Теория магматического сульфидного и оксидного рудообразования

Малышев, Александр Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Теория магматического сульфидного и оксидного рудообразования
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Теория магматического сульфидного и оксидного рудообразования"

На правах рукописи

Малышев Александр Иванович

Теория магматического сульфидного и оксидного рудообразования

Специальность 25.00.11 — «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Екатеринбург - 2005

Работа выполнена в Институте геологии и геохимии им. А.Н Заварицкого Уральского отделения РАН.

Научный консультант —

доктор геолого-минералогических наук, академик Российской академии наук Коротеев Виктор Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, академик Российской академии наук Юшкин Николай Павлович

доктор геолого-минералогических наук, профессор Сазонов Владимир Николаевич

доктор геолого-минералогических наук Горбачев Николай Степанович

Ведущая организация —

Институт геохимии имени А.П. Виноградова Сибирского отделения РАН

Защита состоится 20 октября 2005 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30. Тел: (343) 257-25-47 Факс: (343)251-48-38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГГУ Автореферат разослан 15 сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Рудницкий В.Ф.

Введение

Актуальность исследований

Диссертационная работа направлена на решение фундаментальной проблемы рудной геологин, связанной с разработкой физико-химических моделей рудообразования, и проблем генезиса рудных месторождений Огромный материал, накопленный по геолоти сутьфидных месторождений и месторождений самородной серы, обсуждается и дискутируется исследователями в рамках взаимно непересекающихся парадигм Вопросы I снсзиса сульфидных месторождений, как и месторождений самородной серы, во многом осгакмся дискуссионными. Отсутствует единая генешческая классификация сульфидных месторождений. Все это обусловливает необходимость разработки единой теоретической схемы эндогенно!о сульфидообразования Во многом благодаря все более широкому использованию 1ермодинамических и статических подходов и методов к концу XX века получило практически полное признание положение о конвергентности рудных месторождений, согласно которому ни одна из гипотез не сможет полностью и универсально объяснить возникновение всего многообразия руд. I енетические классификации стали все больше соответствовать классификациям ситуационным, в которых основное внимание уделялось составу руд и геологическим обстановкам, с которыми они связаны. При этом нередко суть рудообразующего процесса подменялась формой его проявления Положение о конвергентности делало возможным предложить для каждой группы близких рудообразующих обстано-вок свой рудообразующий процесс или даже их группу. Ьсть все основания считать, что разрабатываемая автором схема физико-химической эволюции эндогенных флюидов позволяет, вопреки принципу конвергентности. созца1Ь единую теорию эндогенного рудообразования.

Цель и задачи исследования

Общая цель исследований создание на базе представлений о физико-химической эвотюции эндогенных флюидов единой теории эндогенного рудообразования В рамках диссертационной работы решается задача построения единой теоретической модели для магматического сутьфидного рудообразования

Фактический материал

Изучением динамики поведения летучих в высокотемпературных эндогенных процессах автор занимается с 1980 г, включая 7 лет режимных наблюдений за действующими вулканами Северной группы Камчатки В 1999 г разработки этой проблемы были предстапдены и защищены в виде кандидатской диссертации на тему «Динамическая модель вулканического процесса и ее использование в палеовулканологических реконструкциях» В 2000 г по эюй теме была опубликована монография «Жишь вулкана» Разде 1 «Серный перехват в сульфидном рудообразовании» входит в состав

РОС НАЦИОНАЛЫ*.

БИБЛИОТЕКА СП« Ов

обеих указанных работ как пример возможною использования разработанной динамической модели. Свое дальнейшее развитие эта 1ема полечила в рамках данной диссертационной рабош Таким образом, докторская диссертация для автора явтяется естественным и закономерным продолжением исследований поведения летучих в реальных магматических процессах Приоритетность и развитие исследований именно в этом направлении определяются его высокой практической и теоретической значимостью С другой стороны, опыт вулканолога-процессовика, как будет показано ниже, во многом определил саму постановку задачи, выбор методов ее решения и. в конечном счете, в немалой степени способствовал получению конкретных резу пьтатов

Методы исследований

Ключевое значение в решении поставленной задачи имеет использование двух оригинальных подходов. Первым из них является молекулярно-химический подход в физико-химическом моделировании. Этот подход в определенной с/епени противопоставлялся общепринягому и широко распространенному термодинамическому подходу в физико-химическом моделировании. Для лого имеются следующие основания. Как известно, существуют два раздела физической пауки, изучающие один и тог же кру! явлений. -термодинамика и молекулярная физика. Термодинамика аксиоматическая наука, оперирующая макрофункциями и макросостояниями вещества, абст-ратируясь от сути протекающих при этом процессов Поэтому в тех областях, где, во-первых, требуется выявление сути происходящих процессов, а во-вторых. где непосредственный контроль за условиями протекания каких бы то ни было процессов невозможен, возможности термодинамики резко ограничены. Попьпки же вскрыть суть протекающих процессов с использованием термодинамических подходов некорректны исходя из самого опредетения целей и задач термодинамики как науки. Эшм вьиван сознательный отказ автора от использования в качестве аргументации каких бы то ни было 1ер-модинамических расчетов, равно как и сдепанных на их основе теоретических выводов. Молекулярная физика, напротив, исходит из представления об атомно-молекулярном строении вещества и ориентирована именно на отображение сути протекающих процессов

Кроме молекутярно-химическою подхода в физико-химическом моде лировании в работе за основу взяг динамический подход в реконструкции рудообра!ующих процессов Как правило, при разработке теоретических моделей используется статический подход в коюром приоритет оыается изучению статических )еологических объекюв в их современном состоянии Слашческий подход гто своей сути является объектно-ориентированным Однако при всей ею раснросграненносш он имеет ограничения, тк при этом могут теряться опредетенные сведения о предшествующей эволюции и;у-чаемою объема При испотьзовании динамического подхода за основу бе рется рассмотрение процесса При этом предполаоется последоватепьность

исследований, прямо противоположная используемой в статическом подходе: построение теоретической модели — контроль и корректировка чодечи по литературным чанным - контроль и корректировка модели в ходе полевого и камератьното изучения геологических объектов В идеале статический и динамический подходы должны взаимно дополнять друг друга точно так же, как в материалистической диалектике должны друг друга дополнять материалистический и диалектический подходы. Поэтому обширные результаты статического подхода, применявшегося различными исстедователями. в данной работе используются на стадии контрозя и корректировки моделей по литературным данным.

Научная новизна

Основу работы составляет положение о возможности существования в составе эндою'нното флюида газовой фазы даже для наиболее высокобарических условии Этим работа отличается от общепринятых представлений, согласно которым понятие «флюид» трактуется как нечто неопределенное (не газ и не жидкость) Последнее обсюятельс1во, в свою очередь, приводит к недооценке роли I а «юбразных соединений в гпанетарной эволюции. Из глубин планеты рвется наружу молекулярный поток газообразных летучих соединений Может бьпь он и не гот, что прежде, сразу после планетарной аккреции, но у него еще вполне достаточно сил, чтобы раскалывать материки и двитать литосферные плиты. На своем пути он расшатывает кристаллические решетки вмещающих пород, преобразует, в конце концов — плавит их, получая в виде мат мы наиболее удобные пути для своего распространения.

На протяжении многих поколений со времен Дж. Поулетт-Скропа, т е. уже почти двести лет, вулканологи, изучающие процесс извержений, не устают вновь и вновь повторять то, что пожалуй лучше всех сказал Ф.А. Перре, наблюдая динамику извержений вулкана Мон-Пеле. «Газ — это активный а1ент, и магма является его переносчиком» (Макдональд, 1975). И тем не менее эют вывод раз за разом отвергается магматической геологией как некий частный приповерхностный случай. Отвергается сама возможность существования в глубинных условиях вещества в газообразном состоянии.

Подобное постоянство во многом обусловлено общепринятыми представлениями, согласно которым в условиях высоких давлений все различия между физическими свойствами таза и его конденсата исчезают При лом не учитывается, что существует универсальное и крайне важное отличие между жидким и газообразным состояниями веществ, связанное с наличием или 01-сутствие\ сил межмолекулярною взаимодействия В свою очередь, это определяет стремление газов равномерно распространиться по всему доступному пространству, тогда как конденсат, напротив, стремится сформировать молекулярнь е агрегаты с минимальной (в идеале - сферической) поверхпо стыо Поско тьку ми! рация тазовой фазы эндогенных флюидов может осуществиться епе и пч прямой мотску тярной диффузии сквозь рас-воры, расплз

вы и кристаллическую решетку минералов горных пород, ю в эндогенных условиях любая система дтя газообразных соединений является открытой Причем скорость молекулярной диффузии повышается с ростом температуры и давления, что делает эту форму перемещения фтюидного вещества наибозсс благоприятной дтя усповий высокотемпературных мыогенных процессов

Миграция газообразных соединений имеет важнейшее значение как для общепланетарных процессов вообще, так и тля процессов рудообразования r частности Скачкообразное ити постепенное выведение из состава высокотсм пературной газовой смеси конденсирующихся веществ приводит к закономерной химической эволюции эндогенного флюида Эта эволюция обустовтена во-первых, резким возрастанием концентрации химических соединений в зонах их конденсации Во-вторых, гетерогенность реакций, протекающих в юнах избирательной конденсации флюидного потока, во многом определяет и направленность этих реакций Равновесие реакций, обратимых в условиях исктючи гельно газовой или исключительно жидкой среды, резко смещается в сторону т етерогенности Образующийся конденсат выводится и i реакций газового взаимодействия Точно так же газы, образующиеся при реакции веществ в конденсированном состоянии, уходят из зоны протекания реакции и рассеиваются в окружающей среде Подобные реакции идут, как правило, до конца

Устранение существующего пробела в определении особенностей поведения газообразных соединений в зндогенных процессах, значения переходов «газ жидкость» в эвотюпии вещества земной коры, в том чисте в образовании рудных концентраций, составляет важный новаторский элемент работы В работе предложен принципиально новый механизм рудообразования концепция серного перехвата К принципиально новым моментам работы относится вводимое автором понятие рудных ловушек в магматическом рудообразования. а также все разработанные автором модельные схемы рудообразования

Защищаемые положения

I. В образовании сульфидных руд магматических месторождений определяющее шачение имеют рудные ловушки, i.e. такие специфические РТ-условия, благодаря которым происходит массовый сброс высокотемпературным эндотениым флюидом избыточной серы с последующим интенсивным сульфидообразогзанием.

II. Эволюция газовой фазы высокотемпературных эндо1енных флюидов приводи г к образованию сульфидных месторождений Норильского, Мончегорского, Печенгского и Аллареченского типов, а также сульфидных месторождений, ассоциирующих с комагиитами.

П1. Серный перехвлг приводи! к образованию оксидных магматических месторождений блаюдаря возможности мегасоматической трансформации сульфидных рудных концентраций в оксидную форму с заменой серы на кислород и частичным изменением рудо-образующего комплекса металлов.

Теоретическое значение работы

Теория магматического рудообразования на базе концепции серного перехвата позволяет свести в единое целое все существующие взгляды на генезис маг-матических сульфидных и оксидных месторождений, устранив их взаимные противоречия, объединив положительные моменты при наиболее полном использовании фактического материала.

Крайняя простота и предельно высокое значение изложенных в работе фактов и логических построений как для понимания эволюции эндогенных флюидов вообгце, так и для регггения проблем эндогенного рудообразования в частности заставляют рассматривать их на уровне первично-понягийньгх постулатов (гносеологических примитивов), на которые с необходимостью должна опираться теория рудогенеза.

Практическое значение работы и рекомендации по ее использованию

Разрабатываемые на базе молекулярно-химического и динамического подходов физико-химические модели позволяют четко указать, где, при каких обстоятельствах и отчасти даже в каких количественных соотношениях происходит развитие рудообразующих процессов Тем самым схема рудообразования, разработанная на основе этих представлений, приобретает определенное прогнозтгое значение, что, собственно, и требуется от теоретических разработок Для поисков, разведки и доразведки руд магматических месторождений могут быть полезны представления о рудных ловушках. Они позволяют определить тип возможного структурного контроля рудоносных зон в зависимости от вероятной глубины формироваггия потенциально рудоносного объекта. Кроме этого из концепции серного перехвата автоматически следуют три основных критерия для зон измененных пород, требующих наиболее пристального внимания: 1) объем измененных пород чем больше объем измененных пород, тем, скорее всего, выше была мощность флюидного потока при их формироваггии, и, следовательно, больше могут быть запасы руд в нижнем горизонте; 2) максимальная вьтсокотемпературность парагенезиса метасомати-тов - позволяет отслеживать осевую линию движеггия флюида; 3) максимальное содержание серы во всех формах ее соединений (сульфидной, самородной, сульфатной) - позволяет отслеживать осевую линию переноса соединений серы, на которой могли находиться зоны массового рудообразования. Дгя более точног о определения позиционирования этих зон может быть полезна векторизация флюидного потока на РТ диаграмме его физико-химической эволюции Под векторизацией понимается определение реальной трассы эволюции флюида на РТ-диаграмме, позволяющее оценить по флюидному потоку в изученной части объекта возможное положение зон рудообразования на ею трассе. Технически процесс векторизации может быть осуществлен стандартными методами определения РТ-> слови й на основе изучения флюидных включений.

