Месторождения в карбонатных породах
В областях распространения рассматриваемых месторождений, обычно отсутствуют выходы гранитоидов, а из изверженных пород иногда появляются лишь дайки лампрофиров и в некоторых случаях базальтов. Месторождения часто имеют пласто- или лентообразную форму и размещаются в одном или нескольких горизонтах. Наряду с пластовыми в большинстве рудных районов установлены и секущие рудные тела. Состав руд относительно простой. Из рудных минералов обычно развиты пирит, марказит, сфалерит, галенит, иногда халькопирит, энаргит и некоторые другие. Из жильных минералов основное значение имеют доломит, иногда барит, реже кварц. Структуры руд обычно колломорфные.
Вмещающие породы доломитизированы, а иногда баритизированы и окварцованы. Для руд характерно незначительное содержание серебра.
Мы остановимся на описании низкотемпературных свинцово-цинковых месторождений, находящихся в двух различных геотектонических областях: 1) в складчатой области, на примере Миргалимсайского месторождения, 2) на активизированных платформах, на примере некоторых месторождений юго-восточной части штата Миссури, а также недавно открытого месторождения. района Корнуоллиса в центральной части Канадской Арктики.
Миргалимсайское месторождение находится в Центральном Каратау (Казахская ССР) в пределах Кантаги-Баялдырского рудного поля, сложенного карбонатными и другими отложениями верхнего девона — среднего карбона. Согласно И. Т. Альжанову и др. [1972], породы смяты в сложно построенные антиклинальные складки — Кенкольскую, Миргалимсайскую и другие, в процессе формирования которых из крыльев в шарниры антиклиналей нагнетались породы с пластичными свойствами. В разрезе карбонатных пород фамена по комплексу признаков выделяется десять горизонтов. За исключением рудовмещающего, каждый горизонт отличается от смежных строением и степенью тектонических деформаций. Наиболее сложное строение и состав имеет рудовмещающий горизонт, в пределах которого выделяется 11 пачек слоев неодинаковой мощности и петрографического состава с различными физико-механическими и химическими свойствами. Слоистость и характер тектонических деформаций также неодинаковы от пачки к пачке, что обусловило исключительно высокую гетерогенность строения рудовмещающего горизонта.
Рудное поле характеризуется неоднократным проявлением разрывных нарушений, среди которых выделяются согласные и секущие разрывы. Основные секущие нарушения — Главный и Южный сдвиги с амплитудами смещения от 40 до 200 м. Слоистые породы фамена подвергнуты интенсивному тектоническому разлинзованию. В близповерхностных условиях пережимы слоев легче подвергаются выветриванию, чем утолщения, что и обусловило местное название «комковатые горизонты». Плоскопараллельная слоистость в основном свойственна ленточным горизонтам, составляющим подчиненную часть разреза. Эти горизонты относительно более пластичны и в них наблюдается микроскладчатость. Малопластичные горизонты разлинзованы. Непластичные же пачки сложены грубослоистыми породами, в которых проявляются хрупкие деформации. Особенно интенсивно хрупкие микродеформации развиты в породах рудовмещающего горизонта, стратиграфическое положение которого совпадает с границей максимального изменения тектонических напряжений. Все это обусловило повышенные коллекторские свойства и высокую проницаемость тонкораздробленных пород рудовмещающего горизонта.
Рудоотложению на Миргалимсайском месторождении предшество вали метасоматические процессы, выразившиеся в доломитизации и слабом окварцевании вмещающих пород. Гидротермальная доломитизация произошла вдоль секущих разрывов и распространилась по ряду горизонтов карбонатных пород. Отчетливо видна приуроченность доломитовых тел к горизонтам и пачкам чистых разновидностей известняков с остатками фауны. При этом окись кальция, высвобождающаяся при химических реакциях, в основном выносилась остаточными гидротермальными растворами из участков доломитизации в более высокие стратиграфические уровни.
