Лекция 3 (2 часа). Геологические условия формирования месторождений полезных ископаемых

Генетическая классификация месторождений полезных ископаемых. Геодинамические обстановки формирования месторождений. Периодичность, длительность и глубинные уровни образования месторождений. Источники рудного вещества и способы его отложения.

Вопрос 1. Генетическая классификация МПИ. Выделяются серии: эндогенная, экзогенная метаморфогенная. В сериях выделяются группы, в группах — классы, каждому классу соответствует определенный тип месторождений (таблица 4).

Таблица 4 Сводная генетическая классификация месторождений полезных ископаемых (по В. И. Старостину, П. А. Игнатову, 1997)

Вопрос 2. Геодинамические обстановки формирования месторождений с позиций тектоники литосферных плит. Полезные ископаемые являются составной частью структурно-вещественных комплексов (СВК). СВК — это комплекс пород и полезных ископаемых с характерными геологическими структурами, который формируется в определенной геодинамической обстановке. Геодинамическая обстановка связана с глубинными силами и процессами, которые возникают в результате эволюции Земли как планеты и обуславливают движение масс вещества и энергии внутри Земли и её верхних оболочках. Понятие о геодинамических обстановках укрепилось во второй половине 20 века в связи с появлением геологической парадигмы — тектоники литосферных плит. Эта теория основана на мобилистских представлениях и в настоящее время практически полностью заменила существовавшую ранее геосинклинальную (или фиксистскую концепцию). Однако, большинство учебников, обширная геологическая литература написаны с прежних фиксистских позиций, которые надо знать для правильной интерпретации фактического материала (основные положения геосинклинальной концепции достаточно подробно изучаются в курсах «Структурная геология», «Тектоника»). Но на современном уровне, как научной, так и практической геологии, закономерности образования месторождений рассматривают с позиций тектоники литосферных плит. Мы рассмотрим лишь основные положения этой концепции с упором на полезные ископаемые разных геодинамических обстановок.

Основу концепции составляет орогенический цикл Уилсона, который обычно охватывает промежуток времени 200−250 млн. лет. Цикл разделяется на 5 стадий: внутриконтинентального рифтообразования, расширения океанического дна, поглощения океанической коры, столкновения литосферных плит и заключительная стадия (стабилизационная).

Стадия внутриконтинентального рифтообразования или магматизм и металлогения горячих точек. В ослабленных участках литосферных плит мантийные или магматические струи нагревают литосферу, образуют купольные поднятия, в ядрах которых генерируются магмы (кислые, реже основные, щелочные). В результате этих процессов в однородных континентальных блоках возникают системы радиальных разломов, а внутри орогенных поясов образуются линейные рифты.

С возникшими в эту стадию геологическими структурами ассоциируют следующие полезные ископаемые:

в межматериковых рифтах — рассолы и металлоносные осадки с медью, цинком, серебром и др. элементами (впадины Красного моря);

в рифтовых зонах континентов — базито-ультрабазитовые расслоенные интрузии с медно-никелевыми, платиноидными, хромитовыми и титаномагнетитовыми месторождениями (Бушвельдское, Великая Дайка, Норильское, Печенга);

в зонах тектономагматической активизации предрифтовой стадии: а) алмазоносные кимберлитовые и лампроитовые трубки (Ю.Африка, Якутия, Австралия); б) ультрабазито-щелочные интрузии с карбонатитами, к которым приурочены апатит-магнетитовые месторождения с флогопитом, вермикулитом, флюоритом (Ковдорское); интрузии нефелиновых сиенитов с апатит-нефелиновой и редкоземельной минерализацией (Хибинское); интрузии щелочных гранитов с олово-вольфрамовыми грейзенами и тантало-ниобиевыми жильными месторождениями (Джос, Нигерия; Рондония, Бразилия);

во внутриконтинентальных рифтах формируются в терригенных толщах стратиформные полиметаллические руды (Саливан, Канада; Маунт-Айза, Австралия; Гамсберг, ЮАР), урановые месторождения роллового типа (Канада); в эвапоритовых комплексах залежи натриевых и калиевых солей, магнезиты, фосфориты.