Структура и объем диссертации

Диссертация имеет объем 271 стр Она состоит из введения, 8 глав, объединенных в 2 части, и заключения Диссертация содержит 51 рисунок, 17 таблиц и список лтерагуры из 101 названия. В первой чааи работы обосновывается роль серы как фактора эндогенного рудообразования Эта часть состой! из трех глав В 1-й главе приводится обзор эволюции представлений о процессах сульфидного рудообразования. Во 2-й обитая информация по физико-химическим свойствам серы. Глава 3 посвящена разрабатываемой автором молекулярно-химической теории эволюции газовой составляющей высокотемпературных эндо1енных флюидов. Наибольшее внимание в этой главе уделено особенностям поведения серы в высокотемпературных эндогенных процессах, так как эти особенности являются ключевым фактором эндогенного рудообразования Вторая часть работы посвящена непосредственно рассмотрению моделей формирования магматических рудных концентраций. Она состоит из пяти глав. В 1-й главе на примере Норильских сульфидных месторождений рассматриваются 4 типа рудных ловушек, определивших образование этих месторождений и характерных для эволюции высокотемпературных эндогенных флюидов в малоглубинных условиях. В 2-й главе на примере Мончегорского плутона рассматривается еще один тип рудных ловушек, характерный для более глубинных условий В 3-й главе на примере месторождений Кольского полуострова рассматривается процесс образования сульфидного оруденения, приуроченного к сравнительно небольшим интрузивам базит-гипербазитовою состава, формирование которых происходило в условиях напряженного тектонического режима на глубинах 3-5 км. В 4-й главе рассматривается генезис сульфидных руд в составе ультраосновных эффузив пых комплексов. И, наконец, 5-я глава посвящена рассмотрению возможной роли серного перехвата в образовании оксидных магматических месторождений

Благодарности

Автор выражает глубокую признательность Виктору Алексеевичу Коро-тееву, чье благожелательное отношение и помощь в немалой степени способ ствовали успешному проведению диссертационного исследования. Автор также благодарен Юрию Александровичу Полтавцу за ряд критических замечаний на начальной стадии работы, которые были полезны для ее дальнейшего развития Кроме этого, автор выражает признательность Виталию Николаевичу Огородникову за неоценимую помощь на завершающем этапе оформления диссертационной работы. На завершающей стадии диссертационное исследование выполнялось при финансовой поддержке ОНЗ РАН в рамках программы № 2 «Крупные и суперкрупные месторождения сгратои ческих видов минерального сырья: геологические особенности, усповия формирования, фундаментальные проблемы комплексною освоения и !лубо-кой перерабо!ки»

Флюидный поток и его эволюция

Под флюидным потоком понимается перемещение летучих соединений в эндогенных условиях, которое может осуществляться как путем молекулярной диффузии этих соединений, так и посредством миграции мобильных газовых и газово-жидких обособлений. Миграция флюидного конденсата происходит по сообщающимся порам и трещинам, зонам тектонических нарушений или путем перемещения (всплывания) газово-жидких обособлений в маловязких магматических расплавах. Миграция газовой фазы эндогенных флюидов осуществляется дополнительно к вышеперечисленному еще и путем прямой молекулярной диффузии сквозь растворы, расплавы и кристаллическую решетку минералов горных пород. При этом скорость молекулярной диффузии повышается с ростом температуры и давления, что делает эту форму перемещения флюидного вещества наиболее благоприятной для условий высокотемпературных эндогенных процессов.

В эволюции эндогенных флюидов важнейшую роль играют фазовые переходы «газ-жидкость». При охлаждении потока высокотемпературной газовой смеси и достижении критической температуры одного из веществ, составляющих смесь, происходит образование высокотемпературного конденсата, в который сбрасывается избыток вещества с наиболее высокой критической температурой. Здесь до определенной степени возможна аналогия с процессами кристаллизации магматического расплава. Как при охлаждении магмы в силикатном расплаве начинается образование и рост кристаллов, так и в высокотемпературном флюиде происходит образование капелек жидкости и их укрупнение Однако кроме сходства здесь имеется и очень существенное различие. Если в магме остаточный расплав и растущие кристаллы могут длительное время находиться совместно, то в высокотемпературных флюидных потоках возможна быстрая сепарация на конденсат и остаточную газовую смесь. Это происходит благодаря более высокой мобильности газов, их стремлению распределиться по всему доступному пространству, а также их способности к молекулярной диффузии.

Скачкообразное или постепенное выведение из состава высокотемпературной таювой смеси конденсирующихся веществ приводит к закономерной эволюции флюида. Исходя из элементарных молекулярно-химических представлений в пределах этой эволюции автором [9] выделены три геохимические области, имеющие важнейшее практическое значение (рис. 1):

1. Область зон серной опонки, в которой происходит сброс конденсата серы Эта область имеет большое значение для образования многих рудных месторождений, а в той части, где область примыкает к барьеру водной нейфализации, происходит формирование эндо1енных месторождений собственно самородной серы.

2. Область зон водной отгонки, приводящая к появлению на пути эндогенных флюидов барьера нейтрализации и последующею зарождения волны

повышенной кислотности 3'ia зона имеет ключевое шачсние для формирования гидротермальных, золоторудных и кварцевых месторождений 3 Область зон сероводородной и yi лекислотной отюнки, играющая ведущую роть в формировании месюрожтений углеводородного сырья В диссертационной работе автор остановился на рассмотрении лишь первой из вышеперечисленных геохимических областей в ее наиболее высокотемпературной (магматической) части

Температура, "С

200 400 600 800 1000 1200 1400

Рис I Важнейшие геохимические области в эволюции высокотемпературных эндогенных флюидов

Вероятная пубина— штостатический эквивалент, пятикратно уменьшенный м счет поправки на избыточное флюидное давтение

Серный перехват в магматическом рудообразовании

С геотогической точки ¡рения критические параметры серы и ее фазовая диаграмма представляют бо (ьшой интерес, гак как критическая температура попадает в интервал возможного су ществования магматических раептавов, а линия насыщения паров тежит в об гасги температур посгматматическот газо-гидротерматьного процесса При пересечении магматическим ф ноидом линии насыщения ити тинни критической температуры происходят июшан ные конденсация и сброс избыточном серы Благодаря этому на гтути преимущественного движения высокотемпературных эндогенных ф тюи тов воз-

можно существование зон «отгонки» серы, в которых она сбрасывается из газообразного состояния и из состава ссрусодержащих летучих соединений (Н2Я, Я02) в жидкий конденсат Именно здесь наиболее интенсивно протекают процессы массового сульфидообразования, т к в щелочной высокотемпературной среде молекулярная сера оказывается практически единственным и очень мощным окислителем для транспортируемых газами металлов Барьер водной нейтрализации является зоной возможного устойчивого существования собственно самородной серы. При попадании серы в кислую среду зоны водного конденсата она окисляется, образуя сернистую и серную кислоту, а при реакции с соединениями металлов - их соли.

Для количественных оценок в работе использованы обобщенные (Наумов и др , 1997) по многочисленным публикациям все известные данные о средних концентрациях наиболее распространенных летучих компонентов (IЬО, СО2, 5, С1, И) в магматических расплавах различных типов — от ультраосновных до кислых Средние значения Н20/Я по данным (Наумов и др., 1997) и наши оценки по этим данным возможных парциальных давлений серы и родственных ей газов относительно их смеси с водой приведены в табл 1

Для перехода от общего флюидного давления к вероятной глубине использованы данные (Наумов и др., 1997) о в среднем 5-кратном превышении флюидным давлением его литостатического эквивалента Это представляется вполне корректным, поскольку для перемещения флюидного потока требуется повышенный градиент давления, наиболее высокий в случае перемещения флюида путем молекулярной диффузии.

Перечисленные выше количественные характеристики являются базовыми для количественных оценок. С уточнением этих характеристик соответственно могут уточниться и количественные аспекты разработанных автором моделей Однако важно подчеркнуть, что качественная их сторона при этом не изменится.

Табл 1 Отношения IЬО/Б по (Наумов и др , 1997) и оценки авюра возможных парциальных давлений серы и родственных ей 1аюв 01 носит ел ыю их смеси с высокотемпературными парами воды для различных типов ма! мажческих расплавов

Н?0/8 О гноси гельные парциальные давления, %

-А ,%' р р ' Н S'SO, + H о

75,26 130 0,16 0,43

56,21 31 0,65 1,78

50,60 7,2 2,73 7,24

49,29 8,3 2,38 6,35

42,52 4,2 4,6 11,8

' При расчете относительного парциального давления иию и>ювано среднее число атомов в молекуле 5 при критической температуре N=2,78

2 Определено экстраполированием данных (Наумов и лр 1907) в область улыраосиовных раептавов

1,0 ю3

га С

в 5 0 108

2 ц

•в-

$ 10109 I

а с; о

$ 1,5 ю9

3 ю О

2,0 Ю3

200

Температура, "С

400 600 800 1000

800 ■

1200 1400

\ «чг-гч Г\,

\ . -1 Л - ЧЧ-

\ \

Об [мог. юн серной итшки '

10%

'Ж

|У\

1|> 1 гь

п г1

. .2

. .4

Ш Ф ■О О я

в г

ш а

8 3 ■<

О)

. .12

. .14

Рис. 2 Соотношение линий насыщения паров серы при различных ее концентрациях в газовой смеси и экспериментальных определений общего давления флюидов (экспериментальные данные по (Наумов и др , 1997)

На рис 2 пунктирными линиями показано положение относительных изобар насыщения паров серы, т.е. линий насыщения при определенном отношении парциального давления паров серы к общему давлению газовой смеси. Здесь же показаны и экспериментальные данные по определению РТ-условий на момент формирования горных пород.

Как можно видеть, относительная изобара насыщения паров серы при /1'/'А.И:П - 2,У!-и проходит по самому центру экспериментально определенных РТ условий в магматических флюидах. Как следует из табл 1, именно эта относительная изобара соответствует содержанию серы в основных расплавах с весовым соотношением Н20/5 — 7,2-8,3.

Поэтому эндогенные флюиды, выделяющиеся из основных расплавов, при последующем остывании должны неизбежно пересечь линию конденсации серы с относительным парциальным давлением ее паров 2,5 % Далее они должны последовательно сбрасывать избыточную серу при пересечении всех линий конденсации с прогрессивно понижающимся относительным давлением паров серы вплоть до достижения уровня 0,01 % и менее на пересечении водною барьера нейтрализации.

Вне зон существования серного конденсата концентрация серы в элементарной форме, как правило, незначительна по сравнению с более распространенными родственными газами — Н28 и БОз Однако там, где есть возможность сброса серы из газообразного флюида в жидкое состояние, т.е. в зонах

отгонки, резко активизируются следующие реакции:

1. Н28Б! )-Н2

2. 2Н2Б + БОз -> ЗБ^ + 2Н20

3. 2Н2 + Б02 -> Б 1+ 2Н20

Из них наиболее интенсивно протекает реакция 1. Сероводород термически неустойчив Его распад начинается уже при 400 °С, а полностью он распадается при температуре 1700 °С (Лидин, 1996). В находящихся под большим давлением высокотемпературных эндогенных флюидах вне зон отгонки распаду препятствует то обстоятельство, что при протекании этой реакции должно резко возрасти давление газовой смеси, так как из одного моля газа образуются два. Поэтому вне зон отгонки в соответствии с принципом Ле Шателье - Брауна равновесие в реакции 1 смещено влево.

Ситуация резко меняется при попадании флюида в РТ—условия зоны отгонки. Во-первых, сброс серы в жидкий конденсат снимает ограничение Ле Шателье - Брауна на реакцию 1. Во-вторых, сбрасываемая сера выводится из реакций газового взаимодействия. Тем самым равновесие реакции 1 в зоне серной отгонки смещается в крайне правое положение, что соответствует практически полному распаду сероводорода с одновременным сбросом серы.

Одновременно с распадом сероводорода в зонах отгонки он интенсивно взаимодействует с диоксидом серы (реакция 2). Эта реакция хорошо известна и применяется в промышленности как составная часть так называемого Клаус-процесса промышленного получения серы (Грунвальд, 1992). Равновесная смесь паров реагентов из обеих частей реакции 2 может существовать на всем пути движения высокотемпературных эндогенных флюидов, но при пересечении РТ условий зон серной отгонки равновесие в этой реакции, как и в промышленном Клаус-процессе, резко смещается вправо, в сторону сброса серы в жидкий конденсат Реакция 3 аналогична реакции 2 лишь с тем отличием, что она протекает в зоне серной отгонки с участием водорода, как продукта распада Н2Б.

