Модуль 1. Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых

Комплексная цель модуля: получение общих представлений о полезных ископаемых, особенностях их состава, генезиса, закономерностях размещения во времени и пространстве

Исторический обзор, цели и задачи дисциплины. Основные термины и понятия (полезное ископаемое, месторождение полезного ископаемого, промышленное разделение месторождений полезных ископаемых, руда, кондиции, запасы месторождений).

Курс – «Геология твердых полезных ископаемых» - является составной частью «Учения о полезных ископаемых», которое включает, помимо данной дисциплины, «Промышленные типы рудных месторождений», «Промышленные типы нерудных месторождений», «Промышленные типы горючих полезных ископаемых», «Металлогению».

Полезные ископаемые являлись важнейшим элементом среды обитания человека с момента его появления на нашей планете. Они обеспечивали человека материалами для создания жилищ, предметов и орудий быта, определяли развитие ремесел, сельского хозяйства, военной техники, удовлетворяли эстетические и культурные потребности. Вовлечение минеральных веществ в хозяйственную сферу определяло общую эволюцию человеческой цивилизации. Россия обладает мощной минерально-сырьевой базой. Однако нарастающие темпы развития современного производства требуют выявления значительных дополнительных ресурсов, сосредоточенных в крупных и высококачественных месторождениях. Потребность обнаружения новых и нетрадиционных видов минерального сырья требует дальнейшего расширения и углубления геологических исследований.

В теоретическом курсе «Геология твердых полезных ископаемых» будут рассмотрены общие закономерности формирования полезных ископаемых в процессе развития земной коры, а также частные примеры различных генетических типов месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых.

Основные термины и понятия. Студент, изучающий данную дисциплину, должен знать формулировки ряда основополагающих терминов: полезное ископаемое, руда, месторождение полезных ископаемых, промышленные кондиции.

Полезноеископаемое - минеральные массы, извлекаемые из недр земли и используемые человеком. Полезные ископаемые бывают твердыми, жидкими, газообразными. В данном курсе будут изучаться твердые полезные ископаемые. Среди них выделяются:

1) металлические (рудные) - это полезные минеральные массы из которых извлекаются металлы (из бурых железняков извлекается Fe из бокситов –Al, галенит-сфалеритовых руд - Pb, Zn),

2) неметаллические (нерудные) - это минералы, горные породы, которые используются целиком (соли, графит, слюда, барит, алмазы, гранит, мрамор, глина, песок и т.п.)

3 ) горючие – используются для получения энергии (угли, горючие сланцы, торф).

Разделение достаточно условно. Так, некоторые полезные ископаемые могут быть отнесены как к рудным, так и нерудным (магнезит – минерал используется как огнеупорное сырье и из него извлекают металл Mg). Урановые руды рассматриваются как рудное полезное, хотя их используют для получения энергии.

Руда - э то минеральный агрегат, в котором содержание ценных компонентов достаточно для промышленного извлечения. Термин относится обычно к рудным полезным ископаемым и части нерудных полезных ископаемых, если их используют не целиком, а извлекают элементы, химические соединения, минералы. Например, габбро с гнездами магнетита – железная руда (из этого агрегата минералов извлекается Fe) или агрегат минералов – барит с кальцитом и кварцем может называться рудой, когда из него извлекают ценный минерал барит. Термин руда – древнерусское название крови. Для наших предков рудокопов руда – это кровь земли. С незапамятных времен полезные ископаемые добывали в горах. Здесь рудные тела часто выходят на поверхность и доступны для разработки. Так возникла сфера деятельности – горнорудное производство – название, используемое во всем мире применительно к любым видам работ по поискам, разведке, извлечению и переработки полезных ископаемых, где бы они не производились – в горах, на равнинах или в глубинах морей и океанов.

Полезные ископаемые неравномерно распределены как по поверхности, так и на глубину, при их скоплениях образуются месторождения.

Месторождения – это отдельные участки земной коры, где в результате тех или иных геологических процессов накопилось минеральное вещество, которое по качеству, количеству, условиям залегания экономически выгодно добывать и использовать.

