Ртутные месторождения разделяются на две генетические группы:
1) гидротермальные низкотемпературные, 2) элювиально-делювиальные россыпи.
Основное промышленное значение имеют гидротермальные месторождения. По минеральному составу среди них выделяются монометальные ртутные месторождения (магнезиально-карбонат-киноварные, карбонат-киноварные, кварц-диккит-киноварные, барит-киноварные) и комплексные ртутьсодержащие месторождения сложного состава (ртутно-сурьмяные, ртутно-сурьмяно-мышьяковые, ртутно-сурьмяно-вольфрамовые, золото-ртутные, свинцово-цинковые с ртутью).
По геологическим условиям образования выделяют:
- низкотемпературные гидротермальные, сформированные в осадочных породах и характеризующиеся простым составом руд;
- низкотемпературные гидротермальные, возникшие среди вулканогенных образований и характеризующиеся сложным составом руд.
Первые наиболее важны в промышленном отношении.
По морфологическим признакам выделяются два промышленных типа: пластообразные залежи (наиболее ценные), жилы и минерализованные штокверковые зоны, характеризующиеся преимущественно простым минеральным составом.
Гидротермальные низкотемпературные месторождения
Месторождения в осадочных породах
Для более полного представления об особенностях геологического строения ртутных месторождений ниже будут рассмотрены наиболее типичные месторождения, сформированные в осадочных породах, — Хайдарканское, Никитовское и Альмаденское.
Хайдарканское месторождение. Согласно А. А. Саукову [1946 г.], Б. И. Смирнову [1947 г.], В. Э. Пояркову. [1955 г.], рудное поле размещается в южном крыле антиклинория непосредственно в зоне его перехода в синклинорий. По данным упомянутых исследователей, на рудоносной площади обнажаются осадочные породы палеозоя от силура до верхнего карбона, смятые в складки субширотного простирания (в том числе две антиклинальные — Северная и Южная) и осложненные продольными разрывами. Юрские отложения, несогласно залегающие на палеозойских, развиты не так широко.
Характерная особенность геологического строения рудного поля — широкое развитие надвигов и сбросов, расчленяющих площадь на серию узких тектонических блоков. На севере рудного поля толща силура надвинута на отложения карбона по поверхности сложного надвига, вытянутого в субширотном направлении. Южнее примерно параллельно ему прослеживается так называемый Рудный сброс, ориентированный по оси Северной антиклинали, вдоль которой на поверхность выведен ряд рудных участков. С юга рудное поле ограничивается Южным сбросом. Чередование надвигов и сбросов обусловило возникновение ряда чешуй, в пределах которых известняки нижнего — среднего карбона то выходят на поверхность, то скрыты под более молодыми образованиями. Соответственно и рудные тела, приуроченные к контакту известняков и перекрывающих их сланцев, в одних тектонических блоках обнажаются на поверхности, в других — залегают на глубине. Наиболее продуктивны сводовые части куполов, осложненных разрывными нарушениями.
В пределах Хайдарканского рудного поля известно несколько месторождений, преимущественно тяготеющих к южной и северной антиклиналям. В каждом из этих месторождений выявлено много рудных тел, большинство из которых размещается в участках ответвления от основных продольных разрывов, оперяющих боковые трещины. Главная масса рудных тел залегает в роговиках (джаспероидах), локализующихся под Сланцами. При этом рудоподводящие разрывы замыкаются под сланцами либо «гасятся» ими, иногда частично проникают в сланцы, иногда над разрывами в сланцах возникают флексуры. Часть роговиковых рудных тел возникает в известняках под пологими разрывными нарушениями, локализуется в местах пересечения рудопроводящими разрывами прослоев тонкоплитчатых известняков либо они размещаются на сочленении трещин в роговиках, а также в шарнирах мелких складок в роговиках под сланцами и известняками.
Руды Хайдаркана содержат кварц, флюорит, карбонат, барит, каолинит, накрит, антимонит и киноварь. Выделяются четыре минеральные ассоциации: 1 — предрудная кварцевая, 2 — кварц-флюорит-антимонит-киноварная с кальцитом (температура образования 280—160°С), 3 — кальцит-киноварная (110—50°С) и 4 — реальгар-аурипигментовая. На месторождении отчетливо проявляется горизонтальная зональность оруденения, выражающаяся в том, что месторождения и рудные тела размещаются вдоль основных продольных субширотных разрывов и содержат не только ртутное оруденение, но также флюорит и антимонит. По мере удаления от этих разрывов содержание флюорита и антимонита уменьшается и на расстоянии 1—1,5 км они исчезают. Наблюдается определенная зональность и в размещении жильных минералов. На месторождениях Южной антиклинали с киноварью ассоциируют барит и кальцит, а на месторождениях Северной антиклинали — кварц и флюорит.