В зонах серной отгонки может иметь место довольно значительный эффект изотопной сепарации [4, 9, 11]. Этот эффект возникает за счет различий в давлении, которое создают химические эквиваленты парообразной серы, отличающиеся изотопным составом Из-за более высокого давления молекул, включающих в себя атомы тяжелого изотопа, эти молекулы будут сильнее поглощаться конденсатом по сравнению с их более легкими аналогами. Данные по смещению изотопного состава в сульфидной сере норильских месторождений очень хорошо соответствуют концепции серного перехвата, фактически совпадая с изобарами конденсации (сброса) основных объемов флюидной серы. Все это легко объясняет имеющиеся аномалии в изотопном составе серы норильских сульфидных месторождений без привлечения каких-либо предположений о контаминации коровой серы

Сульфидообразование

В щелочной высокотемпературной среде конденсат серы ока зывае гея практически единственным и очень мощным окислителем для транспортируемых флюидным потоком металлов Высокую химическую активность серы определяет тот факт что в устовиях высоких температур она сбрасывается не в виде обычных замкнутых восьмиатомных колец, а в виде коротких 24-атомных (1\тк|) 2,78) обрывков цепей, крайние атомы в которых являются высокоактивными радикалами Гера является химическим аналогом кислорода, более слабым в обычных условиях, но в зонах своей высокотемпературной отюнки она начинает его активно вытеснять из окисных и тидро-окисных соединений с металлами и кислородсодержащих солей Это становится возможным блаюдаря образованию летучих кислородсодержащих соединений и их выводу из зоны серното конденсата

2МеО ч ЗБрае,, ,„„ -> 2МсБ + БСьТ; 4МеОН + 38расп ,„в -> 2Ме25 <- Б02Т + 2Н2о1\

Аналогично протекает вытеснение галогенов из транспортируемых тазовым потоком и перехватываемых в зонах серной отгонки галогенидов: 2МеС1 - 2$рд[,п.ш< > Ме2Б + ЙС12Т

Халькофилт>ные элементы перехватываются зонами ссрно-сульфидного конденсата как из газового потока, 1де они переносятся в виде соединений с та-логенами, так и из капель щелочного конденсата, где они существуют в виде солей, в которых соответствующий элемеш является кислотообразующим (типа КТеО,) Так коротко можно охарактеризовать суть серною перехвата, протекающего в зонах отгонки серы из газообразного состояния в жидкую фазу.

Составы магм и особенности сульфидного рудообразования

Кроме повышения относительного содержания серы с ростом основности магматических расплавов (см табл I) имеет место рост абсолютных концентраций серы в расплавных включениях Закономерное изменение содержаний серы отражается на процессах сульфидообразования, тенетически связанных с магматическими расплавами разной основности Как можно видеть на рис 3, А, для ультраосновных расплавов возможные зоны серной отгонки оторваны от температурной области соответствующих магм В результате сброс серы из флюида, генерируемою утьтраосновным массивом, возможен или на выходе из массива, или при быстром остывании последнею Из-за высоких концентраций серы для генерации промышленно значимых су тьфидных месторождений вполне достаточно сравнительно небольших (по объему) ин трузивов, а массовое сульфидообразование возможно л устовиях сравнительно небольших глубин.

Для основных магм возникает ситуация когда обтасть зон серной отюнки и температурная область возможною существования магматических расп танов частично пересекаются (рис 3, Б) Это обеспечивает возможность сброса избы-

точной серы с ее переводом в сульфидную форму непосредственно в магме Тем самым возникает известная ситуация с одновременным существованием двух несмешивающихся жидкостей - сульфидной и силикатной

Дальнейшее развитие процесса, в конечном счете, приводит к образованию сульфидных магматических месторождений, которые принято называть ликва-ционными С повышением кислотности магматического расплава зоны серной отгонки в эндогенном флюиде сначала отрываются от температурной области существования флюидогенерирующей магмы, а затем все более удаляются от нее, все ближе примыкая к барьеру водной нейтрализации (рис 3. В, Г) В эндогенных месторождениях эта тенденция находит отражение в переходе от чисто магматических сульфидных месторождений расслоенных габброидных интрузивов, через колчеданные месторождения, генетически связанные с расплавами андезитобазальтового и андезитового составов, к типично «гидротермальным» месюрождениям, характерным для кислых магм.

1 О 10э

СО

с 10

§5010«

2 §

4 15 II)9

3 аз О

§5010®

9 с

■е-

0] с

х 1 О 10-

3 ю О

Температура, °С

400 б 00 В0С 1000 1200 1400

® X и е< ». * \ - йк ♦ 1 Л ' \| 5 1 Н' § г

ч ;' ' 1 \ 1

% '•: Область юн ' г Е Ч П .

I • : серной отгоньи ! 2 в У

ы И ! I : • •• • << •а » я

с 4ИН пи* ; \ ! Ь* 9 и ^ £ • I

400 600 800 1 000 1200 1400 -----

Область юн ( серной (тонки *

5£ > -

Я »

п о $ §

~ б; в =

ё 3

5 0 10®

1 СО5

5 0 10е

Температура, вС

400 600 800 1000

• Облаем, зон 1

( ~ I

5 ссриои отгонки •

1000 1200

•з «

О Я \ \ \ \ \ • » \ » С * « 1 1 V \ \ \ 5 • » *, » в т> Н ■ 3* .

О с р . • . ' » ; г « •Ал % ! 1 а * : * « ■ _ л « « \ * Я л '

с с £ 1 \ 1 1 • И |Ч\ ; . 7 • а : ' • > ' • • ! ' 5 • ■ ■ • ' ; * » г ® ✓ е— » £ -*

= в г ^ ' \ ч» ^ N / 1 5 ,

3 01

Рис. 3 Специфика сульфидообразования для ультраосновных (А), основных (Б), средних (В) и кислых (Г) расплавов

Постсульфидное оксидообразование

Рудообразующая роль зон серного перехвата имеет первостепенное значение для образования в эндогенных условиях не только сульфидных руд, но и оксидных руд с1- и р-элементов Это обусловлено возможностью фансформании рудных концентраций из сульфидной формы в оксидную под воздействием высокотемпературных эндогенных флюидов Основное значение в образовании оксидных рудных концентраций имеет высокотемпературный отжит сульфидного расплава, протекающий под воздействием высокотемпературных паров воды

Как следует из данных (Наумов и др., 1997), абсолютные и относительные содержания воды в магматических расплавах резко возрастают с увеличением содержания кремнскислоты Кроме этого, соединения серы, как наименее растворимые, выделяются в первую очередь, тогда как на более поздних этапах выделяются главные объемы магматогенной воды В результате для табброидных частей интрузивов на стадиях, близких к состоянию преимущественной раскристаллизации (позднемагматической и пневматолито-вой). происходит прогрессивное снижение относительною давления паров серы в составе флюида По нашему мнению, именно эти резко нсдосыщсн-ные серой флюиды играют главную роль в высокотемпературном отжиге осажденного первично сульфидного расплава.

Как следует из проанализированных в диссертационной рабою литературных данных, для сульфидных месторождений вполне обычен низкотемпературный метасоматоз, сопровождающийся переводом сульфидной минерализации в оксидную форму Разные стадии развития этого процесса отчетливо фиксируются в кристаллических структурах. Однако вся логика данной работы показывает, чго мы не имеем права исключать возможность аналогичного метасоматоза и для более высокотемпературных условий. От своего низкотемпературного аналога он отличается тем, что метасоматические изменения происходят в пределах сульфидного расплава, а не по кристаллическим структурам.

Суть процессов, протекающих при высокотемпературном метасоматозе сульфидною расплава, довольно проста Как только образующийся в зонах отгонки серно-сульфидный расплав оказывается в зоне действия флюида, не-донасыщенного парами серы (и ее летучими соединениями), так сразу появляется возможность выноса серы из состава этого расплава. Прежде всего удаляется избыточная сера, и расплав из серно-сульфидного становится чисто сульфидным. Затем под воздействием высоко температурных паров воды происходи I замещение сульфидной серы на кислород:

МеЯ(р„ытв) + Н20,га1) МеО(т.рд, ' Н25(т)

Недонасыщенность флюида парами серы и ее летучих соединений определяет направленность этой реакции - чисто статистически из сульфидного расплава удаляется больше серы, чем возвращается обратно Система открыта, обогатившийся летучими соединениями серы газ уходит из юны контакта с сульфидным расплавом, тогда как на его место поступают новые порции флюида, по-прежнему недосыщенные серой Благодаря зюму вышеприве-

ленная реакция идет до конца.

Одновременно происходит изменение качественного и количественного соотношения металлов в составе рудных концентраций. Металлы, более устойчивые в соединениях с серой, выносятся флюидным потоком, тогда как более устойчивые в соединениях с кислородом, наоборот, привносятся Подобное перераспределение металлов можно непосредственно наблюдать на вулкане Кудрявый (Рыбин и др., 2000) Па этом вулкане в пределах воздействия высокотемпературных газовых струй (>550 °С) в составе редкометальной сульфидной минерализации сульфиды меди не обнаружены, а препараты из металлической меди «растворяются» в парогазовых струях с выносом меди в виде хлоридов В то же время в непосредственно окаймляющих эти высокотемпературные парогазовые струи серно-сульфидных сублиматах (согласно нашей терминологии, в поверхностных выходах зон серной отгонки и суль-фидообразования) медь образует собственные минералы (халькопирит, ко-веллин, борнит, халькозин).

Для формирования комплекса металлов в составе рудных концентраций большое значение имеет среда, в окружении которой находится метаморфи-зуемый сульфидный расплав. Так как она является поставщиком металлов, привносимых в состав рудных концентраций, то прослеживающаяся связь состава оксидных магматических руд с составом вмещающих пород представляется вполне естественной. В качестве отражения этой связи можно рассматривать и сам факт приуроченности хромитовых и магнетитовых (ти-таномагнетитовых) месторождений соответственно к ультраосновным и основным разностям магматических пород.

Что касается самой серы, то, войдя в состав сульфидов в зоне образования рудного расплава, она в процессах апорасплавнот о метасоматоза вновь полностью освобождается и опять переходит в состав флюида, а затем вновь конденсируется в зоне отгонки и опять вступает в реакции с образованием рудного расплава. Благодаря подобному рециклишу одно и то же сравнительно небольшое количество флюидной серы может принять участие в образовании достаточно больших объемов оксидных руд.

Защищаемое положение I

В образовании сульфидных руд магматических месторождений определяющее значение имеют рудные ловушки, т.е. такие специфические РТ условия, благодаря которым происходи 1 массовый сброс высокотемпературным эндогенным флюидом избыточной серы с последующим и нтенси вным сульфидообра зован ием.

Всего выделено 5 типов рудных ловушек. Из них первые 4 типа наиболее характерны для рудообразования в малоглубинных условиях и могут быть пронлтюстрированы на примере Норильских месторождений. Последний, пятый, тип рудных ловушек характерен, напротив, для глубинных усло-

вий В качестве наиболее характерного примера можно привести образование рудных жил Мончегорского месторождения.

Сообщество сульфидоносных интрузивов Норильского рудного района может рассматриваться (Дистлер и др., 1988) в качестве представительной модели сульфидного рудообразования. С точки зрения концепции серною перехвата региональными факторами рудоноснос1и Норильскою района являются 1) высокая активность летучих; 2) повышенный потенциал газообразных соединений серы в составе эндогенных флюидов; 3) повышенная активность щелочей в магматогенных флюидах.

Вкрапленное сульфидное оруденение норильских интрузивов генетически связано с такситовыми габбро-долеритами. г3т и породы определяют важнейшую черту полнодифференцировашшх интрузивов (I еология и рудонос-ность..., 1988), с одной стороны, как рудонесущий горизонт, а с другой — как специфические образования, обязанные высокой роли флюидной фазы. В. В. Золотухин (1997) отмечает что присутствие эндоконтактовых горизонтов основных пегматоидов (нижних и верхних такситовых габбро-долеритов и пег-матоидных габбро) является главной особенностью расслоенных рудоносных гипербазит-базиговых интрузивов норильского типа, тогда как отсутствие в расслоенном интрузиве этих пород приводит к отсутствию в нем оруденения.

Особенности строения этих пород (Золотухин, 1964; Золотухин и Васильев, 1967) позволяют считать, что на определенном этапе становления интрузивов такситовые габбро-до дер иты играли роль горизонтов- флюидопро-водников. В рудоносных норильских интрузивах эти горизонты располагаются, как правило, в верхнем и нижнем эндоконтакт ах. Наибольшее развитие имеет горизонт нижних такситовых габбро-долеритов Эндоконтактное положение горизонтов-флюидопроводников типично для норильских интрузивов, однако имеются и отклонения В частности, интрузия Норильск II в некоторых разрезах почти полностью сложена такситовыми габбро-долеритами (Роговер, 1959), представляя собой, rio сути, единую зону миграции летучих.