Расширение (спрединг) океанического дна. В процессе прогрева в зонах мантийных струй единый континент раскалывается на несколько частей.

В эту стадию возникают срединно-океанические хребты — глубинные расколы литосферы, по которым в придонные области поступает мантийный магматический материал, который формирует океаническую кору (в основном базальтовые магмы). По мере удаления в обе стороны от оси хребта отмечается удревнение возраста коры. В начальную подстадию спрединговой стадии фиксируются самые ранние моменты зарождения океагна после раскола единой континентальной плиты (Красноморский тип). Зрелая (Атлантический тип) подстадия характеризуется вполне развившимся океаническим бассейном с четко обособившимся центральным поднятием (срединно-океаническим хребтом). С одной стороны от поднятия развиваются процессы активной окраины расколовшегося континента, а с другой — пассивной окраины. Месторождения формируются в следующих геологических ситуациях:

на склонах срединно-океанические хребтов и в осевых рифтах образуются вулканогенно-осадочные колчеданно-полиметаллические и оксидные железомарганцевые месторождения;

в глубинных зонах океанических хребтов вблизи или ниже границы Мохоровичича формируются в дунитовых комплексах хромиты (кайнозойские месторождения Кубы); в массивах перидотитов никелевые, титаномагнетитовые, золоторудные и платиноидные руды;

в зонах трансформных разломов — стратиформные баритовые и вулканогенно-осадочные колчеданно-полиметаллические месторождения (Прииртышский рудный район, Казахстан).

на пассивных континентальных окраинах — осадочная серия (медистые песчаники, эвапориты, фосфориты, стратиформные свинцово-цинковые, барит-флюоритовые месторождения в карбонатных отложениях).

Поглощение (субдукция) океанической плиты.

Внешние дуги и глубоководные желоба. Здесь выводятся на поверхность возникшие ранее месторождения офиолитовой ассоциации (колчеданные кипрского типа в эффузивах основного состава, хромитовые, тальковые, асбестовые и магнезитовые в ультрабазитах). В троге внешней дуги — россыпи золота.

Вулканоплутоническая (магматическая) дуга. Развиты известково-щелочные лавы среднего и кислого состава, а в ядерной части дугового хребта — гранодиоритовые и гранитные плутоны. С ними ассоциируют; медно-молибденовые, олово-вольфрамовые месторождения.

Тыловодужный магматический пояс. Мощное давление континентальной плиты создает в тыловой части зоны субдукции систему чешуйчатых надвигов, падающих на восток и утолщающих земную кору. Формируются интрузии анатектических гранитов с оловорудными месторождениями.

Краевой бассейн сжатия. Выполнен терригенными осадками, содержит инфильтрационное урановое оруденение в песчаниках, соли в эвапоритах, угольные пласты.

Коллизия. Столкновение континентов приводит к закрытию океана, исчезновению бассейна между ними, возникновению надвигового пояса и нового бассейна. Место сочленения маркируется сутурной зоной. В надвиговом поясе — анатектические граниты с олово-вольфрамовыми месторождениями. В бассейнах — медные и урановые инфильтрационные месторождения в терригенных толщах. В глубинных частях сутурных зон — жадеит, нефрит, ювелирные корунды.

Заключительная стадия. Возращение континента в его первоначальное состояние, затухание тектонических магматических процессов, формирование систем амагматогенных рифтов, выполненных мелководными терригенно-карбонатными осадками с седиментогенными и эпитермальными полиметаллическими, урановыми) месторождениями. В эту стадию появляются поздние континентальные вулканические пояса с золото-серебряными и полиметаллическими месторождениями.

