Лекция 8. Контактово-метасоматические месторождения

Контактово-метасоматические месторождения возникают в скарнах – особых породах, возникающих на контакте алюмосиликатных (обычно интрузий умеренно кислых гранитоидов – гранодиоритов, граносиенитов, монцонитов, кварцевых диоритов, реже чистых гранитов) и карбонатных, реже вулканогенно-осадочных пород.

Типичные известковые (по мраморам, известнякам, известковым сланцам и туфам) скарны состоят из железистых, кальциевых, реже марганцовистых гранатов, моноклинных (диопсид) и ромбических (генденбергит) пироксенов, реже везувиана, эпидота, амфибола, волластонита, хлорита, графита, боратов - аксинита, датолита, людвигита и др. В доломитах характерен высокомагнезиальный состав скарновых минералов (флогопит, форстерит, шпинель, периклаз, брусит, серпентин).

Они образуются в результате метасоматического взаимодействия интрузии (иногда субвулканическими телами) с температурой 600-1000° и более холодных вмещающих пород. При этом происходит встречное движение – из интрузии мигрируют кремнезем, щелочи, глинозем, а в гранитоиды из боковых пород поступают кальций, магний, железо, СО₂ и другие компоненты. Миграция элементов, в частности, металлов, облегчается наличием и во вмещающих породах, и в интрузивах водяного пара, серы, хлора, придающим среде свойства электролита. Если учесть, что при перепаде температур на границе интрузия - боковые породы неизбежно возникает термоЭДС, то становится очевидной роль природных электрических полей в перераспределении элементов в скарнах.

И во вмещающих породах, превращенных в экзоскарны, и в краевой части гранитоидов, превращенных в эндоскарны, возникают новые минеральные ассоциации, часто с полным замещением исходных минералов.

Температура образования известково-магнезиальных силикатных ассоциаций в скарнах 550-800°, температура отложения оксидов олова и железа – 500-350°, шеелита, боратов, сульфидов молибдена, меди, мышьяка – 300-200°, флюорита – около 100°.

На интенсивность скарнирования влияют состав и водонасыщенность боковых пород и интрузии, форма и глубина залегания интрузии, причем наибольшее значении отводится вмещающим породам. Если интрузия внедрена в малоактивные химически песчаники и сланцы, скарны не характерны. На контакте гранитоидов с глинистыми сланцами могут возникнуть высокоглиноземистые породы – андалузитовые, кордиеритовые, силлиманитовые, корундовые роговики и скарны. Если гранитоиды прорывают карбонаты, туфы базальтов и другие породы, резко отличные по составу от интрузивов, то преобразования весьма контрастны.

Характерная особенность скарновых месторождений – их несимметричность по отношению к интрузии. Обычно скарны сосредоточены только с одного бока массива, причем нередко они отрываются от контакта, проникая во вмещающие породы по плоскостям межпластовых срывов, приобретая пластовую форму. Помимо пластовой морфологии рудных тел в типичных скарнах характерны трубы, линзы, гнезда, системы прожилков.

Из вышесказанного следует, что особенности тектоники вмещающих пород - наличие ослабленных межпластовых зон – играют очень важную роль в локализации скарнов. Положительную роль в локализации скарнов играет также широкое развитие во вмещающих породах даек и апофиз массива. Наиболее благоприятно пологое падение куполообразного интрузива в сторону вмещающих, насыщенность гранитоидов ксенолитами.

По мере остывания палеотемпературной системы (интрузия – вмещающие породы) на ранние высокотемпературные ассоциации (пироксен-гранатовые, форстерит-флогопитовые) накладываются более низкотемпературные амфибол-эпидот-хлоритовые, затем кварц-карбонатные ассоциации, с которыми ассоциируют сульфиды, фторсодержащие минералы.

В скарнах (обычно с отрывом во времени) накапливаются магнетит, гематит, шеелит, молибденит, силикаты бериллия (гельвин, бертрандит) и цинка (виллемит), касситерит, сульфиды меди, свинца, цинка, кобальта, висмута, мышьяка, реже золото и платина. Из нерудных минералов отмечаются флюорит, хлор-скаполит, тальк, асбест, бораты. Оруденение развито как в экзоскарнах, так и эндоскарнах.