В качестве примера, иллюстрирующего особенности локализации промышленного сульфидного оруденения в такситовых габбро-долершах, можно привести шлиры сплошных сульфидов, описанные на северном мысе горы Рудной. Как следует из данных Н С. Зонтова (1959), в районе оруденения происходит погружение подошвы интрузива на глубину не менее 120 м Механизм формирования богатого вкрапленного и шлирового оруденения, подобною вышеописанному, крайне прост Оруденение локализуется в нижнем горизонте такситовых т аббро-долеритов, который можно рассматривать в качестве горизонта флюидопроводника Об этом свидетельствует наличие рассеянной сульфидной минерализации как до, так и после зоны локализации ботаюго оруденения На фоне относительной стабильности температурнот о режима интрузива при принудительном погружении трассы флюида на более низкий гипсометрический уровень (рис. 4, А) возникает эффект барической рудной ловушки (Р-ловушки) - трасса флюида на РТ диаграмме (рис 4,

Б) по вертикали смещается в глубь обтасти зон серной отгонки, что приводит к интенсивному сбросу серы и сульфидообразованию

Возьмем в качестве условного примера схему, приведенную на рис 4. Пусть в соответствии с диаграммой флюид вошел в область локального погружения на вероятной глубине около 700 м при температуре порядка 750 °С При эгом он обладал потенциалом серы около 2,5 %. Если считан., что исходный потенциал серы на входе в область зон серной отгонки составлял 4,6 %, то к моменту входа флюида в локальное погружение почти половина серы была сброшена в виде рассеянной сульфидной минерализации, рассредоточенной по всей трассе движения флюида в РТ -облает и зон серной отгонки.

Как следует из диаграммы рис 4, Б, локальное погружение горизонта флюидопроводника на глубину 150 200 м приводит к резкому усилению сброса серы (и соответственно к интенсивному сульфидообразованию) -серный потенциал флюида снижается в 2,5 раза за счет перехода с относительной изобары = 2,5% на уровень изобары 1%. Причем чем

глубже погружается трасса флюида (чем больше возрастает флюидное давление), тем интенсивнее протекают процессы сброса серы и последующего сульфидообразования.

При выходе флюида из зоны локального погружения сброс серьг и сульфи-дообразование резко прерываются, так как вектор движения флюида по РТ диаграмме в этом случае ориентирован в сторону выхода из зон серной отгонки в область газообразной серы Благодаря прерыванию рудообразования формируется упоминавшееся выше тупое ограничение зоны богатого оруденения на выходе флюидного потока из локального погружения. Сброс серы и рассеянное сульфи-дообразование возобноштяются лишь после повторного пересечения трассой флюида относительной изобары паров серы 1 %. Таким образом, для нашего условного примера в области локального погружения сбрасывается греть транспортируемой флюидом серы ((2,5 % - 1 %)/4,6 %). Масштабный сброс серы и последующее интенсивное сульфидообразование собственно и приводят к формированию богатой рудной минерализации в районах локального погружения дна полнодифференцированных интрузивов норильского типа Р -ловушки характерны для норильских интрузивов.

Для температурных рудных ловушек (Т-ловушек) характерен резкий сброс температуры флюидного потока. Температурный режим флюида при его прохождении в самом интрузиве меняется незначительно Рассеиваггие тепла во вмещающие породы в значительной степени компенсируется выделением скрытой теплоты кристаллизации. Избыточное тепло, выделяющееся при прохождении флюида, поглощается за счет частичного плавления уже раскристаллизованных пород Все это обеспечивает своеобразное термоста-тирование флюида при его движении в геле интрузива.

Температура, °С

200

400

600

800

1000

с 1,0-ю5

i 1,0-Ю8 ф

с, со са

2,0 10'

8--

ж Ц « и Z 4 5 о \ ftf \5Л У \ * о о. £ ft mi г

it О * ■ о wwi о о

X гу © й ; \ \ \ V •в 3

л ь CJ те з И М \ \ ^ Область юн серной оггонки о St Г) о

к© О • 1 • • »\\ \ \ tu • • t ?

Ui z i : ^ % & Ч i ^ 4 к % ^ ©■ 1 « *

-- 1

ГО Ф

■о

аз н

В)

3 »<

о\

X ft)

Рис. 4. Барическая рудная ловушка (Р ловушка) в формировании сульфидных руд первичной локализации в рафсзе (Л) и на РТ диаграмме (Б)-1 - вмещающие породы гавовой юлшн нижнего триаса, 2 - породы полнодифференциро ванного инф> шва (а тансиювые габбро долсриты, б прочие дифференпиати ингр)чии) Ч - осадочные породы тунгусской серии; 4 фассы движения флюидов в ингр>чиве и по полю РТ диаграммы, пчотность ¡аливки соогветствует интенсив1гостн сутьфилообраотва ния, 5 - тела сплошных сучьфидных руд, 6 - область богатого вкрапленного ор\денсння

В момент выхода флюида за пределы интрузива зффект термостагиро-вания исчезает, что обеспечивает резкий сброс температуры Благодаря подобной «закалке» флюида происходит быстрое смещение его трассы в глубь области зон серной отгонки В свою очередь, но приводит к массовому

сбросу избыточной серы и интенсивному сульфидообразованию

С этой точки зрения фланговая зона Талнахского интрузива (рис. 5, А) представляет характерный пример Т-ловушек фланговою типа. Эта зона соответствует окончательному выходу флюидного потока во вмещающие породы Непосредственно на выходе флюидного потока во вмещающие породы происходит резкое выполаживание вектора наклона флюидной трассы (рис. 5, Б), т.к. исчезает термостатируюгцее воздействие интрузива на флюидный поток, и температура последнего резко падает. При этом РТ параметры флюида смещаются в 1лубь области зон серной отгонки, вызывая интенсивный сброс избыточной серы и последующее сульфидообразование.

Т-ловушка экзоконтактного рассеивания возникает при выходе той или иной части флюидного потока в породы экзоконтакта. При этом наблюдаются те же явления, что и в случае фланговой Т-ловушки. В качестве примера можно привести оруденение верхнего и нижнего экзоконтактов полнодиф-ференцированных интрузивов норильского типа. В нижнем экзоконтакте данная ловушка более функциональна за счет дополнительного барического эффекта

С ючки зрения сульфидообразования гораздо больший эффект имеет 3-й тип температурных ловушек — транзитная закалочная Т-ловушка (рис. 6). Эта ловушка возникает при кратковременном выходе в породы экзоконтакта основного объема флюидного потока в случае относительно крутых изгибов подошвы или кровли интрузивного массива. При этом эффекту закачки с соответствующим сбросом избыточной серы и интенсивным сульфи-дообразованием подвергается практически весь флюидный поток, образуя наиболее крупные тела сплошных сульфидных руд

В качестве примера можно привести плитообразное крупное тело сложной морфологии на юге Талнахского месторождения (Рудные..,, 1974). Здесь максимальная мощность (до 45 м) сплошных сульфидных руд приурочена к центроклинальному замыканию локальной брахиантиклиналь-ной структуры в породах тунгусской серии Как и Т ловушка рассеивания, транзитная Т—ловушка более эффективна в нижнем экзоконтакте за счет дополнительного барического эффекта.

Эволюция флюида в условиях больших и малых глубин имеет существенные различия. В условиях малых глубин, меньших, чем вероятная глубина критической точки (см верхнюю грассу на диаграмме рис 7), эволюция высокотемпературных эндогенных флюидов протекает постепенно, сброс серы начинается при более низких температурах, а в зону водного конденсата (а следовательно, в область преимущественно сульфатною минералообра-зования) выносится сравнительно большое количество серы Напротив, в условиях больших глубин эволюция серосодержащих флюидов протекает контрастно, со сбросом в высокотемпературный конденсат значительных количеств серы сразу при пересечении линии критической температуры.

II_II в и «

II II II и (I II 11 II II II

^ ^ и II II / II II

15 | '"» » " 11 ",_" |

15; Г„ Г„ Г» 15 Го

¡3' Й

№ И'

200

сз ц,

с 1,0 10й

(о

■8-ш

1 1,0 ю8'

с;

те

о а>

О 2,0 108'

Температура, °С

400

600

800

1000

\ \ зл

о я»

\\ V

\ч

Область зон серной отгонки

•5 ?

'7. <л

••с-

Рис 5 1 емпературная рудная ловушка (Т ловушка) фланговая в формировании сутьфидных руд первичном локализации в разрезе (А) по данным (Сульфидные. , 1981,1 и на Р1 -диаграмме (Б)

1 - о швиновые габбро- ю гериты, 2 горизонт перемежающихся иикриговых и ыксиго вы\ габбро долеригов, т 1акситовые 1аббро югеригы, 4 коныкгово мемморфическис породы и четасоматигы х 1е га си юшныч с> тьфадных р\ д, 6 те ы брет чиеиидлых рч I 7 тектонические нар} шения Гтре мчи показаш I фассы твижения ф пои топ в шпрч'зи ве и по по но РТ диаграммы тошочь заливки соответствует интенсивности судьфидо-обраювання

Температура, °С

200 400 600 800

^ 1ДМ05 я

сг

с;

-8-

1 1,0 ю8 0>

с; ш то

сс ф

ф 3

5 я

О 2,0 10°

^.»'Л-.____ \ \\

с« « и £ « г о * с и \ \ \ \ \ н \ \ \ '.^-Ц, \ у \ \ \ Область гякн

в х \ \ X \ \ \\ с.

о л И \ \ \ \ Ъл "с

£ \ \ \ \ \ \ ч О

и ё Обпасть зон серной отгонки п ?

1?? в г 'и 41 "1, уг ^ О ^ •л\ 1 ^ % 1 1

го ф

ТЗ

о а ч

X В)

3 ^

1 5 X

■я. 2

Рис 6 Т-ловушка транзитная в формировании сульфидных руд первичной локализации и разрезе (Л) и на РТ диа! рамме (В). Уел обош см рис 4

Например, по нижней трассе диаграммы рис 7 фчюид входит в область зон сброса серы существенно ниже позиции ее критической точки К при ис ходном относительном давлении Р^ Р 4.6"« Эта трасса пересекает линию критическом температуры там, где с этой тинией смыкается относительная июбара Р - I 0 "о Следовательно, в точье входа флюида в зону существования высокотемпературного серного контенсага относитетьпое тавтение паров серы не может превышать уровень I %

Температура, °С

1 О 1(Г

со С

со" 5,0 108 . Ч х 2 с; ■в-

| 1,0 ю9

(О Ч

% 1Ы09.

3 ю О

2,0 10'

200 400 600 800 1000 1200 1400 ' I -"-

1 \ \ Ч \ '

\\\ \ \ \|у V \ \ \ \ \ \ ч ^

Область юн серной <п I онки ■ ! ! \ \ ' \ \ \ : \ ! \ \ \

1 1 1 \ \ 5 \

I ! ! • ■ I •

'К

МП \ \

ИШ И I

62 Ь ? в во

О ® Ы ® ^ 'Л ■

л - 1Я ^ в :

. . 4

. . 6

. .10

. .14

ГО Ф

тз о а н

а> а

о\

5 X О)

Рис. 7. Рудные жилы Мончегорского плутона как пример рудной ловушки критической температуры (К-ловушки) Стрелками показапы трассы движения флюидов в иитру шве и по полю Р'1-диаграммы, гг ютносгь заливки соогвегствует игггенсивносги су льфидообразования

Условные обозначения разреш (Карпов, 1959) 1 брон!И1И1, 2 <она перемежаемоеIи простоев брон «пита и тарцбургита, 3 п ыг иок га юный тарцбурт ит с рсткичи простоями оливинового бронзитита 4 нориг и габбро норит 5 гнейсы, 6 диорит, 7 рудные жилы. 8 - тектонические нарушения, 9 диабазы, 10 - вкрапленные руты II -диорт-ггегматиты, 12 - зональные пегматиты, |3 - пегчатоидные бротпитиговые шлиры, 14 -г аббро-норит-петчатиты, 15 неравномерно-зернистый гпагиоклазовый броизитигс про-с юями таксиювою тарцбуртита и грахитоидного типерс гении

Поэтому, как только флюид пересечет линию критической температуры, сразу начинается массовый сброс серы в высокотемпературный конденсат При этом флюид на входе в область зон серной отгонки сразу сбрасывает в высокотемпературный конденсат более 80 % серы При этом вынос серы в зону водного конденсата сравнительно мал.

Все эю обусловливаем определенную специфику магматического сульфи-дообразования С увеличением глубины постепенно нивелируется роль рудных Р ловушек Это происходит потому, что барический эффект ловушки зависит от относительного возрастания давления. Чем больше глубина флюидной трассы, тем пропорционально большее погружение требуется для достижения одного и того же эффекта в сбросе серы Закалочные Т ловушки с глубиной также теряю; свое значение, так как основная масса серы начинает сбрасываться при пересечении линии критической температуры, что также можно рассматривать как своеобразттую рудную ловушку критической температуры (К-ло-вушку). В качестве наиболее характерного примера подобной К-ловушки можно привести образование рудных жил Мончегорскот о плутона.