Промышленные кондиции – требования, которым должно удовлетворять минеральное сырье, прежде чем его скопления будут названы месторождением. К промышленным кондициям относят кондиционные запасы, кондиционные содержания полезных и вредных компонентов, кондиционную мощность и др. Кондиционные запасы минерального сырья – его количество, достаточное для рентабельного производства. Для рудных полезных ископаемых запасы исчисляются в весовых категориях (тысячах тонн, десятках тонн, тоннах, килограммах и т.п.), а для неметаллических – обычно в объемных единицах (например, м³). Кондиционное содержание полезных компонентов – это их минимальное содержание, при котором возможна эксплуатация месторождения. Существуют кондиции на вредные примеси в рудах (например, допустимое максимальное содержание серы в железных рудах), мощность пластов (например, минимальная мощность угольных пластов, при которой рентабельна их разработка) и другие. Кондиции меняются в связи с технико-экономическим прогрессом (в начале 20 века кондиционное содержание Cu составляло 5%, а сейчас 1-2 и менее %). Они различны для разных типов полезных ископаемых (табл. 3).

Таблица 3 Примеры промышленных кондиций полезных ископаемых

Металлы	Типичные представители	Минимальные запасы, т	Минимальное содержание металла, %
Черные	Железо, марганец	Сотни тысяч	20-25
Цветные	Медь, свинец, цинк, никель	Тысячи - десятки тысяч	0,4-1
Редкие	Вольфрам, молибден, олово, ртуть	Десятки, сотни	0,1-,2
Радиоактивные	Уран, торий	Десятки, сотни	0,05-0,1
Благородные	Золото, платина	Килограммы	0,0005

Кондиции изменяются и для различных регионов. Требования к сырью более низкие для экономически обжитых районов с развитой инфраструктурой, чем для труднодоступных областей, например, Центральной Сибири, Чукотки, Аляски, Гималаев. В старых горнорудных районах выгодно разрабатывать мелкие месторождения золота с содержанием его всего 1-2 г/т и массой первые килограммы (например, Урал). Для необжитых территорий нужны объекты, в которых находится десятки, и даже сотни тонн золота в рудах с концентрацией 5-10 г/т.

История горнорудного производства. Американский этнолог Генри Люис Морган писал, что с того момента, когда варвар научился получать и применять металл, девять десятых борьбы за цивилизацию было выиграно. Первые государства на земле возникли в эпоху раннего металла.

В каменный век (8-4 тысячелетие до нашей эры) использовался кремень, кварцит, обсидиан для ножей, оружия, камни для жилища, минеральные пигменты для наскальной живописи, золотые самородки из россыпей для украшений, изготавливаются керамические изделия.

Бронзовый век (4-1 тысячелетие до нашей эры) – начался с использования человеком самородной меди, которую он находил в зонах окисления сульфидных месторождений. В очагах цивилизации изготавливались сплавы меди с оловом, свинцом, сурьмой, серебром, которые в отличие от чистой меди были прочными с сохранением ковкости. Для украшений и ритуальных предметов помимо золота использовались драгоценные цветные камни (изумруды, горный хрусталь и др.), которые находили в песках и галечниках. В качестве топлива уже применялась нефть.

В железный век (2 тысячелетие до нашей эры) в Египте, Месопотамии разработан способ получения железа из руды. Каменный уголь практически использовался еще до нашей эры, но в Европе уголь начал играть существенную роль сначала в Англии, а затем лишь с 17 века в других странах.

Основы рудной геологии и создание горнорудной промышленности относятся к средневековому периоду. Для Китая отмечается высокая цивилизация уже с 11 веке до нашей эры. В Европе интеллектуальный всплеск приходится на середину 14 века - середину 18 века – эпоху Возрождения. В этот период строятся города из камня. Развивается кузница Европы в Рудных горах (Саксонских Альпах), снабжавшая серебром, оловом, железом, медью, красками все страны этого региона. Появляются первые научные идеи о рудообразовании. Крупнейший ученый этой эпохи – Агрикола (Георгий Бауэра). Его работа «О горном деле и металлургии» в 12 книгах служила в течение нескольких столетий после его смерти основным энциклопедическим справочником по горному делу. Из фрайбергского серебра изготавливали монеты – талеры, которые быстро распространились по разным странам мира. В Америке талер был переименован в доллар. Несколько позже в России, чтобы делать монеты удобными для расчетов, их рубили на части зубилом, а новую денежную единицу назвали рублем.