Иногда типичная скарновая ассоциация с оруденением развита внутри гранитоидного массива, в то время как вблизи интрузии нет никаких карбонатных пород, например на шеелитовом месторождении Чорух-Дайрон в Средней Азии.

Примеры крупных скарновых месторождений железа – горы Магнитная, Высокая и Благодать на Урале, Соколовско-Сарбайское (Казахстан), Таежное (Южная Якутия), месторождения вольфрама – Чорух-Дайрон в Средней Азии, вольфрама и молибдена – Тырны – Ауз, вольфрама и олова – Майхура в Средней Азии, олова – Питкяранта в Карелии, меди – Турьинское, Гумешевское на Урале, Бисби в штате Аризона, бериллия – Айрон-Маунтин в США, золота – Чибижек, Ольховское, Осиновский рудник в России, Сарымат в Средней Азии, Коби в штате Монтана, свинцово-цинковые –Дальнегорское в Приморье. Большое значение имеют концентрации боратов в скарнах.

Практически все скарновые месторождения являются комплексными. Магнетит-гематитовые месторождения содержат медь, золото, платину, золоторудные – медь, висмут и мышьяк, свинцово-цинковые – серебро, оловянные – вольфрам, серебро, цветные металлы.

В последние 20-30 лет выявлены необычные стратиформные скарновые или скарноподобные месторождения вольфрама (Сонг-Донг в Южной Корее, Пти-Теберда на Кавказе и др.), а также бериллия и меди, приуроченные к пачкам переслаивания метаморфизованных известково-терригенных и вулканогенно-терригенных пород, не связанные напрямую с какими-либо интрузиями. Для них характерно метасоматическое замещение литологически благоприятных пластов с сохранением всех складчатых и иных деформаций этих пластов. Минеральный состав их отличается от обычных скарнов. Для них характерны везувиан, эпидот, амфиболы, хлорит, андалузит, кордиерит, карбонат, халцедоновидный кварц с подчиненной ролью пироксенов и гранатов. Помимо вольфрама в форме шеелита, бериллия в форме гельвина, бертрандита и бериллиеносного везувиана, они содержат арсенопирит, пирротин, халькопирит, пирит, реже самородное золото.

Наконец, на восточном склоне Урала известны недостаточно изученные метасоматические образования, сходные по составу со скарнами, но отличающиеся от них по составу контактирующих пород, которые часто именуют скарноидами. Они развиваются на контакте габбро и серпентинитов, габбро, диоритов с лавами и туфами базальтов, пропластками мраморов. Рудные тела имеют жильную, линзообразную, пластообразную форму и сложены диопсидом, хлоритом, гроссуляром, авгитом, серпентином с подчиненной ролью амфиболов, карбонатов, опала, эпидота, асбеста, магнетита, пирита, пирротина, сульфидов никеля, меди и кобальта. Рудные минералы образуют рассеянную вкрапленность, линзы и гнезда сплошных руд. Нередко такие породы описаны под названием родингитов или хлограпитов. Интерес к ним обусловлен открытием в них месторождений железа (Круглая Гора), золота (Золотая Гора, Новогоднее Манто).

В золоторудных месторождениях силикаты (диопсид и роговая обманка по нему, хлорит, серпентин и др.) являются концентраторами самородного золота, в том числе крупного, россыпеобразующего, вплоть до образования самородков. Дореволюционные старатели называли такие рудные тела «змеевичными жилами». Рудоносные метасоматиты имеют брекчиевидную, пятнистую, иногда полосчатую текстуру, порфиробластовую структуру. Будучи близкими по составу к вмещающим породам, они не имеют явных визуальных отличий и четких геологических границ от безрудных пород. Их диагностика требует значительных практических навыков, а практическое значение выявляется только непрерывным опробованием.