Особенности строения Мончегорского плутона позволяют считать, что на завершающих стадиях его формирования основным горизонтом-флюидо-проводником являлся расположенный в основании интрузива горизонт, представленный неравномерно-зернистым илагиоклазовым бронзититом с прослоями гакситового гарцбургита и трахитоидного гиперстенита. Глубина залегания этого горизонта на момент формирования неизвестна. Поэтому для определенности будем считать, что в данном случае флюид эволюционировал по нижней трассе диаграммы на рис. 7. Сброс серы и последующее суль-фидообразование происходили здесь рассредоточенно, во многом контроли-руясь локальными флуктуациями в распределениях температуры и плотности флюидного потока. Скорее всего, наиболее богатое прожилково-вкрапленное и шлировое оруденение соответствует участкам горизонта-флюидопровод-ника, на которых наиболее мощные струи флюидного потока претерпевали переход в область температур ниже 1040 °С. Однако строго обосновать это не представляется возможным.

По-иному обстоит дело с субвертикальными рудными жилами. Тесная генетическая связь жил с тектоническими зонами, расположенными в осевой части мульды, их ассоциация и взаимосвязь с пегмагоидными породами позвозяюг считать происхождение этих жил как результат прорыва высокотемпературных летучих из флюидоподводяшето канала в осевой части мульды Прорыв происходил по су б вертикальным трещинам в теле практически раскристаллизованного, но еще раскаленного интрузива Здесь, в отличие 01 рассеянною фзюидного потока в придонной части интрузива движение летучих было сконцентрировано в пределах трещин. Субвертикальная ориентировка этих трещин обеспечивала быстрый сброс давления во флюидном потоке и, следовательно, очень крутое прохождение трассы отрыва на РТ- диаграмме

Сконцентрированный характер прохождения флюидов по трещинам и крутизна эволюционной трассы флюида на РТ диаграмме позволяют четко отождествить момент входа флюида в зону действия К ловушки как только температура движущегося по субвертикальной трещине флюидного потока становится ниже 1040 °С, так сразу происходит сброс значительных объемов избыточной флюидной серы Однако сразу после этого сброс серы (и суль-фидообразование) резко прекращается, так как при субвертикальном движении флюида вектор его эволюции на РТ диатрамме ориентирован более круто по сравнению с относительной изобарой давления паров серы, примыкающей к тинии критической температуры в точке ее пересечения трассой флюида Поэтому вместо дальнейшего сброса серы происходит ее частичный вынос из уже образовавшихся сульфидов с переводом их в оксидную форму. В конечном счете, вся область локализации вышеописанных рудных жил контролируется расположением в интрузиве изотермической поверхности 1040 °С Таким образом, субвершкальные рудные жилы Мончегорского плутона обязаны своим происхождением исключительно эффекту рудной К-ло-вушки, а зона действия этой ловушки фиксируется проявлениями высокотемпературного отжига сульфидов на верхних и нижних окончаниях жил

Защищаемое положение II

Эволюция газовой фазы высокотемпературных эндогенных флюидов приводит к образованию сульфидных месторождений Норильского, Мончегорского, Печен!ского и Аллареченскою типов, а также сульфидных месторождений, ассоциирующих с коматиитами.

Особенности образования сульфидных месторождений Норильского и Мончегорского типов рассмотрены выше в качестве примеров действия рудных ловушек. Поэтому ниже мы остановимся на моделях образования сульфидных месторождений Печенгского и Аллареченского типов, а также сульфидных месторождений, ассоциирующих с коматиитами.

Печенгские и Аллареченское месторождения

Исходя из данных Г.И Горбунова (Горбунов, 1968; Медно-никелевые . , 1985, Рудные. ,1974), условия образования ма1 магических сульфидных месторождений Кольского полуострова отличались от Норильских месторождений двумя особенностями Первой из них является более напряженный тектонический режим образования месторождений Эта особенность формирования месторождений имела следующие последствия.

1 Автономизация материнских интрузивов на ранних стадиях их эволюции, те. пережим мат моподводящих канатов и изоляция интрузивов от зоны магматического питания. 2. Интенсивное трсшинообразование на стадии преимущественной раскри-сталииации итпрузивов Контролирующие флюидный поток тектонические зоны по мере падения температуры становились одновременно и зо

нами интенсивною сульфидообразования.

1 Широкое развитие проявлений динамометаморфизма на финальных стадиях эволюции сульфидных месторождений.

В юрой особенностью, отличающей условия образования рассматриваемых месторождений по сравнению с Норильскими месторождениями, является большая глубина, на которой происходило развитие рудообразующих процессов. В згом случае остывание ингрузива до критической температуры серы приводит к его входу в область зон серной 01шнки на больших глубинах по сравнению с позицией критической Iочки (рис 8) Здесь стадия массового сульфидообразования имеет характерную особенность по направлению к нижнему замыканию интрузивов интенсивность сульфидообразования существенно возрастает (в нашем примере с обобщенным интрузивом — с 12 до 52 % от всего флюидного потенциала серы, т е более чем в 4 раза) Эту своеобразную ситуацию можно рассматривать как рудную ловушку (РК-ловушку), представляющую собой комбинацию рассмотренных раттее барической рудной ловушки (Р-ловушки) и ловушки критической температуры (К-ловушки).

Характер сульфидного оруденения рассматриваемых месторождений во многом определяется взаимным соотношением температуры внедрения интрузива Т„, температуры преиму щественной раскристаллизации его пород Тр и критической температуры серы Тк. Здесь возможны следующие варианты: 1. Классический ликвационный вариант — Т„ > Тк > Тр Непосредственно после внедрения интрузив находится в состоянии, в котором возможна гравитационная дифференциация его вещества. В момент охлаждения до критической температуры происходит мгновенный сброс существенной части флюидной серы, т е срабатывает рудная РК-ловушка Образовавшись, выделения сульфидной жидкости активно включаются в гравитационную дифференциацию массива, обогащая его донную часть. Жильное сульфидообразование имеет второстепенное значение и начинается с охлаждения интрузива до температуры преимущественной раскристаллизации пород. Это наиболее распространенный вариант развития рудоносных печенгских интрузивов.

2 Аллареченский вариант Т„ > Тр > Тк На линию критической температуры (в зону действия РК ловушки) материнский интрузив входит уже в состоянии преимущественной раскристаллизации. Поэтому первоначально и наиболее интенсивно процессы сброса серы и сульфидообразования протекают на участках выхода летучих по зоне разлома во вмещающие породы (К- и Т-ловушки) Лишь после охлаждения массива до критической температуры серы за счет остаточных флюидов происходит формирование вкрапленных руд но всему обьему интрузива ¡а счег действия РК-ловушки При лом дополнительное обогащение придонных частей массива ¡а счет гравитационною осаждения сульфидной жидкости невозможно

п.

П.

Температура, °С

200

400

600

800

1000 1200

1400

ге I

Ю >

.Ц

3 ■ ■

4- •

5- ■

Рис 8 Эволюция обобщенною материнского интрузива Печентских месторождений на магматическом этапе стадия массового

су льфидообразования (ликвациоиная).

АЬ — тиния прсич) щественного завершения кристалпизашш мат магического расплава. ¡-2 — гравитационная дифференциация осаждение тяже тых (1) и всплытие легких (2) компонентов матмы, 3 — тектонические нарушения, 4 — Iаббро, 5 фиплигы, 6 — образование и осаждение сл тьфидов (размер соответствует интенсивности процесса)

3 Вариант безрудных интрузивов — Тк > Т„ Тр. В случае, когда температура внедрения выше 1емперагуры преимущественной раскристаллимдии, но ниже критической температуры серы, возникает своеобразная ситуация «без-рудности». при которой формируются интрузивы. в коюрых рудная минерализация или отсутствует, или предетавтена очень бедными рудами В этом случае РК-ловушка срабатывает до внедрения, те еще в маг моподводягцей зоне. И там же протекает гравитационная отсадка образовавшейся сульфидной жидкости Из-за совместного действия этих двух причин происходит внедрение магматического тела с низким потенциалом серы и убогой сульфидной вкраппенностью Это и приводит к образованию безрудньгх массивов, в том числе серпентинитовьгх, которые вполне обычны в разрезах Печенгских месторождений

4 Варианты тектонического внедрения (Тр > Тв) Ситуацию, в которой температура внедрения ниже температуры преимущественной раскристалли-зации пород, мы гге рассматриваем, так как в этом случае речь идет уже не о магматической инъекции, а о тектонических перемещениях блоков только что раскристаллизованных пород

Дальнейшее сульфидообразование протекает из остаточных магмато-генных флюидов гго мере их охлаждения При этом большую роль играют тектонические трещины, выполненные сульфидным расплавом С одной стороны, они являются путями миграции и отвода за пределы массива газообразных соединений, а следовательно, и зонами продолжающег ося сульфидо-образования. С другой стороны, скопления сульфидного расплава служат источником дополнительного флюидного потенциала серы, обеспечивающего образование богатой метасоматической вкрапленности как в материнских, так и во вмещающих породах.

При последующем снижении температуры процессов в материнских породах и сульфидных обособлениях четко фиксируется эволюция флюидною режима, связанная с выходом флюидов на барьер нейтрализации, формированием волны кислотности и ее последующей нейтрали зации с повышением значения углекислоты на завершающих стадиях эволюции

В конечном счете, имеющиеся материалы по Аллареченскому и Печенг-ским месторождениям хорошо согласуются с концепцией серного перехвата С другой стороны, наблюдения, описания и выводы I . И Горбунова (Горбунов. 1968. Медно-никелевые . 1985; Рудные , 1974) позволяют подтвердить общую схему эво/гюции эндогенных флюидов и существенно конкретизировать вещественные проявления этой эволюции на примере руд и материнских интрузивов зтих месторожтений

Сульфидные месторождения, ассоциирующие с коматиитами

Имеющиеся данные гго сульфидным рудам коматиитовых ассоциаций типа купола Камбалда наилучшим образом соответствуют модели Росса-Хопкинса.

предполагающей излияние сульфидных и сульфидно-силикатных лав на начальных стадиях цикла коматиитовых извержений. Лишь «отсутствие реального механизма образования сульфидно-силикатных коматиитовых магм в малоглубинных условиях» (Золотухин и Малюк, 1985, с 66) вынуждает исследователей привлекать для объяснения их формирования довольно сложные и неочевидные модели с использованием глубинных петрологических процессов В рамках концепции серного перехвата механизм формирования сульфидных и сульфидно-силикатных лав в ассоциации с коматиитовым вулканизмом оказывается не только реальным, но и вполне естественным

Как отмечают исследователи (Росс и Хопкинс, 1980), сочетание наблюдаемых и аналитических данных свидетельствует о глубоководных условиях океанического дна при последовательном образовании разреза Камбалды Контактовые сульфиды являются первым выражением вулканической деятельности, которая сформировала большую часть перекрывающей ультраосновной толщи. Расположение горизонтов никеленосных сульфидов, осадочных пород и специфических ультраосновных толщ свидетельствует о наличии локального трещинного источника для части этой ультраосновной толщи. Будем считать эти данные исходными и рассмотрим механизм формирования сульфидных расплавов в ассоциации с малоглубинными ультраосновными расплавами. Ради определенности будем считать, что выход трещины, из которой происходят извержения коматиитовых расплавов на океаническое дно, расположен под слоем воды мощностью 4 км. Для субмаринных условий на диаграмме эволюции флюида характерно появление области с «запрещенными» РТ-условиями. Попадание фигуративной точки флюида в эту область требует перевода в надкритическое парообразное состояние всей перекрывающей толщи океанической воды. Поэтому температура флюида в точке его выхода на поверхность дна океана не может существенно превышать критическую температуру воды.

С другой стороны, будем считать, что ультраосновная магма достигает солидуса при температуре 1300 °С При более низких температурах в пределах эруптивной трещины возникает зона закалки ультраосновных расплавов. Выделяющиеся при кристаллизации магматического расплава летучие благодаря своей высокой мобильности мигрируют вверх по эруптивной трещине. В результате они отрываются от магматической колонны, а их позиция на РТ-диаграмме смещается в область все более низких давлений и температур. Конечным пунктом их эволюции является выход на поверхность дна океана с температурой, близкой к критической температуре воды.

В связи с вышесказанным проанализируем модельную схему (рис 9), согласно которой улыраосновная магма постепенно поднимается по этой трещине из глубин Земли В состоянии, соответствующем рис 9, А, ультраосновная магма с температурой 1300 °С находится на глубине около 3 км под поверхностью океана. Над этим горизонтом эруптивная трещина выполнена продуктами закалки и раскристаллизации расплава, т.е. своеобразной лавовой пробкой. Выделяющиеся из магмы летучие мигрируют по эруптивной трещине сквозь зону закалки

Р.сли исходи 1Ь из линейности трассы РТ-эволюции флюида после его отрыва от материнского расплава (как это показано на диаграмме рис. 9, А), то критической температуры серы 1040 °С флюид достигает лишь на тлубине около 2 км под поверхностью океана Именно здесь происходит интенсивный сброс серы и сульфидообразование Вполне понятно, чго образующийся сульфидный расплав, несмотря на его высокую плотность, не может утонуть в более легком коматиитовом расплаве и переместиться в придонную часть матматического очага, так как 01 расплава он отделен практически километровой толщей твердых пород зоны закалки.