В богатой Российской империи добывались строительные материалы (главным образом известняки Подмосковья), соли Урала и бассейна Камы, сера (низовья Волги), разрабатывались болотные железные руды. Период зарождения современной горной промышленности и теории формирования месторождений полезных ископаемых в России связан с активной деятельностью Петра Первого и Михаила Ломоносова. Петр лично осматривал месторождения соли в Величке, железа под Тулой, каменного угля Донбасса и вел записи в особой тетради «О познании всяческих руд».

С середины 18 века бурное развитие плавильных заводов привело к почти полному уничтожению лесов в Южной и Западной Европе, Англии. Возникла проблема замены древесного угля каменным. Проблема была успешно решена англичанином Генри Кортом, создавшим печь для получения чугуна и стали, которая отапливалась каменным углем.

В России в 1773 году открыто Санкт-Петербургское горное училище, которое существует и поныне как горный институт. Здесь и в Московском университете закладываются основы знаменитой русской школы геологов-рудников.

Новый период истории (начиная с середины 19 века до наших дней) характеризуется созданием разветвленной государственной и частной структуры горнорудного дела и лавинного ускорения научно-технического прогресса. Усовершенствованы технологии отливки чугуна и стали, получены новые сплавы металлов, ранее не востребованных. Создаются сети железных дорог, мощные крейсеры и линкоры, новые отрасли - электротехническая, автомобильная, ядерная, радиоэлектронная. Получают новые строительные материалы, разрабатывают новые химические, индустриальные и строительные типы нерудного сырья (удобрения, формовочные пески и глины, цементное сырье и др.). Активно разрабатываются угольные, нефтяные и газовые месторождения. По данным американского исследователя Д.Кука за период 1943-1985 г.г. в мире было открыто 150 крупных и уникальных месторождений меди, свинца, золота, серебра, урана, молибдена, никеля.

С современным этапом связана деятельность широкой плеяды выдающихся ученых: С.Эммонса, Ч. Ван Хайза, А.Бэтмана, Ч.Парка, Г.Шнейдерхена, В.А.Обручева, А.Е.Ферсмана, М.А.Усова, А.Г.Бетехтина, П.М.Татаринова, С.С.Смирнова, Н.М.Страхова, А.Д.Щеглова, А.Митчелла, Г.Кинга и др. Геологическая школа России является одной из лучшей в мире. Большой вклад в науку о рудных и нерудных полезных ископаемых внесли Х.Абдуллаев, Я.Белевцев, Ю.Билибин, И.Гинзбург, А.Заварицкий, Д.Коржинский, В.Крейтер, В.Котляр, В.Кузнецов, И.Магакьян, В.Смирнов, Г.Твалчрелидзе, Л.Овчинников, Е.Радкевич, Н.Шило, П.Иванкин и др.; в сфере месторождений нефти и газа – Н.Вассоевич, И.Губкин, С.Миронов, А.Трофимук; в области угольных месторождений - А.Гапеев, И.Горский, Ю.Жемчужников, А.Матвеев, А.Егоров и многие другие ученые.

Проектные задания студентам по самостоятельной работе по теме 1.

Проанализировать историю освоения полезных ископаемых, составить перечень выдающихся исследователей полезных ископаемых, выучить основные термины учения о полезных ископаемых.

Лекция 2 (2 часа). Общие сведения о месторождениях полезных ископаемых

Площади распространения полезных ископаемых. Морфология тел полезных ископаемых. Минералого-геохимические, текстурно-структурные характеристики руд. Этапы и стадии формирования руд, парагенетические минеральные ассоциации и генерации минералов.

Вопрос 1. Площади распространения полезных ископаемых. В зависимости от масштабов проявления выделяют провинции полезных ископаемых, области (пояса, бассейны), районы (узлы), рудные поля, месторождения, рудные тела.

К провинциям относятся крупные структурные элементы земной коры (синеклизы, антиклизы, пассивные и активные окраины континентов, рифтовые системы, складчатые пояса, дно океана и т.п.)

Область полезных ископаемых - составной элемент провинции, имеет изометрические очертания, характеризуется набором определенных по происхождению и составу месторождений.