В магнетитовых залежах мощностью до 60-70 м также содержится золото в ассоциации с сульфидами, в концентрации до 3-4 г/т. Содержание попутных меди, никеля и кобальта также достигает промышленных значений. Есть основания полагать значительную распространенность подобного оруденения в Учалинском районе РБ.

Дополнительные сведения об оруденении в скарноидах Южного Урала

Круглогорское месторождение сульфидно-магнетитовых руд, открытое в 1964 г., находится в Челябинской области в 12 км к юго-западу от г. Миасса. Это восточное подножье хребта Урал-Тау, в пределах зеленокаменной полосы, выполненной вулканогенно-осадочными образованиями нижнего и среднего палеозоя, прорванными многочисленными интрузиями ультраосновного, основного и среднего состава. В структурном плане рассматривается нами, как эталонное, с целью освещения главных структурных и вещественных особенностей промышленного сульфидно-магнетитового оруденения, прогнозируемого в Башкирском Зауралье.

Вмещают оруденение серпентиниты, а также базальты и их туфы поляковской свиты ордовика. В пределах месторождения эти породы прорваны расслоенным массивом габбро размером 2,5 -3,5 км, в плане почти изометричным, в разрезе конусовидным (г. Круглая). В западной части рудного поля магнетитовую вкрапленность несут осадочные породы нижнего палеозоя, в зоне Главного Уральского разлома превращенные в слюдяно-кварцевые сланцы и кварциты.

Круглогорское месторождение объединяет пять рудных участков, соответствующих пяти магнитным аномалиям (1, 2, 3, 4 и 6). Рудные тела пластовой формы с раздувами в центральных частях залегают согласно с вмещающими породами, сопровождаются образованиями скарноподобного облика (в дальнейшем, с определенной условностью, именуемых скарнами в силу сложившейся традиции), зонами осветления и ороговикования пород.

На месторождении выделяется два рудоносных горизонта: верхний, к которой относят рудные зоны аномалий 3 и 4, и нижний, представленный рудами аномалий 2 и 6. Рудная зона аномалии 1 образует обособленный рудоносный горизонт, который по составу вмещающих пород и руд не увязывается с указанными горизонтами.

Разрез рудного поля в районе Круглогорского месторождения подразделяется на три толщи: нижняя (подрудная), преимущественно карбонатная; средняя, залегающая между нижним и верхним рудоносными горизонтами, вулканогенная; верхняя (надрудная) – осадочно-вулканогенная.

Подрудная толща прослежена скважинами северо-восточнее горы Круглой в пределах аномалий 3 и 6. Она представлена мраморизованными светло-серыми и белыми известняками. Мощность карбонатной толщи свыше 400 м.

Средняя толща сложена порфировыми пироксен-плагиоклазовыми базальтами с прослоями кристалло - и литокластических туфов. Туфы тяготеют в основном к низам толщи. Незначительно распространены порфировые дациты и их туфы. В низах толщи присутствуют прослои мраморизованных известняков. Породы этой толщи подсечены скважинами на участках аномалий 2, 3 и 6, а также прослежены в обнажениях к северо-востоку от аномалии 4. Мощность средней толщи около 300 м.

Надрудная толща по составу сходна со средней. На некоторых участках в верхах разреза кристаллотуфы преобладают над порфировыми базальтами. В основании толщи отмечаются прослои известняков и доломитов (аномалии 3 и 4). Мощность толщи порядка 300 м. Породы верхней толщи вскрыты скважинами в пределах аномалий 3, 4, 6 и частично 2.

Несколько отличный разрез имеют осадочно-эффузивные образования на участке аномалии 1. В основании разреза здесь залегает толща крупно- и мелкообломочных туфов базальтов с небольшими прослоями порфиритов - подрудная для аномалии 1. Мощность ее свыше 200 м. Выше залегает рудовмещающая толща, представленная пироксеновыми и плагиоклаз-пироксеновыми порфировыми и афировыми базальтами, обычно амфиболизированными, с прослоями мраморизованных известняков и кристаллотуфов. Мощность толщи 150 м. В надрудной толще выделяются следующие три пачки (снизу вверх): 1) кварцитовидные породы (мощность 30 м); 2) грубообломочные ксенотуфы, содержащие крупные частые обломки дацитовых порфиров (мощность 25 м); 3) плагиоклаз-пироксеновые и пироксеновые порфировые базальты, переслаивающиеся с тонко-мелкообломочными слоистыми кристаллотуфами (мощность 80-100 м). Общая мощность надрудной толщи около 150 м.