Па схеме рис 9, Б показано дальнейшее развитие этого процесса. В результате экструзии коматиитовой магмы граница ультраосновного расплава поднялась до уровня 2 км под поверхнос гью океана Сульфидный расплав, формировавшийся на стадии А, оказывается уже на глубине 1 км под дном океана. Однако из-за более полотого наклона трассы РТ эволюции флюида мигрирующие вверх по эруптивной трещине летучие входят в область зон серной отгонки ниже уровня сульфидною расплава стадии А. Поэтому новая зона интенсивного сульфидообразования отделена от магмы примерно 700-метровым интервалом безрудных пород лавовой пробки.

Дальнейшее поднятие магматической колонны по эруптивной трещине приводит к началу излияний сульфидных лав (рис. 9, В). При этом верхняя часть магматической колонны расположена примерно на километровой глубине под уровнем дна океана Над ней, отделяясь уже 500-метровым интервалом безрудных пород, располагается зона интенсивного сульфидообразования Из-за еще более пологого наклона трассы РТ эволюции флюида сокращается не только интервал безрудных пород лавовой пробки, но и сама зона сульфидообразования в вертикальном сечении становится более компактной.

И, наконец, на схеме рис. 9, Г процесс показан на стадии извержений собственно коматиитовых лав, перекрывающих потоки первоначально преимущественно сульфидных, а затем сульфидно-силикатных лав с содержанием сульфидов от 20 до 65% При остывании самих коматиитовых лав содержащиеся в них летучие пересекают РТ-условия зон серной отгонки в рассредоточенном состоянии, формируя по всему объему потока непромышленную сульфидную вкрапленность. В новом эруптивном цикле эта схема повторяется, формируя в разрезе месторождений сульфидные руды висячего бока.

При рассмотрении всех фаз схемы рис. 9 мы исходили из предположительно линейного профиля трассы РТ-эволюции флюида. Любой другой профиль требует дополнительного обоснования. Однако суть вышесказанною не меняется при использовании профиля иной формы. Могуг лишь стетка измениться в ту или иную сторону количественные оценки величины без-рудпого интервала закаленных пород. Неизменным остается гот факт, чго сол иду с коматиитовых расплавов и РТ условия зон серной опонки отделены друг от друта температурным интервалом в первые сотни градусов

Общее давление флюида, Па

Ос" ),К II. 1«> и>1>1 <1 КТ>Н Ц НС.» 1.1

..............3

.........£

.«^лг./.^--'

ги!^-» иоткЖ.нхпч' 1 пэп^о

УЧН енидАш ыентюйэд

ОД|ЛС11. НИЦЦЫ КЧ>11.юМСН I И

•410 •

-----------о

........п

*;......*......./:>

«■л5.-:.____

ичм 'енидЛш венхводэд

. ■ Г ;

Общее давление флюида, Па

и* 'енидЛш меН1иос1эд

и* 'енидЛш ивтвскГэд

< < < < < |<Н

< < < < < <| н

< < < < < 1-Я

< < < < < <1 ■

Рис. 9 Формирование коматиитовых су ль |_ji [ | з Ц^Щ 7

фидных месторождений ___ ___

Условные обозначения разрезов 1 - водная среда, 2 |, ' J 2 _| 5 8

базальты лежаче! о бока, — комашиговый расплав, 4 _ _

— зона закалки коматииювш о расплава 5 — зруптив- ' ЁИЙМ 6 f 9

ная брекчия, 6 -- зоны сульфидообразования. 7 — потоки сульфидов и направления их растекания 8 — по-юки сульфидно-силикатных зав, 9 направление движения комагишовой магмы

В этом интервале располагаю 1ся безрудные и практически твердые породы лавовой пробки, разделяющие коматиитовый и сульфидный расплавы В эруптивном цикле коматиитовых извержений эти породы выполняют функции поршня, обеспечивающего опережающее извержение сульфидных и сульфидно-силикатных лав

Таким образом, концепция серного перехвата вполне адекватно соответствует имеющимся данным по коматиитовым сульфидным месторождениям Более гот о, она позволяет качественно улучшить известную схему Росса-Хопкинса, обосновывая как сам факт малоглубинного формирования сульфидных расплавов, так и возможность их излияния на начальных стадиях цикла коматиитовых извержений.

Защищаемое положение III

Серный перехват приводит к образованию оксидных магматических месторождений благодаря возможности метасоматической трансформации сульфидных рудных концентраций в оксидную форму с заменой серы на кислород и частичным изменением рудообразующего комплекса металлов.

Существующее подразделение магматических месторождений на ран-немагматические, ликвационные и позднемагматические с точки зрения концепции серного перехвата исчерпывающе соответствует трем различным вариантам соотношения температуры начала конденсации серы (Th) и температуры преимущественной раскристаллизации (Тр) пород интрузива: 1 Вариан т Тк > Тр Сброс серы и массовое рудообразование происходят в присутствии достаточных количеств ситикагного расплава, делающих возможным протекание процессов травитационной дифференциации, в том числе осаждения образующегося рудного расплава. Этот случай соответствует образованию ранпемагмагических рудных концентраций. 2. Вариант Th = lp Образование рудного расплава происходит в условиях, когда его осаждение под воздействием травитации уже невозможно (си-шкатный раит тав или практически отсутствует или его вязкость слишком велика) но внутри интрузива под воздействием напряжений еще не начали формироваться разрывные нарушения и ослабленные тоны, по ко торым стало бы возможным перемещение остаточных флюи тон Otoi слу-

I ^. НАЦИОНАЛЬНА* з! "«ИОТЕМ . J СПетер«т {

О» J00 ю Г ьЛ

чай в общепринятом подразделении соответствует образованию ликваци-онных рудных концентраций 3 Вариант Ть<Тр Образование рудного расплава происходит уже после того, как интрузив в зоне рудообразования переходит в состояние преимущественной раскристаллизации его пород Здесь основные объемы руднот о расплава образуются в пределах разрывных нарушений и ослабленных зон, по которым происходит преимущественная миграция летучих Случай позднемагматических рудных концентраций.

Основное значение в образовании оксидных рудных концентраций имеет высокотемпературный отжиг сульфидного расплава, протекающий под воздействием высокотемпературных паров воды, доля которых резко возрастает на финальных стадиях раскристаллизации материнских массивов.

В рамках раннемагматическо1 о рудообразования в качестве примера рассмотрим физико-химическую модель формирования стратиформных оксидных руд Бушвельдского интрузива. Будем исходить из следующих положений. Мощность интрузива —- 10 км. Ради определенности примем мощность перекрывающей толщи вмещающих пород 5 км, т.е. рассматриваемая часть интрузива в момент формирования находится на глубинах 5-15 км.

Как в предыдущих построениях, будем считать, что вероятный уровень флюидного давления пятикратно превышает литостатический эквивалент, что обеспечивает активное перемещение флюидных потоков как в пределах интрузива, так и их выход во вмещающие породы. Также будем считать, что максимальный потенциал серы в исходном магматическом расплаве соответствует среднему уровшо для ультраосновных пород (табл 1) и составляет 4,6 % от общего давления флюида. На рис. 10, А даны диаграмма и разрез интрузива в этом исходном состоянии.

Температурный профиль (Тр) преимущественной раскристаллизации пород интрузива принят такой же, что и для печенгских интрузивов 1000 °С для нижней ультраосновной части разреза и 800 °С для верхней габброидной Температурный профиль магматического расплава (Тм) принят исходя из тех соображений, что в кровле и подошве интрузива он должен непосредственно смыкаться с профилем преимущественной раскристаллизации, т.к здесь образуются зоны закаленных пород. Максимальные температуры магматического расплава значения не имеют Важно то, что они заведомо и существенно превышают температуры начата конденсации серы (Тк). Ради определенности на диаграмме рис 10, А профиль Тм ограничивается предельным значением температуры магматического расплава 1300 "С. Последним соображением, которое учтено при построении этого профиля, является его обязательная вертикальная асимметрия. Это обусловлено более высоким тешюотводом с кровли интрузива по сравнению с его подошвой.

Из диаграммы рис 10, А следует, что в исходном состоянии интрузива профиль температур начала конденсации серы практически соответствует линии ее критической температуры Выделяющиеся из расплава магматот снные

летучие эволюционируют по температурному профилю Тм и при пересечении изотермической поверхности 1040 °С оказываются в условиях интенсивного сброса серы Здесь происходит массовый сброс более половины всей серы, транспортируемой флюидом Поскольку температура массового сброса существенно превышает температуру преимущественной раскристаллизации пород на данном уровне, то внутри интрузива в его верхних частях образуется постоянная висячая зона серной отг онки и массового сульфидообразования Постепенный сброс серы с уменьшающейся интенсивностью продолжается и в условиях более низких температур, те в более высоких горизонтах. Поэтому четкой верхней границы зона сброса серы не имеет, постепенно затухая к кровле интрузива.

По мере сульфидизации серного расплава происходит нарастание его плотности и начинается процесс осаждения При этом как только обособления серно-сульфидного расплава уходят глубже нижней границы зоны отгонки, так сразу они оказываются в условиях воздействия высокотемпературного апорасплавного метасоматоза Можно условно выделить три стадии этого процесса На первой стадии происходит удаление из серно-сульфидного расплава остаточной серы, которая улетучивается и возвращается в зону отгонки. Остаточный расплав становится чисто сульфидным.

На второй стадии начинается собственно апорасплавный метасоматоз сульфидных соединений Сера частично замещается на кислород из состава высокотемпературных паров воды и в составе летучих соединений удаляется из расплава Частично меняется комплекс рудообразующих металлов. Поскольку метасоматоз обусловлен погружением во все более высокотемпературные области, то возрастает вероятность, что образующиеся оксидные соединения также выделяются в расплавленном состоянии, образуя вместе с остаточными сульфидами сульфидно-оксидный расплав. На третьей стадии завершается удаление серы из состава рудного расплава, и по мере концентрации оксидных соединений происходит кристаллизация минералов шпине-левой труппы (в данном случае хромитов). На разрезе рис 10, Л эти стадии условно показаны изменением заливки условных обозначений осаждающегося рудного расплава В конечном счете, образованные в ходе апорасплавного метасоматоз и осажденные хромиты образуют выдержанный стратиформ-ный горизонт у дна магматической камеры.

Повторяемость подобных горизонтов тесно связана с автоколебательным режимом формирования магматических тел Природа автоколебаний в магматическом процессе и их полицикличжхпь автором бы ш рассмотрены ранее [8] В рамках нашею анализа имеет значение тот факт, что флюидное давление в интрузиве может существенно варьировать относительно своею среднего уровня, в качестве коюрого мы приняли пятикратный лигостатический эквивалент. Кратковременные повышения флюидною давления влияю! на зоны сброса серы лишь постольку, поскольку вызываю! более интенсивный сброс серы и сульфидообразование на изотерме критической температуры

Вероятное давление флюида, Па

Вероятное давление флюида, Па Вероятное давление флюида, Па

мм 'внидАш юнхиос^эд

их 'енидЛш кен!исх1ед

ИНГ ЕЗ4117 ЕЕЗш

Рис. 10 Возможная схема формирования стратифицированных рудных месторождений Бушвельдского интрузива:

1 зоны образования сульфидного расплава; ? — апорасплавный мегасомагоз с переволом сульфидных соединений в оксидные, 3 - осаждение су тьфидного расплава с ею одновременным метасоматозом соответственно на диаграмме (а) и разрезе (б), 4 — трассы движения магмаюгрнных флюидов (плотность заливки соответствует интенсивности сульфидообразования), 5 осаждение и метасоматоз всей зоны сульфидообразования в целом, 6 профиль температуры (Тр) преимущественной раскристаллизации пород интрузива; 7 — профиль температуры (Тк) начала конденсации паров серы, 8 — профиль температуры (Тм) ма1 мы в пределах интрузива, 9 — вмещающие породы, 10 - - изотермы магматического расплава; 11 — породы интрузива в состоянии преимущественной рас-кристалчизации; У). - предполагаемые нарушения в кровле интрузива, по которым происходит отвод летучих_____ _

Ситуацию сброса давления до ет о литостатического уровня иллюстрирует рис. 10, Б. В этом случае, во-первых, температурный профиль Тк резко смещается из своего первоначального положения к кровле интрузива. Во-вторых, флюидная активность в интрузиве резко падает и зона отгонки серы в новом положении практически не формируется. Старая же зона отгонки оказывается сразу в неравновесных условиях и попадает под воздействие процессов апорас-плавного метасоматоза Избыток серного конденсата возгоняется и в составе летучих соединений возвращается в зону отгонки, тогда как остаточный рудный расплав под воздействием силы тяжести осаждается на дно магматической камеры, одновременно подвергаясь метасоматозу.