Рудные пояса – вытянутые линейные области, приуроченные к прогибам, глубинным разломам, зонам субдукции, рифтовым системам. Их размер - от сотен до тысяч км.

Бассейны – площади непрерывного распространения пластовой минерализации. Их площади – сотни квадратных километров.

Рудный район – местное скопление месторождений в пределах провинций, областей, поясов, бассейнов.

Рудное поле – небольшой участок земной коры (единицы, десятки квадратных километров), в пределах которого располагаются сближенные, одновременно образующиеся и генетически родственные месторождения. Рудное поле может состоять и из одного крупного месторождения с серией разобщенных залежей.

Месторождение – одно или несколько тел полезных ископаемых, объединенных общностью происхождения и приуроченных к локальной геологической структуре. Его размеры – единицы – десятки квадратных километров.

Рудное тело – скопление промышленных руд, имеющих общий контур и определенную форму.

Вопрос 2. Морфология тел полезных ископаемых. Главные формы рудных тел – пласты, линзы, жилы, трубы или столбы, штокверки, штоки, тела неправильной формы, гнезда (карманы), комбинированные залежи.

Пласты – плоские, пластинообразные тела полезных ископаемых, образующиеся в водных бассейнах синхронно с вмещающими осадочными породами (уголь, соли, фосфориты, сидериты). Морфологически на них похожи пластообразные метасоматические тела, формирующиеся по осадочным породам (например, медистые песчаники, вкрапленные галенитовые руды в горизонтах доломитов). Кроме того, выделяют пластообразные тела магматического происхождения, например, хромитовых руд в расслоенных ультраосновных плутонах. Они образуются при магматической дифференциации, механизм которой будет рассмотрен в разделе магматические месторождения.

Линзы – плоские тела дискообразной или лентообразной формы. Типичны для вулканогенно-осадочных месторождений, формирующихся в субмаринных условиях (например, линзы пирита, халькопирита в туфах кислого состава), а также могут быть образованы метасоматическим или магматическим способом.

Жилы – в подавляющем большинстве трещины в горных породах, выполненные минеральным веществом. Жильные тела могут иметь и метасоматическое происхождение. Для жил выделяют элементы: зальбанды – контакты жилы с вмещающими породами со стороны висячего и лежачего боков, апофизы – ответвления, ореолы измененных околожильных пород. В пределах жил могут выделяться рудные столбы – обособленные участки с повышенным содержанием полезных компонентов. Рудные столбы бывают морфологическими, связанными с раздувами, и концентрационными, связанными с локальными высокими содержаниями ценных компонентов. Жилы бывают: простыми, четковидными, камерными, седловидными, оперяющими, лестничными. Месторождение может быть представлено одной крупной жилой (Сарылах – сурьмяное месторождение с антимонит - кварцевой жилой, мощностью до 10-17 м, протяженностью сотни м), но чаще всего на месторождении - серия мелких жил, мощностью первые метры, десятки сантиметров (Садонское жильное полиметаллическое месторождение).

Трубы, трубки, трубообразные и столбообразные залежи – рудные тела, удлиненные по одной оси. Типичны для алмазоносных тел, а также руд золота, серебра в вулканических жерлах.

Штокверк – некоторый объем горных пород, с рудной минерализацией в виде вкрапленности, многочисленными мелкими разноориентированными прожилками. Их форма может быть изометричная, трубообразная, повторяющая кровлю интрузии, или представляющая собой линейные системы («конский хвост» на медном месторождении Чукикамата).

Шток – грушевидное, круто ориентированное тело, изометричное в плане. Шток - это залежь почти сплошного полезного ископаемого. Пример – штоки каменной соли. Штоки типичны также для гидротермально-метасоматических, скарновых, грейзеновых месторождений.

Тела неправильной формы – караваеобразные, с выступами и пережимами, амёбообразные, ящичные. Характерны для субмаринных колчеданных, железно-марганцевых месторождений, скарновых руд.

Гнезда – небольшие изометричные скопления рудного вещества. Для золоторудных, ртутных, хромитовых, редкометальных месторождений в ряде случаев гнёзда являются ведущим морфологическим типом. К этой же категории относятся карманы – изометричные накопления рудного материала в зоне выветривания, в карстовых кавернах, в полостях, пустотах или вблизи экранирующей поверхности на гидротермальных месторождениях.