На площади месторождения широко распространены жильные (субвулканические) породы, к которым относятся пироксеновые и плагиоклаз-пироксеновые диабазы и габбро-порфириты, слагающие межпластовые, реже секущие тела. Наибольшая насыщенность разреза жильными породами отмечается вблизи скарново-рудных зон. Характерным элементом строения последних являются также серпентиниты, переслаивающиеся с базальтами.

Круглогорский габбровый массив, в экзоконтактовой зоне которого расположены рудные аномалии, в основном сложен кварцевым амфиболизированным метаморфизованным габбро. В краевых частях встречаются меланократовые разности габбро с постепенными переходами к пироксенитам. Характер контакта массива с вмещающими породами сложный и разнообразный, с обилием апофиз и карманов, иногда согласный. В целом контакты массива имеют падение в сторону от массива. Вмещающие породы на контакте полностью превращены в роговики эпидот-пироксенового, амфибол-кварц-полевошпатового состава. Отмечаются также монокварцевые породы неясного исходного состава.

Породы района месторождения образуют моноклинальную структуру с флексурными перегибами по падению общего север-северо-восточного простирания с углами падения от 10 до 70˚ на юго-восток, которая на северо-восточном склоне горы Круглой осложняется изгибом в плане с переходом к северо-западному простиранию и падению на юго-запад под углом 10-30˚. Вдоль продольных к слоистости разрывных нарушений развиты тела серпентинитов.

В контуре месторождения выделяется 6 магнитных аномалий, непосредственно связанных с сульфидно-магнетитовым оруденением. Размеры аномалиеобразующих рудных тел 150-1500 м по простиранию, 300 -550 м по падению при средних мощностях 10-40 м, в раздувах до 75-100 м. Глубины залегания верхней границы оруденения 10-480 м, нижней – 170 -580 м. Углы падения колеблются от 10˚ до 50˚

В кровле и подошве богатых тел залегают порфировые пироксен-плагиоклазовые базальты, интенсивно амфиболизированные, хлоритизированные, карбонатизированные, включающие вкрапленность и прожилки магнетита. Над- и подрудные базальты и их туфы превращены в гранатовые, пироксен-гранатовые и пироксен-амфибол-гранатовые скарны мощностью до 25 м, в различной степени оруденелые. В них выделяются прослои сульфидно-магнетитовых руд мощностью до первых метров, представленных зернистым агрегатом магнетита, пирротина, пирита, халькопирита, реже пентландита.

Местами оруденение окаймляется и подстилается серпентинитами, в основном представленными хризотиловыми разностями, ниже сменяемыми амфибол-гранатовыми скарнами с интенсивной вкрапленностью сульфидов, в основном халькопирита, и еще ниже – выступами массива габбро. В скарнах наблюдаются реликты материнских пород – порфировых базальтов. По простиранию оруденение сменяется амфибол-гранатовыми скарнами и карбонат-амфибол-хлоритовыми породами с отдельными пропластками магнетитовых руд.

Сплошные руды имеют массивную текстуру и состоят из мелких идиоморфных кристаллов магнетита размером 0,3-0,6 мм, промежутки между которыми выполняют ксеноморфные зерна кальцита, хлорита, амфибола. В сплошных рудах встречаются в виде зерен, прожилков и небольших гнезд пирит, халькопирит, пирротин, пентландит. Наблюдаются многочисленные небольшие реликты жильных пироксеновых и пироксен-плагиоклазовых диабазов. Нерудная основа прожилково-вкрапленных контактово-метасоматических магнетитовых руд представлена карбонат-хлорит-амфиболовыми породами, амфиболизированными диабазами и пироксен-амфибол-гранатовыми скарнами. Последние особенно развиты в нижних частях рудной зоны, ближе к контакту с интрузией габбро. Преобладающими текстурами скарново-магнетитовых руд являются прожилково-вкрапленная, гнездово-вкрапленная, брекчиевидная и полосчатая. Сульфиды в них распространены в руде неравномерно в виде скоплений зерен, прожилков, гнезд, иногда довольно крупных. Местами в рудах наблюдаются реликты габбро-порфиритов и жильных пироксеновых диабазов, преобразованных в амфибол-эпидот-хлорит-кварц-тальк-серпентиновый агрегат.