Повторное нарастание давления вновь приводит к возникновению на старом месте новой зоны образования рудного расплава, а последующий рост ведет ко все более концентрированному и массовому сбросу серьт с сопутствующим интенсивным сульфидообразованием Тем самым повторяется ситуация, изображенная на рис. 10, А. Новый сброс давления опять приводит к ситуации, показанной на рис. 10, Б. Тем самым автоколебательный режим формирования отражается в прерывистости рудообразующет о процесса и, далее, в перемежаемости рудных и безрудных осадков на дне магматической камеры Изменения флюидного давления оказывают глобальное воздействие в пределах всего интрузива Поэтому возобновление или прекращение рудо-образования в висячих зонах серной отгонки происходит практически одновременно по всей площади интрузива Отсюда следует выдержанность чередования рудных хромитовых и безрудных слоев, наблюдающаяся в Буш-вельдском интрузиве на огромных расстояниях

По мере завершения крисга ттизации нижней ультраосновной части массива ситуация несколько меняется Здесь начинает сказываться гот двойной

эффект прогрессирующего снижения парциального давления паров серы, который уже был рассмотрен выше в разделе «Постсульфидное оксидообразо-вание». Следует подчеркнуть, что речь идет именно об относительных, а не об абсолютных значениях содержания серы, о повышенной обводненности флюида, выделяющегося на этой стадии

Сами абсолютные содержания флюидной серы меняются незначительно. Перейдя в состав сульфидов в зоне образования рудного расплава, сера в процессах апорасплавного метасоматоза вновь полностью освобождается и опять переходит в состав флюида, а затем вновь конденсируется в зоне отгонки и опять вступает в реакции с образованием рудного расплава. Благодаря подобному рециклингу одно и то же сравнительно небольшое количество флюидной серы может принять участие в образовании достаточно больших объемов оксидных руд.

Тем не менее происходящее снижение относительного давления паров серы приводит к тому, что зона отгонки и сульфидообразования все больше начинает приближаться к линии преимущественной раскристаллизации пород интрузива и, соответственно, к потолку магматической камеры (рис. 10, В). Осаждение образующегося рудного расплава в этом случае практически не происходит. Этому препятствуют малое количество и сравнительно высокая вязкость магматического расплава вблизи линии преимущественной раскристаллизации (профиль Тр). Осаждение может блокироваться и всплывающими, и накапливающимися в вязкой прикровельной области кристаллическими фазами (например, плагиоклазом). Медленное оседание сульфидных концентраций в вязком силикатном расплаве приводит к тому, что процесс их апорасплавного метасоматоза завершится задолго до того, как они успеют удалиться от зоны первичного рудообразования на сколь-либо значительное расстояние. Образующиеся оксидпые соединения в условиях сравнительно низких температур (согласно нашей диаграмме, на рис. 10, В — порядка 800 °С) выделяются заведомо в твердом состоянии, в зависимости от условий создавая скрытно или явно кристаллические структуры. В результате на месте легкоплавко] о и мобильного сульфидного расплава формируется жесткий каркас оксидной рудной минерализации.

Если сульфидный расплав сам по себе является прекрасным флюидо-проводником, то висячий горизонт рудных оксидов оказывается серьезным препятствием на пути перемещающихся флюидов (рис 10, Г). В результате у подошвы рудных оксидных горизонтов образуются повышенные концентрации магматогенных летучих. Естественным следствием этого является «ржавая» поверхность нижних контактов, столь характерная для титаномагнети-товых слоев Бушвельда, а также повсеместные следы гидротермальных изменений. наиболее характерные для анортозитов, залегающих непосредственно под магнежтитовыми пластами.

По сути на поздних стадиях развития интрузива происходит как бы впаивание зоны рудообразования в близкие к раскристаллизации породы по-

голка Mai магической камеры Как и на начальных стадиях, прерывистость протекания рудообразующет о процесса полностью контролируется автоколебательной изменчивостью флюидного давлеггия Однако выдержанность верхних рудных гориюнгов на обширных площадях интрузива обусловлена уже не столько осаждением рудных концентраций (которое из-и вязкосш расплава было незначительным), сколько приуроченностью рудообразования к положению в пределах интрузива определенных изотермических гговерхностей

В принципе нельзя исключить и возможность частично синхронного образования верхних и нижних рудных горизонтов Нижняя часть зоны серною перехвата может осаждаться, тогда как верхняя часть — оставаться в висячем положении и впаиваться в уже раскристатлизованные породы Важно лишь подчеркнуть общую тенденцию, согласно которой висячая зона сульфидооб-раювания все больше прижимается к потолку магматической камеры, поэтому соотношение осажденных и висячих руд должно с течением времени измениться в пользу последних

Как уже отмечалось, с точки зрения концепции серного перехвата ликваци-онные и позднсмагматические рудные концентрации отличаются друг от друга лишь по условиям позиционирования на РТ диаграмме. Ликвационные рудные концентрации образуются в условиях, близких к состоянию преимущественной раскристаллизации (Тк~Тр), те когда вязкость образующегося силикатного расплава уже достаточно велика, чтобы воспрепятствовать пассивному осаждению образуюгцет ося рудного расплава, но еще слишком мала для возникновения в интрузиве ослабленных зогг и разрывных нарушений, по которым мог бы мигрировать мобильный расплав сульфидов. В свою очередь, позднемагматические рудные концентрации формируются уже в состоянии преимущественной раскри-сгаьтизации пород интрузива (Тк < Тр). Поэтому сульфидный расплав образуется уже при перемещении летучих по ослабленным зонам и разрывным нарушениях, в пределах которых отчасти может мигрировать и самостоятельно

Рели условия позиционирования ликвациотшьтх и позднемагмагических рудных концентраций существенно отгичаюгея. ю схема апорасплавного метасоматоза для них примерно одиггакова и в виде варианта для позднемагмагических рудных концентраций представлена на рис. 11. Суть этой схемы мы уже рассматривали вьгггге и поэтому здесь ограничимся тишь краткой характеристикой После образования в зогге серной отгонки сульфидного расплава (см. рис 11, A) ira волне прогрессивного нарастания обводненности постмагматических фгпоидов происходит быстрое снижение относительного давления паров серы (при этом абсолютные содержания серы и ее летучих соединений могут даже возрастать)

В результате процесс сброса серы перемещается на уровень более младших итобар т е на РТ-диаграмме эвотютгии qbiK)H,ra резко перемещается в обтасть ботее низких температур, топа как и образовавшиеся раттсе ручные концентрации, и проходящий по ним флюил сохраняют прежнюю температуру В этих устотзиях состояние сульфидного расплава становится

крайне неравновесным и происходит его высокотемпературный отжиг с разованием оксидной минерализации (см. рис. 11, Ь).

об-

1 о ю5

£ ■е

4 О 108

3 ю О

200 400 600 800 1000 1200

уруц^1 1 1 111 '

\\wwyf I

\ \ \ \> \ I. 8

\\ \ \ \ \ т

1 О&ис гь зон серной

'. { I {ОТГОНКИ •

ЦЦПгу

1400.-е

, о

Рис 11 Формирование позднемагматических оксидных рудных концентраций (Тр > Тк):

1 — зона образования сульфидного растава, 2 — зона апораставного метасоматоза и

формирования оксидной р\дной минерализации, 3 турной сутьфи шой минерализации

зона формирования низкогемнера-

В юм случае. если в остывающем интрузиве происходит повторный вход флюидов в область зон серной отгонки (см рис 11, В) происходит повторное образование сульфидного расплава и, соответственно более поздней низко!емпературной сульфидной минерализации столь характерной для медно-титаномагнетитовых месторождений Волковского типа I стествснно, пути миграции флюидов в пределах ишрузива с течением времени и остыванием интрузива могут меняться Это некоторое несовпадение флюидных трасс на разных стадиях эволюции интрузива и приводит к некоторому несовпадению зон титаномагнетитовой и медно сульфидной минерализации в пределах Волковского месторождения.

Образование ликвационных оксидных руд отличается от приведенной схемы только на стадии А (см рис 11) и лишь тем, что первичная зона серной от тонки и су льфидообразования непосредственно позиционируется на профиле Тр Ликвационные оксидные рудные обособления наиботее характерны для хромитовых месторождений Здесь они предетавлетты так называемыми нодулярными рудами

Перейдем к рассмо трению модели формирования железорудных эффу-зивов типа вулкана Лако или Холзунского месторождения. Принципиальное значение для формирования сульфидного или оксидного типа рудных эффу-зивов имеет не столько их приуроченность к совершенно различным магматическим породам, сколько барические условия формирования глубоководные — для сульфидных лав коматиитовых ассоциаций и поверхностные или мелководные — для железорудных эффузивов Если взять схему формирования сульфидных пав (см рис. 9) и убрать с нее воздействие океанической водной толщи, то мы автоматически получаем схему формирования оксидной рудной магмы в субвулканических условиях (рис. 12) Действительно, при этом исчезает нагрузка толщи океанической воды и проявляется резкий отход зон серной отгонки от критической температуры серы в сторону более низких температур в приповерхностных условиях. В частности, относительная изобара серы для исходного давления ее паров в 4,6 % выходит на поверхность при температуре всего около 285 'С, тогда как на этой же изобаре па глубине 3 км сброс серы начинается сразу по достижении температуры 1040 °С Исчезает обязательная привязка конечною пункта эволюции флюидов к критической температуре воды при их выходе на дно океана С подъемом магматической колонны без всяких искажений происходит и подъем темпера!}рною гтрофичя отделяющихся от расплава магматотенных флюидов В результате на нашей схеме по мере приближения магматического расплава к земной поверхности происходит повышение и температуры газовых выделений 'Эта ситуация, отображенная на схеме рис 12, вполне обычна для действующих вулканов

400 600 800 1000 1 200 1400 "С

700 °С

460 °С

V » / V V

V V V V

У V / V V

V V в V V

V V » »

V V » V

» V лЯЙлЯ » »

V V V V

№ 200 "С

V V / . у _ _ V

V V V V

V V / / / V V___

V V V V

V V V V / / V V V V

V V V V

V V шш V V

V V V V

Рис. 12. Формирование оксидной рудной магмы в субвулканических условиях в процессе наземного или малоглубинного подводного вулканизма: 1-2 — зоны анорасплавного метасоматоза с переводом сульфидных соединений в оксидную форму соотвс!ственно на диаграмме и на разрезе Остальные обозначения см на рис 9

В этих условиях сформировавшийся на глубинах более 3 км сульфидный расплав (см рис 12, А) в ходе своего подъема неизбежно проходит стадию апорасплавного метасоматоз (см рис 12, Б, В) и на земную поверхность получают возможность изчивагься (а точнее, выжиматься) иск 1ючи1етьно оксидные (преимущественно магнетитовые) рудные лавы типа рудных эффузи-вов вулкана Лако или Холзунского месторождения

Таким образом, теория магматического рудообразования на базе концепции серного перехвата позволяет вполне корректно и адекватно рассмотреть их с единой точки зрения объясняя при этом многие из наблюдающихся закономерностей Образование оксидной минерализации происходит за счет сульфидных соединений путем высокотемпературного апорасплавного метасоматоза с заменой серы на кислород и частичным изменением рудообразующего комплекса металлов Тесная ассоциация магматических оксидных руд с проявлениями флюидной активности, позиционирование магнетитовых. титаномагне-титовых и хромитовьгх магматических месторождений именно в тех условиях, где должны были первоначально возникать зоны серной отгонки и массового сульфидообразования, эти факты, на наш взгляд, являются наиболее веским доводом в пользу образования подобных месторождений за счет зон серною перехвата переведенных в оксидную форму под воздействием высокотемпературного апорасплавного метасоматоза.