Хайдарканское месторождение сформировалось в верхнепермское время. Юрские отложения являются послерудными. В генетическом отношении оруденение связано общностью магматического очага с пермскими интрузиями нефелиновых сиенитов, которые обнажаются южнее в более высокогорной части Алайского хребта.
Никитовское месторождение расположено в Донбассе (Украина). Рудоносная площадь сложена отложениями среднего карбона, смятыми в складку с осью, вытянутой в северо-западном направлении, и входящими в состав основной угленосной толщи Донбасса. В связи с ундуляцией оси Донбасского антиклинала возник ряд куполов, в которых и развилось оруденение. Оруденению подверглись пласты песчаников мощностью 40—70 м, которые подстилаются и перекрываются сланцами.
Чтобы лучше представить условия локализации ртутного оруденения, рассмотрим структуру месторождения, приуроченного к Софийскому куполу, в свое время детально изученному Е. Е. Захаровым и Н. И. Королевым [1940 г.], а позднее И. Л. Никольским [1959 г.]. Исследования показали, что купол довольно интенсивно нарушен разрывными нарушениями. Несколько косо к оси простирания купол рассекается близ широтным так называемым «секущим» дорудным нарушением, сопровождаемым зоной дробления мощностью 2—9 м. Кроме того, развиты разрывные нарушения: 1) послойные, прослеживающиеся как внутри песчаников, таки по их контакту со сланцами (наиболее интенсивно проявлены вблизи «секущего» нарушения); 2) поперечные (азимут простирания 20°) разрывы, пересекающие пласты песчаников, сопровождаемые зеркалами скольжения; 3) диагональные разрывы с падением на восток и запад под углом 40—60°; 4) трещины отдельности, в плане ориентированные параллельно слоистости, а по падению пересекающие ее. Некоторые из них падают вертикально и ориентированы параллельно осевой плоскости. Все эти разрывные нарушения влияют на условия размещения оруденения.
Выделяются следующие структурно-морфологические типы рудных тел: пластообразные залежи, пластовые и жилообразные рудные тела. Пластообразные залежи приурочены к участку пересечения разрыва с горизонтами песчаников и вытягиваются вдоль него. Пластовые рудные тела локализуются вдоль послойных зон дробления, главным образом в средних частях и у подошвы рудоносных песчаников. Жилообразные тела развиты в крупных поперечных или диагональных трещинах и зонах брекчирования. Рудные тела залегают на крыльях куполов в песчаниках, под пластами сланцев, служивших полупроницаемыми экранами для рудоносных растворов. Со стороны лежачего бока оруденение ограничивается сланцами, подстилающими рудоносный пласт. Главными минералами рудных тел являются кварц (в виде кристаллических корочек), киноварь, антимонит, пирит, арсенопирит и марказит. Из жильных, кроме того, установлен каолинит. Структурно-текстурное разнообразие руд определяется как отложением минералов в макро- и микропустотах, так и метасоматическим замещением киноварью обломочного кварца и цемента песчаников.
Наличие в разрезе каменноугольных отложений нескольких мощных горизонтов песчаников обусловило многоярусность оруденения и его большой вертикальный размах (до 2000 м). Никитовское месторождение сформировалось в послегерцинское время и является типичным низкотемпературным гидротермальным (температура образования киновари 120—150°С), возникшим из рудоносных растворов. Последние поднимались с больших глубин по крупным разрывным нарушениям типа секущего разлома и распространялись, вдоль более мелких разрывов и по порам, развитым в хрупких и высокопроницаемых песчаниках.
Месторождение Альмаден находится в Испании в горах Сьерра-Морена, в 200 км к юго-западу от г. Мадрида. Рудоносная площадь сложена песчано-сланцевыми отложениями, известняками и вулканическими туфами силура и девона, смятыми в серию антиклинальных и синклинальных складок и разбитыми разрывными нарушениями, по отдельным из которых внедрялись дайки диабазов. Ртутное оруденение приурочено к трем крутопадающим пластам кварцитов, заключенных в сланцах и слагающих крылья (в основном юго-юго-западное крыло) синклинальной складки. Протяжение рудоносных пластов, представляющих собой типичные согласные рудные тела, 250—300 м, мощность колеблется от 2 до 14 м, составляя в среднем около 10 м. Содержание ртути в рудах очень высокое, в двух пластах в среднем 6—8%. В третьем пласте оно достигает в среднем 15%. Минерализация в рудных телах представлена кварцем и киноварью с незначительным проявлением антимонита, еще реже встречаются пирит и самородная ртуть. Температура декрипитации киновари от 290 до 230° С. Выделяют три типа руд: массивные, прожилковые и вкрапленные. По вертикали оруденение прослежено до глубины 400 м. В настоящее время в эксплуатации находится тринадцатый горизонт на глубине 325 м. Ежегодно на месторождении добывается около 1500 т ртути. Разработка месторождения с перерывами продолжается более 2000 лет. Однако интенсивная его эксплуатация началась с XVI столетия. При современном масштабе добычи учтенные запасы руд и металлов позволяют рассчитывать на дальнейшее производство в течение 100 лет.