Вопрос 3. Периодичность, длительность и глубинные уровни образования месторождений. Периодичность формирования месторождений хорошо разработана геосинклинальной концепцией. Выделяется гренвильский, байкальский, каледонский, герцинский, киммерийский, альпийский этапы. Каждый этап характеризуется типоморфным набором полезных ископаемых.

По мобилистским теориям в истории нашей планеты выделяют пять основных металлогенических периодов:

тонких литосферных плит (3,8−3 млрд. лет);

высокой тектонической активности, появление мощной континентальной коры и ядра земли (3 -2,7 млрд. лет);

возникновения первых суперконтинентов (2,7 — 1,8 млрд. лет);

слабой тектономагматической и металлогенической активности (1,8 — 0,6 млрд. лет);

цикличного функционирования механизма тектоники литосферных плит (0,6 -0 млрд. лет).

Длительность формирования месторождений часто сопоставима с продолжительностью геологических процессов. В зависимости от генетической природы образование полезного ископаемого может происходить от тысяч до десятков миллионов лет. Например, для формирования осадочных железорудных пластов необходимо 5−10 млн. лет. Жильные месторождения могут формироваться за отрезки времени до десятков тысяч лет. Образование 30 угольных пластов в Донбассе происходило в течение 60 млн. лет. Магматические комплексы месторождения Ковдор создавались 300 млн. лет.

По уровням глубинности месторождения разделяются на приповерхностные, гипабиссальные, абиссальные, ультраабиссальные.

Приповерхностные (0−1,5 км) — экзогенные, вулканогенно-осадочные руды.

Гипабиссальный уровень (1,5−3,5 км) - наиболее богат. Здесь могут формироваться почти все промышленно-генетические типы эндогенных месторождений.

Абиссальный уровень (3,5−10 км) — беднее, чем два предыдущих. Здесь образуются альбитит-грейзеновые, карбонатитовые, пегматитовые и часть магматических (хромитовых, титаномагнетитовых) месторождений, а также месторождения, ассоциирующие с крупными гранитоидными, основными и ультраосновными плутонами.

Ультраабиссальный уровень (более 10 км) — небольшая группа месторождений (дистеновые, силлиманитовые, андалузитовые сланцы, рутил, корунд и др.). Здесь также идут преобразования ранее сформированных месторождений — т. е. образуются метаморфизованные месторождения (железа, марганца, свинца и цинка).

Вопрос 4. Источники рудного вещества. Среди источников вещества различных генетических типов месторождений выделяют:

• · ювенильный — магматический, связанный с разнообразными магмами;
• · ассимиляционный, возникший при захвате расплавами ранее образовавшихся минеральных масс;
• · выщелоченный водными растворами из вмещающих пород;
• · экзогенный, образовавшийся в результате выветривания континентальных пород и перевода части соединений либо в истинные растворы, либо во взвеси или механические обломки и сноса их в водные бассейны.

Проектные задания студентам по самостоятельной работе по теме 3.

Сопоставить геодинамические обстановки и промышленно-генетические типы МПИ. Провести анализ источников металлов при формировании месторождений.

Вопросы для самоконтроля знаний:

• 1. Что относится к мантийным и магматическим источникам металлов при формировании эндогенных месторождений?
• 2. В каком виде, и каким путем могут выноситься металлы из верхней мантии в зону рудоотложения?
• 3. Какие металлы продуцируются палингенной гранитной магмой?
• 4. Как происходит вынос металлов из гранитных магматических очагов?
• 5. Что является источником металлов метаморфогенных месторождений?
• 6. Что является источником металлов экзогенных месторождений?

Проектные задания по модулю 1.

• 1. Составить обобщенные классификации месторождений полезных ископаемых (по генезису, глубинам формирования, источникам рудного вещества, составу полезных ископаемых)
• 2. Создать в рисунках атлас морфологии тел полезных ископаемых

Тесты рубежного контроля.

Тест 1.

Тест 2.

Тест 3.

Тест 4.