Комбинированные залежи - сложной формы тела, состоящие из нескольких морфологических элементов. Часто верхняя дискообразная часть таких залежей представлена шляпкой, в нижней части которой серия доводящих жилообразных ножек (пример, Гайское медноколчеданное месторождение). Возможны и другие сочетания – пластовых и жильных форм, штоков и жил и т.д. Среди месторождений жидких и газообразных полезных ископаемых выделяют массивные залежи, пластовые, линзовидные залежи.

Вопрос 3. Минералого-геохимические, текстурно-структурные характеристики руд. Руда – агрегат рудных (т.е. ценных) минералов и нерудных (их часто называют жильными минералами). По химическому составу ценные минералы представлены:

1) оксидами железа, марганца, олова, урана, хрома, алюминия;

3) сернистыми соединениями: сульфидами, арсенидами, антимонидами железа, меди, цинка, свинца, никеля, серебра;

4) карбонатами железа, марганца, магния, свинца, цирка, меди;

8) самородными элементами (золото, платина, медь).

Среди нерудных минералов обычно преобладают кварц, карбонаты, хлорит, турмалин, серицит, каолинит.

Минеральное вещество, составляющее полезное ископаемое, обладает соответствующей структурой и текстурой – т.е. рисунком, строением.

Структура руд – это строение, которое определяется формой, размерами, взаимоотношениями зерен слагающих их минералов.

Текстура – строение руды, которое определяется формой, размерами и взаимоотношениями минеральных агрегатов, слагающих руду.

Вопрос 4. Этапы и стадии формирования руд. Процессы минералонакопления при формировании месторождений протекают в течение длительного времени, которое можно разбить на этапы и стадии.

Этап – длительный временной интервал, когда происходит накопление руд одного генезиса, например, магматический этап, пегматитовый, гидротермальный.

Стадии – части этапов, в течение которых происходило накопление минералов определенного состава. Стадия отделяется одна от другой перерывом в минерализации. Этот перерыв фиксируется пересечением разновозрастных жил, брекчированием и цементацией, коррозией минеральных агрегатов ранних стадий более поздними. Стадии отличаются друг от друга изменением физико-химических параметров процесса минералообразования. В близко одновременных условиях, при близких физико-химических условиях формируются парагенетические минеральные ассоциации. Генерации минералов – это неоднократные выделения одного и того же минерала, разделенные перерывами. Например, при формировании рудных жил в течение трех стадий может быть три разновозрастные генерации кварца, три генерации пирита, одна или две генерации сфалерита. Месторождения бывают моностадийные и полистадийные. На крупных гидротермальных месторождениях насчитывают до пяти и более разновозрастных стадий, в течение которых выделяются минеральные агрегаты, совмещенные или разобщенные в пространстве. Каждая стадия соответствуют поступлению новой порции гидротермального раствора. Среди этих стадий выделяют дорудные, рудные, послерудные.

Проектные задания студентам по самостоятельной работе по теме 2.

Подобрать примеры различных форм рудных тел, минерального состава тел полезных ископаемых, текстур и структур минерального вещества.

1. Характеристики штока, штокверка, пласта, жилы, трубообразного тела, залежи.

2. Форма жильных тел (простая, сложная, четковидная, камерная, седловидная, оперенная, лестничная) и элементы жил (зальбанды, апофизы, рудные столбы).

3. Примеры минеральных типов руд (оксидных, силикатных, сернистых, карбонатных, сульфатных, фосфатных, галоидных, самородных).

4. Дать определение массивной, брекчиевой, прожилковой, слоистой текстурам руд.