Большинство пачек рудовмещающего горизонта подверглось только частичной доломитизации, проявившейся по наиболее тонкораздробленным милонитам, а также по относительно крупным и изометричным угловатым их обломкам, края которых замещались до придания им энергетически более устойчивой сферической формы. Округлые (нередко угловатые) образования определили псевдооолитовое строение милонитизированных пачек рудовмещающего горизонта. Милонитизация и микробрекчирование части пород рудовмещающего горизонта и последовавшая за этим доломитизация наиболее тонкораздробленной цементирующей массы обусловили исключительно высокую анизотропность ранее более однородных слоев. Напротив, полная, более равномерно и крупнозернистая доломитизация других горизонтов придала им относительно высокую изотропность и прочность. Это в свою очередь резко повысило коллекторские свойства рудовмещающего горизонта, что сделало его еще более благоприятным для последующего поступления из глубин рудоносных растворов и рудообразования.
Оруденению предшествовала пиритизация, начавшаяся с возобновления хрупких деформаций в ранее милонитизированном, доломитизированном и брекчированном рудовмещающем горизонте пород. Все это усилило высокую проницаемость, благоприятствовавшую избиратель ному проникновению гидротермальных растворов в раздробленные пачки пород. Дорудные метасоматические процессы имели исключительно важное значение для последующего отложения руд и формирования пластообразных рудных тел.
Минерализация на месторождении распространялась по сланцеватости, слоистости, и руды характеризуются полосчатой текстурой. Руды сложены баритом, доломитом и галенитом, сопровождающимися кальцитом, мангананкеритом и пиритом. Меньше развиты сфалерит, анкерит, кварц, арагонит, иногда халькопирит и тетраэдрит. Углубленными микроскопическими исследованиями С. А. Юшко [1969 г.] установлены в виде редких включений в сульфидах (от десятых долей процента до 1 % от общей массы руд) магнетит, сульванит, аргентит, штромейерит, фрейбергит и гипогенный халькозин, а из жильных стронцианит. На выходах рудоносного пласта развиты англезит, церуссит, лимонит, малахит и гидроокислы марганца. Вторичные минералы распространяются на довольно большую глубину по падению рудного тела и до глубины 100 м слагают, примерно 20% объема рудной массы. Признаки гипергенных минералов отмечены до глубины 200 и даже 300 м. Для месторождения в целом отмечается уменьшение с глубиной содержания барита и увеличение концентраций Pb и Zn.
Свинцово-цинковые месторождения широко развиты в США. Главные из них сосредоточены в Верхнемиссисипской долине, в юго-восточной части штата Миссури и в Три-Стейт (штаты Миссури, Канзас и Оклахома). Все три рудных района находятся в пределах активизированной платформы и оруденение развилось в нижнепалеозойских отложениях, несогласно залегающих на протерозойском кристаллическом основании.
С начала эксплуатации, продолжавшейся более 100 лет, а в юго-восточной части штата Миссури 250 лет, в каждом из трех районов добыто по 12 млн. т свинца и цинка. Однако главным производителем свинца являются месторождения юго-восточной части штата Миссури, а цинка — Три-Стейт.
В юго-восточной части штата Миссури, по Ф. Снайдеру и П. Гердеману [1972], обнажаются докембрийские кристаллические сланцы и гнейсы, перекрытые кембрийскими и ордовикскими осадочными образованиями, которые подразделяются на (снизу вверх) песчаники Ламотт, формацию Бонн-Терр, глинистые сланцы Дейвис и серию горизонтов доломитов.
Главный структурный элемент района купол Озарк, ядро которого сложено докембрийскими гранитами и вулканогенными породами, прорванными немногочисленными интрузивами основного состава. В центральной части купола наблюдается система кольцевых сбросов. В районе широко развиты также сбросы северо-западного и северо-восточного простирания. В некоторых локальных участках известны проявления палеозойского эксплозивного магматизма, а также интрузивные дайки и некки диабазов.
Минерализация распространена в вертикальном разрезе на 800 м во всех палеозойских образованиях, начиная от верхнекембрийских песчаников Ламотт и кончая нижним ордовиком. В семи из девяти подразделений этих толщ известны промышленные рудные тела. Однако большая часть руд, так же как и на Миргалимсайском месторождении, концентрируется в породах формации Бонн-Терр, представленных тонкоплитчатыми либо толстослоистыми разноокрашенными доломитами, возникшими преимущественно в диагенетических условиях. Нижние 75 м формации Бонн-Терр характеризуются наличием рифовых сооружений. Комплекс баровых рифов иногда называют структурным центром, поскольку именно к ним тяготеет максимум оруденения. Среди отложений Бонн-Терр выделяется 19 горизонтов. Форма рудных тел разнообразна и зависит от структурной подготовки участка. Намечается шесть структурных типов рудных тел.