Месторождения в вулканогенных образованиях
К этой группе относятся месторождения, развитые в областях современного и мезо-кайнозойского вулканизма и связанные с вулканическими комплексами и субвулканическими образованиями.
Они широко развиты в пределах Тихоокеанского рудного пояса: в Калифорнии, Неваде, Мексике, Перу, Чили, Новой Зеландии, Японии. На территории Советского сектора этого пояса месторождения ртути, ассоциирующие с существенно андезитовыми, трахиандезитовыми и липаритовыми эффузивными формациями, известны в Корякско-Камчатской области (месторождения Чемпура, Алнейское, Белое и др.), на Курильских островах (вулкан Менделеева на Кунашире), на острове Сахалин, в Охотско-Чукотском вулканическом поясе (месторождение Пламенное).
К этой же группе принадлежат некоторые месторождения Малого Кавказа и Закарпатья (месторождения Большой Шаян, Боркут и др.), Италии (Монте-Амиата), Турции (месторождение Кызызмана). Месторождения, возникшие в вулканогенных породах, характеризуются более сложным составом руд. Кроме киновари в рудах присутствуют метацин-набарит, самородная ртуть, аурипигмент, реальгар, антимонит, марказит, пирит, аргентит, пираргирит, сфалерит, халькопирит, самородные золото и серебро. Из нерудных минералов развиты опал, самородная сера, алунит, каолинит, гипс, барит, реже цеолиты, карбонаты, галлуазит.
Характерные изменения вмещающих пород — опализация, алунитизация, цеолитизация, каолинизация.
Месторождение Пламенное расположено в северном окончании Охотско-Чукотского вулканического пояса. По данным П. В. Бабкина [1969], в районе месторождения развиты покровы нижнемеловых вулканогенных образований кислого состава, несогласно перекрывающие складчатые осадочные толщи верхнего триаса и нижнего мела. Осадочные и вулканогенные образования прорваны небольшим штоком позднемеловых диоритов и раннемеловыми субвулканическими телами гранитоидов и андезитов. Рудное поле сложено интенсивно раздробленными и гидротермально измененными крупно- и мелкопорфировыми липаритами мощностью 350—400 м, разделенными горизонтом (20—30 м) туфобрекчий и туфолав. Рудные тела залегают в верхней части покрова крупнопорфировых липаритов и обычно контролируются крутопадающими 70—80° зонами интенсивного окварцевания, игравшими роль своеобразных экранов для поднимавшихся снизу рудоносных растворов.
На месторождении известно четыре рудоносных участка. На одном из них рудное тело представлено пластообразной залежью, падающей под углом 8—10° на юго-запад согласно залеганию вмещающих липаритов. Северо-восточный контакт залежи резко обрезается крутопадающим (75°) на северо-восток сбросом, вдоль которого проходит зона (мощностью до 20 м) окварцованных пород. На юго-западе переходы к безрудным липаритам постепенны. Более мелкими нарушениями рудное тело разбито на отдельные блоки, которые отличаются друг от друга различной степенью дробления и гидротермального изменения. Отдельные блоки пород подвергнуты рудной минерализации неравномерно. В окварцованных блоках наблюдаются густовкрапленные богатые руды. В блоках же, испытавших незначительное окварцевание и дробление, развиты убогие руды. Широко распространены прожилково-вкрапленные руды.
Рудные тела месторождения сопровождаются мощными зонами околорудных изменений (от центра к периферии), выраженных окварцеванием, каолинизацией, пиритизацией, серицитизацией и хлоритизацией. Главный рудный минерал месторождения киноварь, подчиненное значение имеют антимонит, пирит и марказит. В зоне окисления широко развиты самородная ртуть, фиброферрит, мелантерит и др. Месторождение является типичным низкотемпературным гидротермальным, сформировавшимся в альпийскую эпоху.
Месторождения, ассоциирующие с серпентинизированными массивами габброидов и гипербазитов
Эта группа ртутных месторождений пространственно тяготеет к массивам и телам гипербазитов, приуроченных к зонам глубинных разломов, Оруденение локализуется в зонах брекчий, развитых обычно по контакту тел серпентинизированных гипербазитов, подвергнутых лиственитизации, и вмещающих их пород — известняков, песчаников, эффузивов. Рудные тела развивались вдоль разрывов, зон трещиноватости и дробления кварц-карбонатных пород и лиственитов и имеют форму неправильных и линзовидных залежей, гнезд и жил. Минеральный состав рудных тел специфичный и обусловлен заимствованием некоторых элементов из серпентинитов. Кроме киновари, антимонита, пирита, реальгара в рудах присутствуют в виде примесей миллерит, герсдорфит и минералы группы линнеита.