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

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)

Группа	Класс	Тип месторождений
Эндогенная серия
Магматическая	1.Ликвационный	а) сульфидные медно-никелевые в основных и ультраосновных комплексах; б) хромитовые, титаномагнетитовые и руды элементов платиновой группы в расслоенных ультраосновных комплексах; в) редкие, редкоземельные и рассеянные элементы в щелочных комплексах
2. Раннемагматический	Магматические горные породы, алмазоносные кимберлиты и лампроиты
3.Позднемагматический	Хромитовые, титаномагнетитовые и апатит-нефелиновые
Карбонатитовая	Флюидно-магматический карбонатитовый	Перовскит-титаномагнетитовые, камафоритовые, редкометально-пирохлоритовые, редкоземельные и флюоритовые
Пегматитовая	1. Магматогенный	Керамические, мусковитовые, редкометальные и цветных камней
2. Флюидно-анатектический	Редкометально-пирохлоровые и апатит-нефелиновые
3. Флюидно-метаморфогенный	Керамических, мусковитовых, редкометальных пегматитов и цветных камней
Скарновая	1. Известковый	Железорудные, вольфрам-молибденовые, медномолибденовые, свинцово-цинковые
2. Магнезиальный	Железорудные, медномолибденовые, оловорудные, борные
Альбитит-грейзеновая	1. Альбититовый	Бериллиевые, литиевые, урановые и редкоземельные
2. Грейзеновый	Олово-вольфрамовые, литиевые, бериллиевые
Гидротермальная	1.Плутоногенный	Штокверковые и жильные а) высокотемпературные медно-молибденовые, золото-, олово-, медно-кварцевые; б) среднетемпературные полиметаллические, сурьмяно-мышьяковые, редкометальные, урановые; в) низкотемпературные сидеритовые, родохрозитовые, магнезитовые, хризотил-асбестовые, баритовые, флюоритовые
2. Вулканогенный андезитоидный	Золото-серебряные, олово-вольфрамовые, ртутные, медные, алунитовые, исландского шпата, самородной серы
3. Вулканогенно-осадочный, базальтоидный, субмаринный	Серно-колчеданные, медно-колчеданные, колчеданно-полиметаллические
Экзогенная серия
Выветривания	1. Остаточный	Никель-кобальтовые, бокситовые, бурожелезняковые, редкометальные и редкоземельные, каолиновые, апатитовые, марганцевые
2. Инфильтрационный	Редкометально-урановые
Осадочная	1.Механический россыпной	Механические осадочные: гравийные, песчаные и глинистые (огнеупорные, бентонитовые). Россыпные: а) континентальные россыпные золотые, платиновые, касситеритовые алмазные, танталлит-колумбитовые, корундовые; б) литоральные россыпные рутиловые, ильменитовые, циркониевые, касситеритовые, золотые, алмазные, цветные камни
2. Хемогенный	а) гидрооксидные, суспензионно-коллоидные: бурых железняков, марганца, железо-марганцевых конкреций и корок; б) сульфидно-сульфатно-карбонатные: цветных и редких металлов в черных сланцах; в) сульфатно-галоидные: каменных, калийных солей, боратов, лития
3. Биохимический	Фосфоритовые (континентальные и морские), кремнистые породы(диатомит, трепел, опоки), известняки, угли, горючие сланцы, торф
4. Осадочно-катагенетический	Медистых песчаников, свинцово-цинковые в карбонатных породах, свинцовые в песчаниках, золоторудные и урановые в терригенно-карбонатных и черносланцевых толщах, самородной серы, нефти и газа, йодо-бромистых и металлоносных рассолов
Метаморфогенная серия
Метаморфизованная	1. Регионально-метаморфизованный	Железорудные, марганцевые, золото-урановые, апатитовые, колчеданные
2. Контактово-метаморфизованный	Железорудные, графитовые, корундовые скарнированные
Метаморфическая	1. Зеленосланцевый	Горного хрусталя, золото-кварцевые, мрамора, кварциты, кровельные сланцы
2. Амфиболитовый	Андалузитовые, кианитовые, силлиманитовые, наждака, амфибол-асбестовые
	3. Гранулит-эклогитовый	Гранатовые, рутил-ильменитовые, флогопитовые
	4. Импактитовый	Алмазные (?)

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:

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

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

3) 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);

4) 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:

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

2) 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;

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

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

Поглощение (субдукция) океанической плиты.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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. Периодичностьформирования 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:

· 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.

Литература: [1], с. 52-58, 429-474; [2] с. 32-51; [3], с. 200-205; [19], [20].

Проектные задания студентам по самостоятельной работе по теме 3.

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

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?

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