1. Тип выклинивания. Рудные тела развиваются согласно напластованию нижних горизонтов доломитов Бонн-Терр и образуют неполный круг около скрытого выступа фундамента. Местами оруденевают базальные конгломераты, залегающие на породах фундамента и состоящие из их обломков, сцементированных карбонатом, который замещается сульфидами. Подобные рудные тела известны на месторождении Хейден-Крик.
2. Тип гребневых структур. Оруденение развивается в гребнях, имеющих облик антиклиналей, но в действительности представляющих собой бары, сложенные грубозернистыми осадками. Руды локализуются на флангах баров, либо в их вершинной части. Они пространственно связаны с черными глинистыми сланцами, которые местами по простиранию переходят в тонколенточные горизонты, обогащенные водорослями.
3. Тип комплекса баровых рифов. Он представляет собой гигантские сложные гребни и является концентратором руд в районе. Протяжение таких сооружений достигает 5000 м, ширина 300—350 м, а вертикальный интервал распространения захватывает нижние 70 метров формации Бонн-Терр.
4. Тип водорослевых рифов. К этим рифам относятся крупные массы пород с органогенной структурой, содержащие механические обломки и отдельные слои типичных осадочных образований. Оруденение тяготеет к контакту между колониальными водорослевыми рифами и подстилающими кластическими карбонатами. Многие рифы не несут свинцово-цинкового оруденения.
5. Тип зон эрозионного несогласия. Редкие зоны эрозионного несогласия среди доломитов Бонн-Терр вмещают рудные тела покровного несогласия.
6. Тип подводных оползней. Зоны брекчирования, образовавшиеся в результате подводных гравитационных оползней на флангах калькаренитовых баров, широко распространены в юго-восточной части штата Миссури. Такие оползни, особенно те из них, которые действовали многократно, являются важнейшими зонами локализации свинцовоцинкового оруденения. Отдельные рудные тела достигают 200 м в длину и 50 м по вертикали, имея в то же время незначительную ширину.
Разрывные нарушения (типа сбросо-сдвигов) преимущественно северо-западного простирания играли важную роль в размещении оруденения. Они наряду с широко распространенными более мелкими разрывами и трещинами отдельности вмещают карбонаты и сульфиды свинца и цинка.
Наиболее богатые руды с максимальным вертикальным размахом возникают в благоприятных горизонтах, барах и рифах вблизи разрывных нарушений. По удалении от них на 300—400 м в стороны качество руд снижается и резко уменьшается ширина рудных тел и вертикальный размах оруденения. В целом вдоль разрывов образуется широкий и богатый рудоносный пояс северо-западного простирания, обусловленный сочетанием вытянутости первичных элементов осадочных пород и дорудных разрывов.
Главный рудный минерал мелкозернистый и крупнокристаллический галенит, образующий пластовые залежи, а также секущие тела. В меньшем количестве развит сфалерит, редко образующий значительные локальные концентрации. Он тяготеет преимущественно к зонам, сложенным серыми сланцеватыми доломитами и черными глинистыми сланцами. Халькопирит в изобилии встречается в восточной части рудного района, где он приурочен к нижней части формации Бонн-Терр, и редок в западной.
Помимо отмеченных минералов в рудах в незначительном количестве развиты зигенит (Со, Ni)3S4 и бравоит (Fe, Ni)S2. Пирит и особенно марказит широко распространены. Из жильных минералов основное значение имеет доломит вмещающих пород, реже отмечаются кальцит, белый доломит, диккит, кварц. Промышленное значение, помимо свинца, цинка и меди, имеют кадмий и серебро, связанные в основном со сфалеритом (отношение Ag/Zn в 20 раз превышает отношение Ag/Pb).
Суммарные количества металлов в рудах, залегающих в формации Бонн-Терр, вычисленные по отношению к количеству наименее распространенного серебра, принятому за единицу, составляют: свинец 25 000, цинк 1500, медь 500, никель 40, кобальт 20, кадмий 10.