Характерна зональность строения рудных тел. В центре они обычно сложены сплошными магнетитовыми, по периферии – прожилково-вкрапленными скарново-магнетитовыми рудами. Часто отмечается ритмичное чередование разнотипных руд.

Изучение минерального состава руд и околорудных пород Круглогорского месторождения, последовательности выделения и взаимоотношения минералов дает возможность установить некоторые особенности его генезиса.

Залегание руд среди скарнов, постепенные переходы от скарнов к рудам и взаимоотношения магнетита и скарновых минералов свидетельствуют о том, что рудные скопления генетически связаны с контактово-метасоматическими процессами. Основные стадии минерализации при формировании месторождения представлены скарновой, магнетитовой, сульфидной и гематитовой стадиями.

Скарнированию подверглись практически все породы, распространенные в пределах месторождения, но в наибольшей степени пироксеновые и пироксен-плагиоклазовые порфировые базальты, жильные диабазы, габбро-порфириты. По ним образованы пироксен-гранатовые, гранат-амфибол-пироксеновые скарны, почти нацело замещающие первичные породы с сохранением небольших реликтов. В жильных пироксеновых порфиритах с крупными вкрапленниками пироксена наиболее легко замещалась их мелкозернистая основная масса с сохранением незамещенных крупных порфировых выделений. Часто скарнировано мезократовое равномернокристаллическое габбро, слагающее интрузивный массив (преимущественно в пределах аномалии 1) с образованием скоплений зерен граната, амфибола, реже пироксена. Реже отмечаются случаи образования скарновых минералов в туфах (пироксена и граната) и известняках (граната, амфибола). На пересечениях известняков жильными пироксеновыми и пироксен-плагиоклазовыми порфиритами, как правило, скарновые минералы развиваются в краевых зонах последних, практически не затрагивая известняки.

Скарны наиболее распространены в пределах участков аномалий 2 и 6, причем преобладающими здесь являются пироксеновые скарны. Слабо развиты скарны в пределах аномалии 1, где доминируют их гранатовые минеральные разности. Наиболее ранним скарновым минералом на месторождении является гранат ряда гроссуляр – андрадит, затем развивался пироксен ряда диопсид – геденбергит.

В сплошных магнетитовых и скарново-магнетитовых рудах в пироксеновых скарнах установлено небольшое количество хромита, по-видимому, реликтового минерала серпентинитов. Обычно зерна хромита трещиноваты, сцементированы по трещинкам и окаймлены по краям зернами магнетита.

В магнетитовую стадию происходило выделение магнетита с образованием сплошных магнетитовых и скарново-магнетитовых руд. Судя по тому, что в сплошных рудах часто встречаются небольшие реликты жильных диабазов, причем довольно свежих, значительная часть сплошных магнетитовых руд (особенно руд аномалии 1) образовалась за счет замещения жильных диабазов. Основная часть прожилково-вкрапленных скарново-магнетитовых руд аномалии 1 образована по пироксеновым и пироксен-плагиоклазовым базальтам, как правило, измененным послескарновыми низкотемпературными процессами: амфиболизацией, хлоритизацией и карбонатизацией. Реликты жильных пород габбро-порфиритов, скарнированных и не скарнированных, наиболее часто встречаются в сплошных магнетитовых и вкрапленных скарново-магнетитовых рудах аномалий 2 и 6, при этом магнетит избирательно замещает в сохранившихся участках порфирита или только вкрапленники, образуя «оспенную» текстуру, или основную массу. На глубоких горизонтах в рудах аномалии 2 отмечаются реликты пироксеновых и пироксен-гранатовых скарнов с расплывчатыми или четкими контурами. Магнетит выполняет промежутки между скарновыми минералами, а также образует тонкие прожилки.

