пострудная. Порядок отложения минералов можно определить по текстурам руд, рассмотренным выше.

Физико-химические условия и процессы образования месторождений. Гидротермальные растворы, которые переносят и отлагают рудные компоненты, содержат в своем составе Н₂0, Si0₂, С0₂, S0₄, 0₂, Н₂, НС1, F, H₂S, СН₄, металлы и некоторые другие компоненты. Изучение газовожидких включений в рудах показало, что растворы бывают углеродистокарбонатными, сернистыми, хлоритными и др. Кислотность их изменяется в процессе рудообразования — обычно от кислых к щелочным. Состав гидротермальных растворов определяет условия и возможности растворения и переноса различных металлов. Например, присутствие С0₂ повышает растворимость окиси олова в 25 раз.

Температура рудоносных растворов колеблется от 700 до 25 °C; наиболее продуктивный интервал 400—100 °С. Первоначально рудоносный раствор выделяется в виде газа, затем конденсируется в жидкость. Низкотемпературные (до 200 °С) растворы минерализованы слабо (до 10% минерального вещества); среднетемпературные (200—350 °С) содержат до 25%, а высокотемпературные (более 350 °С) могут содержать до 50—70% минерального вещества.

Давление рудоносных растворов должно быть больше литостатического и зависит от глубин образования месторождений. Оно колеблется в пределах 10—500 МПа; наиболее продуктивный интервал 100—200 МПа. Так, молибденовое месторождение Шахтама (Забайкалье) образовалось при давлении около 110 МПа и при температуре 380—340 °С.

Металлы могут переноситься в истинных (ионно-молекулярных) или коллоидных растворах. Последние способны насыщаться сульфидами наиболее интенсивно, хотя являются менее подвижными. Наиболее вероятно, что на больших глубинах эти растворы являются истинными, а ближе к поверхности — коллоидными, в результате пересыщения минеральным веществом. Наиболее высокая растворимость металлов установлена в комплексных соединениях, например, тиосульфатах.

Путями движения растворов являются пустоты различного происхождения: разрывные нарушения (разломы, трещины), поры горных пород. Главными причинами этого движения являются давление парообразующей фазы и тектонические подвижки, отжимающие растворы в полости. Кроме того, как считали в прошлом веке В. Линдгрен, Г. Л. Поспелов и другие исследователи, в определенных условиях (большие давления, высокая химическая активность, переход из газообразного состояния в жидкое) растворы способны «сами прокладывать себе путь». Установлено, что они проникают на сотни метров от подводящих разломов. Важную роль при этом играют процессы инфильтрации и диффузии. В приповерхностной зоне может происходить смешение горячих растворов с подземными водами, понижение их температуры, уменьшение концентрации минеральных веществ и рудоотложение, часто в пластах пористых горных пород.

На отложение минералов из гидротермальных флюидов влияют следующие факторы: изменение температуры и давления; переход раствора из газовой фазы в жидкую, из истинного состояния в коллоидное; химические реакции в растворе и реакции растворов с вмещающими породами; прекращение или замедление движения растворов в пластах и разломах.

В зависимости от условий, существующих в области рудообразования, отложение минералов из растворов осуществляется двумя способами: 1) выполнением открытых полостей; 2) метасоматическим замещением. В первом случае отложение и рост кристаллов происходят в зонах разломов; при этом рудные тела имеют, как правило, четкие границы. При метасоматозе материал вмещающих пород замещается вновь образованными минеральными агрегатами, и границы рудных тел являются постепенными, нечеткими.

Модель формирования и развития гидротермальной системы включает области источника (сбора), транспортировки (сброса) и разгрузки (отложения) гидротермальных растворов (рис. 7.16).