Околорудные изменения вмещающих пород выражены в незначительном окварцевании, а также в растворении и окислении карбонатов. Доломитизацию принято считать диагенетической.
Выше приведены убедительные данные, свидетельствующие о дорудном и интрарудном возрасте разрывных нарушений. Резкие изменения стратиграфического положения, мощности и качества руд, свойственные большинству рудных тел, как правило, связаны с разрывами, а не с первичными особенностями строения вмещающих толщ. Имеется много примеров согласного залегания рудных тел. Однако не менее многочисленны примеры пересечения рудными телами не только плоскостей напластования, но и контактов между различными формациями. Степень радиогенности свинца галенитов относительно высокая. Все это с уверенностью позволяет отнести охарактеризованные месторождения к эпигенетическим образованиям. Вопрос об источнике металлов пока точно не решен. Снайдер и Гердеман предполагают, что высококонцентрированные рассолы с металлами выносились за пределы бассейнов осадконакопления в результате уплотнения осадочных толщ. Миграция рассолов, вероятно, связана с поднятием и эрозией купола Озарк, а также с формированием кольцевых разломов, вызвавших нарушение гидродинамического равновесия. Растворы просачивались снизу вверх и направление их движения определялось топографией поверхности фундамента. Они перемещались до тех пор, пока не вступали в контакт с доломитами Бонн-Терр. Это было возможно лишь в участках выклинивания песчаников Ламотт, близ выступов фундамента, где доломиты залегают непосредственно на породах докембрия. Снайдер и Гердеман предполагают, что и ювенильные воды входили в состав рудоносных флюидов.
Свинцово-цинковый район Корнуоллис. Согласно данным Д. В. Керра [1977], весьма интересен новый свинцово-цинковый район Корнуоллис, расположенный в арктической части Канады, имеющий сходные черты с месторождениями штата Миссури. Главным рудным объектом района является месторождение Поларис на острове Малый Корнуоллис с запасами 25 млн. т руды, содержащей 19% Pb + Zn (4,7 млн. т металла). Район расположен в пределах Корнуоллисского складчатого пояса, сложенного отложениями ордовика, силура и девона. В общей сложности в районе установлено 14 свинцово-цинковых месторождений и рудопроявлений, которые пока слабо изучены. В среднем палеозое Корнуоллисский складчатый пояс испытал четыре импульса дислокаций, сопровождавшихся воздыманием, складчатостью и процессами эрозии. Позднее в результате глыбовых перемещений были сформированы основные морские проливы (Крозье, Пенни и др.), разделившие вытянутый в меридиональном направлении этот складчатый пояс на ряд островов.
В сложной стратиграфической колонке района отчетливо выделяется маркирующий горизонт Айрен-Бей верхнего ордовика, мощностью 40—60 м, сложенный рассланцованными известняками. Под этим горизонтом, охватывая верхний и средний ордовик, залегает формация Тамб-Маунтин мощностью 520 м, сложенная известняками и подчиненными доломитами. В верхах этой формации, где развиты кавернозные, частично закарстованные брекчированные доломиты с окаменелыми раковинами, локализуются пластообразные свинцово-цинковые рудные тела. Сложены они колломорфным (пизолитовым) и отчасти кристаллическим сфалеритом и средне-крупнозернистым галенитом; 5—10% рудной массы слагают тонкозернистый пирит и марказит.
Керр выделяет следующие главные факторы контроля оруденения:
1) верхняя биокластическая часть карбонатной формации Тамб-Маунтин является рудовмещающей; все выявленные месторождения и рудопроявления залегают в ней;
2) рудовмещающая формация локально представлена брекчированным доломитом;
3) оруденение, располагаясь в пределах границ сланцевого бассейна (Кейп-Филлипс), залегает структурно выше этих сланцев. Керр предполагает, что сланцы являлись источником серы либо металлов. Месторождения района Корнуоллиса имеют ряд сходных, даже идентичных черт со свинцово-цинковыми месторождениями штата Миссури, но сформировались при несколько более низкой температуре — 52—105° С. Предполагается, что в процессе рудообразования другого источника тепла, кроме геотермического, не было. Считается, что месторождения формировались на глубине 280 м. Время минерализации, по-видимому, соответствовало концу раннего девона. Однако эти положения строго не доказаны.