Месторождения этого типа распространены довольно широко как в СССР, так и за рубежом. В СССР они расположены в Тувинской АССР (Чазадырское месторождение), Казахстане (рудопроявления Чарской зоны), Тянь-Шане (Чонкой), Малом Кавказе (Агятагское и Шорбулакское), Корякско-Камчатской провинции (Тамватнейское и Матачигайское и др.), Сахалине (Светловское и др.).
Из зарубежных месторождений прежде всего следует отметить месторождение Нью-Альмаден в Калифорнии, которое расположено в горах Берегового хребта, в 80 км к северо-востоку от г. Сан-Франциско (США). Площадь рудного поля сложена эффузивно-терригенными породами юрского возраста. Среди них преобладают граувакки, но распространены также аркозы и сланцы с прослоями конгломератов, известняков и роговиков. Эффузивные части разреза, первоначально представленные туфами и лавами основного состава, претерпели зеленокаменный метаморфизм. Главным тектоническим элементом в районе является крупный протяженный региональный сброс глубокого заложения типа глубинных разломов, по обе стороны от которого слоистые породы юры смяты в складки. Вдоль этого нарушения, очевидно, еще в юрское время, внедрились локальные тела основных пород, позднее превращенных в серпентиниты. Ртутное оруденение развито вдоль сброса и обособлено в его пределах на участках интенсивно деформированных штоков серпентинитов.
Рудные тела месторождения локализуются в купольной части одного из штоков серпентинитов. Оруденение приурочено к апикальным частям раздавленных серпентинитовых массивов, претерпевших гидротермальное метасоматическое изменение, в результате которого серпентиниты превращены в силикатно-карбонатную породу. Рудные тела развиты вдоль разрывов, зон трещиноватости и участков дробления силикатно-карбонатной оболочки серпентинитового массива. Реже прожилки и вкрапленные руды встречаются за его пределами, с одной стороны, в неизмененной, ядерной части серпентинитов, а с другой — в песчаниках кровли. Рудные тела бессистемно распределены по апикальной части измененных серпентинитовых массивов. Размеры их колеблются от мелких локальных гнезд до сравнительно крупных залежей, протяжение которых достигает 300 м, ширина 70 м и мощность 5 м. Огромное значение в их локализации имеют структурные ловушки, составными элементами которых являются купольные вершины серпентинитовых массивов, разрывы, секущие силикатно-карбонатный панцирь, и надрудная толща осадочных пород.
Ртутное оруденение связано с щелочными гидротермальными растворами плиоценовой эпохи, выделявшими рудообразующие минералы на глубине до 1 км от поверхности земли при температуре от 125 до 50° С. Минеральный состав руд относительно простой. Промышленное значение имеет только киноварь. Кроме того, в небольшом количестве встречаются пирит, антимонит, халькопирит, сфалерит, галенит и борнит. Жильные минералы — кварц и доломит с выделениями битумов шарообразной формы. Наличие твердых битумов, капельная форма их выделения и характер соотношений с другими рудообразующими минералами ртутных руд позволили Бейли высказать предположение о смешивании рудообразующих гидротермальных растворов с жидкой нефтью в период их циркуляции в верхней зоне земной коры. При этом могла образоваться несмешивающаяся жидкость с обособлениями нефтяных капель. В процессе эволюции такого охлаждающегося раствора часть рудообразующих минералов разрасталась на сферической поверхности сгущавшихся битумных шариков. Другая часть битумов была законсервирована в жидком виде и, испарившись, позднее создала своеобразную «пенистую» текстуру ртутной руды.
Россыпные месторождения
Осадочные россыпные месторождения ртути в промышленных концентрациях встречаются редко; Киноварь из-за небольшой твердости и хрупкости плохо выдерживает транспортировку в водном потоке, легко разрушается и истирается в тончайшие частицы. Часть ее уносится во взвешенном состоянии, часть растворяется и сорбируется глинистым веществом, гидроокислами железа и марганца. Только в некоторых особо благоприятных условиях (жаркий влажный климат, развитая гидрографическая сеть, карбонатный состав вмещающих пород) могут образоваться остаточные месторождения.
Киноварь в виде обломков вместе с глинистым материалом накапливается в коре выветривания карбонатных пород или заполняет в них карстовые воронки и пещеры. Такие месторождения известны в Южном Китае (Гунчэн, Линчуань и др?). Шнейдерхен описал богатые делювиальные россыпи вблизи месторождения Нью-Альмаден (штат Калифорния, США).