В сульфидную стадию первоначально развивался пирротин в виде неправильных петельчатых и прожилковых скоплений в нерудной массе и по микротрещинам магнетитовых обособлений, выполняя промежутки между зернами магнетита и корродируя последние. В пирротине наблюдаются линзовидные, пламевидные и перистые вростки пентландита, образованные при распаде твердого раствора. Позднее пирротина выделялся пирит, затем магнетит второй генерации, выделения которых наблюдаются в виде тонких прожилков и петельчатых образований по микротрещинам и плоскостям спайности в пирротине, пирите и пентландите. Самым поздним минералом стадии является халькопирит, образующий мелкие выделения в нерудных минералах, по краям скоплений и в микротрещинах магнетита, пирротина и пирита, корродируя их зерна, проникающий во вростки пентландита и замещающий их.

Минерализация гематитовой стадии проявлена слабо и выражена развитием мартита и гематита.

Местами отмечается более позднее (по отношению к магнетиту основной первой генерации) выделение амфибола, корродирующего зерна магнетита и выполняющего промежутки между ними. Более поздние метасоматические процессы (эпидотизация, хлоритизация, карбонатизация, серпентинизация) по-видимому, следовали параллельно с выделением большей части сульфидных минералов.

В зависимости от текстурных признаков и по содержанию железа магнетитовые руды Круглогорского месторождения подразделяются на сплошные магнетитовые руды (железа более 50 %) и прожилково-вкрапленные скарново-магнетитовые руды (железа 20-50 %).

По технологическим признакам среди сплошных магнетитовых руд выделяются: мартеновские (с содержанием железа не менее 55 %, серы и фосфора не более 0,15 % каждого) и доменные руды (с содержанием железа не менее 50 %, серы и фосфора не более 0,3 % каждого).

Сплошные руды с повышенным содержанием сульфидов (серы более 0,3 %) и прожилково-вкрапленные руды могут использоваться после обогащения. Содержание фосфора в магнетитовых рудах Круглогорского месторождения не превышает пределов, установленных для мартеновских руд. По содержанию шлакообразующих компонентов, в которых преобладает кремнезем, руды являются кислыми.

Химическими анализами магнетитовых руд и вмещающих пород с сульфидными минералами выявлено повышенное содержание цветных и благородных металлов. Содержание меди в групповых пробах достигает 1,04-1,52 %, никеля 0,32-0,38 %, кобальта 0,020-0,079 %, золота 1,6-3,82 г/т и серебра 2,8-10,4 г/т. Лабораторными технологическими испытаниями вкрапленных магнетитовых руд месторождения установлена возможность их успешного обогащения путем мокрой магнитной сепарации. Содержание железа в концентратах составляет 55,8-60,0 % при извлечении 98 %.

Круглогорское месторождение детально разведано. Запасы магнетитовых руд месторождения на категории C₁ и С₂ составляют 60,2 млн. т со средним содержанием (в %): железа 39,8, серы 2,4, фосфора 0,12. Большая часть запасов руды сосредоточена в рудных телах аномалий 1, 2 и 6.

Перспективы месторождения могут быть расширены за счет оценки рудоносности нижнего горизонта (предполагаемого по геолого-геофизическим данным) в пределах аномалии 1 и западного фланга аномалии 6. В восточном экзоконтакте Круглогорского габбрового массива развиты локальные магнитные аномалии интенсивностью до 500 гамм, которые могут быть вызваны глубокозалегающими рудными телами, аналогичными телам аномалии 6. Кроме того, при современных возможностях разработки и обогащения бедных вкрапленных руд представляет практический интерес стратиформная магнетитовая минерализация в метаморфических сланцах западнее Круглогорского массива, слабо изученная предшествующими работами.

Дата добавления: 2014-01-07