1 — восходящий поток глубинного флюида; 2 — нисходящие инфильтрационные воды глубокой циркуляции и вода, выделяющаяся при дегидратации пород на глубине; 3 — подземные вадозные воды; 4 — контур гидротермальной системы; 5 — изотермы гидротермальной системы (°С) С температурным режимом связан минеральный состав и другие особенности гидротермальных руд, в связи с чем выделяются три подтипа месторождений: высоко-, средне-, и низкотемпературные. Высокотемпературные гидротермальные месторождения Образуются в интервале температур 500—300 °С. Их отличительной особенностью является значительная роль растворов в газовой фазе. По этой причине их называют пневматолитово-гидротермальными месторождениями. Чаще всего такие месторождения относятся к глубинным (золоторудное поле Колар в Индии), хотя и встречаются на малых глубинах в связи с вулканическими процессами (оловянновольфрамовое Унция в Боливии). Наиболее характерные полезные ископаемые этих месторождений: вольфрам, молибден, медь, золото, олово, а также неметаллические — графит, апатит, корунд.

В большинстве случаев эти месторождения парагенетически связаны с кислыми или ультракислыми магматическими породами (гранитами, аляскитами, гранодиоритами) и проявляют с ними геохимическое тождество. При этом очень часто залегают непосредственно в интрузивах или вблизи них.

Рудные тела, локализующиеся в пределах интрузивов или по их контактам, контролируются разрывными нарушениями. В надкровельной зоне интрузивов рудные тела локализуются в трещинах, связанных с процессом внедрения магматических тел. Указанные тектонические особенности определяют формы рудных тел высокотемпературных месторождений. Распространены штокверки в зонах трещиноватых пород, жильные тела (в том числе неправильные, рубцовые, конского хвоста) и залежи вкрапленных руд в купольной части интрузивов. Типичным примером является Джидинское вольфрам-молибденовое рудное поле (Западное Забайкалье), в котором установлены два рудных штокверка (вольфрамовый и молибденовый) и серия жил с вольфрамовым оруденением (рис. 7.17).

• (по В. Игнатовичу):
  • 1 — раннекембрийские метаморфизованные осадочные и эффузивные породы;
  • 2 — раннекаледонские измененные ультраосновные породы;
  • 3 — каледонские кварцевые диориты и гранодиориты; 4 — плагиограниты;
  • 5 — бостониты; 6 — гранит-порфиры и граниты (Первомайский шток и дайки); 7 — кварц-молибденитовые жилы; 8 — Первомайский молибденовый штокверк; 9 — серые сиениты и сиенит-порфиры; 10 — гранит-порфиры (Горкинский шток);
  • 11 — Инкурский вольфрамовый штокверк;
  • 12 — кварц-сульфидно-гюбнеритовые жилы

Минеральный состав высокотемпературных месторождений отличается преобладанием минералов, образовавшихся при температурах от 270 до 550 °С: топаз, берилл, турмалин, корунд, магнетит, касситерит, пирротин, вольфрамит, гюбнерит (MnW0₄), шеелит, молибденит, висмутин, золото, гематит. Жильные минералы: полевой шпат, кварц, мусковит, литиевые слюды, скаполит, амфибол, родонит.

Отличительным признаком являются высокотемпературные околорудные изменения: грейзенизация (кварц 40—70%, слюда 40%, турмалин, топаз, флюорит — до 20%, рудные до 10%), турмалинизация (турмалин, кварц), гранат, эпид от.

Главные рудные формации: 1) кварц-вольфрамит-молибденитовая (Джидинское); 2) кварц-молибденитовая (Восточный Коунрад — кварцевые жилы с молибденитом); кварц-вольфрамитовая (месторождения Португалии, Китая — жилы с гюбнеритом); 3) кварц-золоторудная (Кочкарское на Урале, Коммунар в Западной Сибири, Колар в Индии) — Аи в сульфидах в тонкодисперсном виде); 4) оловянно-вольфрам-висмут-серебряная (Унция в Боливии — сложные руды, содержащие касситерит, станнин, вольфрамит, висмутин, аргентит, прустит, пирит, халькопирит, галенит, сфалерит); 5) медно-молибденовая (Браден в Чили — вулканическое жерло с минералами: халькопирит, пирит, борнит, молибденит); 6) медно-оловянная (Акенабе в Японии — халькопирит, касситерит); 7) графит (Шри-Ланка).