Важно подчеркнуть, что освобождающаяся в ходе апорасплавного метасоматоза сера возвращается в состав флюида, а затем вновь конденсируется в зонах оггонки Тем самым реализуется своеобразный рециклинговый процесс, при котором одно и то же сравнительно небольшое количество серы многократно принимает участие в рудообразования Поэтому результирующие объемы оксидных руд могу г на многие порядки превышать те объемы, которые стедуют из химических эквивалентов соответствующих реакций

Взаимоотношение теории магматического рудообразования на базе серного перехвата с другими представлениями о формировании рудных магматических месторождений

В об тасги представлений о магматическом сульфидообразования существует це тый ряд взаимно противоречивых гипотез каждая из которых имеет свою тогику. аргументацию и базируется на впо же конкретном фактическом материале Даже для одних и тех же обьектов, хорошо разведанных и длительное время эксплуатируемых, до настоящего времени существуют взгляды, порой исключающие друг друга Например, применительно к Норильским месторождениям развитие получили ядерно-мантийная т тшотеза (Лича-

чев, 2002) ликваштонно-мат матическая (Годлевский, 1959, 1968; Люлько и др. 2002). инфильтрапионно-автометасоматическая (Золотухин, 1964, 1988), пшотеза сульфу ризации (Альмухамедов и Медведев, 1982, Маракушев и др., 2002), а также гидротермальная (Роговер, 1959)

При всем разнообразии точек зрения на магматическое сульфидообразо-вание их несомненным достоинством являе1ся тот объективный фактический материал которым они оперируют При этом из перечня объективных фактов следует исключить аргументацию, опирающуюся на геохимию изотопов серы, из-за некорректной интерпретации данных по изотопному смещению [4] В свою очередь, наиботсе существенным недостатком всех вышеперечисленных гипотез оказывается неспособность обьяснип, «внезапность» формирования крупных рудных концентраций Вместо прогноза их возможного местонахождения (что собственно и требуется от хорошей теории) все эти гипотезы в лучшем случае вынуждены порождать постфактум различные вспомогательные механизмы для объяснения появления рудных концентраций в местах неудобной, с их точки зрения, локадизации В худшем случае они сами рождаются ка* вспомогательный механизм для обьяснения тех или иных особенностей рудной локализации

Есть основания считать, что представленная в рамках данной диссертационной теория магматического рудообразования на базе концепции серного перехвата позволяет свести в единое целое все существующие взгляды на те-незис магмашческих сульфидных месторождений, устранив их взаимные противоречия, обьединип положительные моменты при наиболее полном использовании фактическою материала.

В частности, конггетшия серного перехвата позволяет объяснить появление крупных концентраций рудной минерализации магматических сульфидных месторождений исходя из особенностей протекания высокотемпературных эндогенных процессов с участием серы При этом концепцию можно рассматривать как объединяющее начало для всех вышеперечисленных гипотез в области магматического сульфидообразования Прежде всето следует отмети 1ь, что эта концепция по своей химической сути является концепцией су.тьфуризации. От существующих вариантов су¡тьфуризационных тинотез ее от тичает, во-первых, сам агент I ульфуризации (высокотемпературный серный кондеисат), а во-вторых четкое опреде тение физико-химических условий. при которых протекает сброс избыточной серы с последующим сульфи-дообразованием Далее, если обратить внимание на положение старших изобар в приповерхностных условиях, то очевидна тенденция их смещения в область более низких температур при уменьшения вероятных глубин су льфидообразования На 200 м сброс основных объемов серы с последующим наиболее интенсивным сульфидообразованием протекает в диапазоне температур 320 640 °С. на 500 м -- в тиапазоне 600-770 СС, на 1000 м — 670-830°С, на 1500 м -- 720-930 °С Низкие температуры су льфидообразования в чамыубинных условиях обус 'овили совокутность факюв. на которые опирагтея гидротермальная гипотеза (Г Ь Роговер. (! А Г тисеев)

ется гидротермальная гипотеза (Г Б Роговер, Н А Глисеев)

Особенности су тъфидообразования на глубинах 1000 1500 м (670 930 °С) породили группу фактов, ставших основой для инфильтрационно-автометасоматической гипотезы В. В Золотухина IIa больших глубинах сульфидообразование входит в температурную область существоватгия маг-матическич расплавов В этой области концепция серного перехвата полностью совместима с шквационной гипотезой Это происходит постольку, поскольку концепция предусматривает возможность существования в силикатной магме несмесимого с ней сульфидного расплава Более того, она четко очерчивает причины и условия возникновения несмешиваюшейся сульфидной жидкости С этой точки зрения концепцию серного перехвата можно с полным основанием считать ликвационной. И, наконец, в области наиболее высоких давлений (еще больших глубин) концепция серного перехвата смыкается с ядерно-мантийной гипотезой А П.Лихачева. С ростом глубины к линии критической температуры (см диаграмму рис 7) примыкают все более низкие относительные диаграммы, переход серы в высокотемпературный конденсат происходит при все более низких относительных давлениях серы, отпадает необходимость в сколь-либо значительном флюидном потоке Рассеянная сульфидная вкрапленность наиболее глубинных магматических пород, образующаяся при отсутствии признаков деятельности эндогенных флюидов, представляет собой природную совокупность геолог ических фактов, на которые в значительной степени опирается ядерно-мантийная гипотеза

Публикации по теме диссертации и ее апробация

Автор диссертации имеет свыше 120 публикаций, из них свыше 70 по

теме диссертации Защищаемые попожения в полном объеме отражены в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень, определенный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования Российской Федерации:

1 Малышев А.И., Молошаг В П. Роть элементарной ссры в формировании сульфидных руд '/Доклады АН 2000. Т 370 > 1 С 96-98

2 Малышев А.И. Особенности поведения серы в магматическом процессе //Доклады АН. 2000 I 374. №5 С 675-677

3 Малышев А.И. ( ера в высокотемпературном газо-тидротермальном процессе ," Доклады АН 2001 Т 381 Л'° 5 С 665-668.

4 Малышев А.И. Изотопная сепарация серы в зонах высокотемпературной опонки /' Докла ты АН. 2004 Т 394 К" 5. С 669-672

5 Малышев А.И. Особенности физико-химических свойств серы и их значение гля эь ют енного рудообразования И Литосфера 2004 .N"«2 С 94 107

4л

6. Малышев А.И. Рудные ловушки в магматическом сульфидообразовании

// Доклады АН. 2004 Т. 396 № 3. С. 389-393. 7 Малышев А.И. Значение фазовых переходов «газ - жидкость» в эндогенном образовании углеводородного сырья // Доклады АН. 2004 Т 399. № 3 С. 384-387. В моно! рафиях.

8. Малышев А.И. Жизнь вулкана. Екатеринбург: УрО РАН, 2000 262 с.

9. Малышев А.И. Сера в магматическом рудообразовании Екатеринбург. ИГГ УрО РАН, 2004. 189 с.

В электронном журнале «Вестник Отделения наук о Земле РАН».

10. Малышев А.И. (ИГГ УрО РАН) Фазовые переходы «газ - жидкость» в эндогенном образовании упеводородного сырья / Malyshev A.l. (IGG UB RAS) Phase transitions «gas - liquid» m endogenic formation of hydrocarbon raw matenal // Электрон науч информ журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН», X» 1 (22)" 2004, М ОИФЗ РАН, 2004 URJ http.//www scgis ru/russian/cpl 251/h dgggms/l-2004/mformbul-1 2004/hydroterm- 24 pdf

11. Малышев А.И. (ИГГ УрО РАН) Изотопная сепарация серы в эндогенных процессах / Malyshev A.l. (IGG UB RAS) Tsotopic separation of sulphur in endogenic processes // Электрон науч-информ журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН», № 1(22)' 2004, М ОИФЗ РАН, 2004 URL http //www.scgis ru/russian/cpl251 /h_dgggms/l 2004/mformbul-l_2004/izotop-3.pdf

В материалах совещаний международного и всероссийског о уровня:

12. Малышев А.И., Малышева Л К Летучие в плане i арной эволюции /' Вулканизм и геодинамика Материалы докладов II Всероссийского симпозиума по вулканолотии и патеовулканотогии Екатеринбург 2001 С 32-38

13. Малышев А.И. Серный перехват в эндогенном рудообразовании // Вулканизм и reo динамика Ма1ериалы докладов II Всероссийского симпозиума по ву 1канологии и палеовулканологии Гка1еринбург 2003 Г 544 550

14. Малышев А.И. Роль серного перехвата в образовании сульфидных руд магматиче ских месторождений Кольского полу острова // Петрология и рудоносность регионов СНГ и Балтийского щита Мат-лы Междунар (X всеросс ) петротраф совещания 1 3 Апатиты Изд Кольского НЦ РАН, 2005 С 181-183

15. Малышев А.И. Физико химическая эволюция эндогенных флюидов и ее значение дтя формирования ¡емной коры // Метаморфизм, космические, экспериментальные и общие проблемы петрологии Маг-ты Междунар (X всеросс ) петрограф совещания Т 4. Апатиты-Изд Кольского НЦ РАН, 2005 С 168-170

Основные положения диссертационной рабогы неоднократно докладывались на совещаниях и конференциях международного, всероссийского и регионального уровня.

Подписано к печати (_ '/. C}¿ ' (ГУ Формат 60 х 84 1/16

Уч.-изд. л 2 46 Тираж 150 экз Заказ № //'/'

Отпечатано с оригинал-макета в типографии ООО «ИРА У1К» 620219, г. Екатеринбург, ул Карла Либкнехта, 42

»156 34

РНБ Русский фонд

2006-4 12058

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Малышев, Александр Иванович

Актуальность исследований.

Цель и задачи исследования.

Фактический материал.

Методы исследований.

Научная новизна.

Защищаемые положения.

Теоретическое значение работы.

Практическое значение работы и рекомендации по использованию.

Апробация работы.

Структура и объем диссертации.

Благодарности.

ВВЕДЕНИЕ.

ЧАСТЬ I. СЕРА КАК ФАКТОР ЭНДОГЕННОГО

РУДООБРАЗОВАНИЯ.

Глава 1. Эволюция представлений о процессах сульфидного рудообразования.

Глава 2. Физико-химические свойства серы.

Физические свойства.

Химические свойства.

Глава 3. Молекулярно-химическая теория эволюции высокотемпературных эндогенных флюидов.

Значение фазовых переходов «газ - жидкость» в эволюции высокотемпературных эндогенных флюидов.

Зоны серной отгонки.

Серный перехват в образовании рудных концентраций.

Оценка возможного влияния концепции серного перехвата на теорию рудообразования.

ЧАСТЬ II. МАГМАТИЧЕСКОЕ РУДООБРАЗОВАНИЕ.

Глава 1. Норильские медно-никелевые месторождения.

Общая характеристика.

Модель рудообразования.

Взаимоотношение модели серного перехвата с другими Представлениями о формировании Норильских сульфидных месторождений.

Вывод.

Глава 2. Мончегорское месторождение.

Глава 3. Сульфидные магматические месторождения Кольского полуострова.

Печенгские месторождения.

Аллареченское месторождение.

Модель рудообразования.

Выводы.

Глава 4. Сульфидные месторождения коматиитовых ассоциаций.

Общая характеристика.

Модель рудообразования.

Глава 5. Магматическое оксидное рудообразование.

Общие сведения и исходные данные для моделирования.

Модели оксидного рудообразования с участием серного перехвата.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теория магматического сульфидного и оксидного рудообразования"

Актуальность исследований

Диссертационная работа направлена на решение фундаментальной проблемы рудной геологии, связанной с разработкой физико-химических моделей рудообразования, и проблем генезиса рудных месторождений. Огромный материал, накопленный по геологии сульфидных месторождений и месторождений самородной серы, обсуждается и дискутируется исследователями в рамках взаимно непересекающихся парадигм. Вопросы генезиса сульфидных месторождений, как и месторождений самородной серы, во многом остаются дискуссионными. Отсутствует единая генетическая классификация сульфидных месторождений. Все это обусловливает необходимость разработки единой теоретической схемы эндогенного сульфидообразования. Во многом благодаря все более широкому использованию термодинамических и статических подходов и методов к концу XX века получило практически полное признание положение о конвергентности рудных месторождений, согласно которому ни одна из гипотез не сможет полностью и универсально объяснить возникновение всего многообразия руд. Генетические классификации стали все больше соответствовать классификациям ситуационным, в которых основное внимание уделялось составу руд и геологическим обстановкам, с которыми они связаны. При этом нередко суть рудообразующего процесса подменялась формой его проявления. Положение о конвергентности делало возможным предложить для каждой группы близких рудо-образующих обстановок свой рудообразующий процесс или даже их группу. Есть все основания считать, что разрабатываемая автором схема физико-химической эволюции эндогенных флюидов позволяет, вопреки принципу конвергентности, создать единую теорию эндогенного рудообразования.

Цель и задачи исследования

Общая цель исследований — создание на базе представлений о физико-химической эволюции эндогенных флюидов единой теории эндогенного рудообразования. В рамках диссертационной работы решается задача построения единой теоретической модели для магматического сульфидного рудообразования.

Фактический материал

Изучением динамики поведения летучих в высокотемпературных эндогенных процессах автор занимается с 1980 г., включая 7 лет режимных наблюдений за действующими вулканами Северной группы Камчатки. В 1999 г. разработки этой проблемы были представлены и защищены в виде кандидатской диссертации на тему «Динамическая модель вулканического процесса и ее использование в палеовулканологических реконструкциях». В 2000 г. по этой теме была опубликована монография «Жизнь вулкана». Раздел «Серный перехват в сульфидном рудообразовании» входил в состав обеих указанных работ как пример возможного использования разработанной динамической модели. Свое дальнейшее развитие эта тема получила в рамках данной диссертационной работы. Таким образом, докторская диссертация для автора является естественным и закономерным продолжением исследований поведения летучих в реальных магматических процессах. Приоритетность и развитие исследований именно в этом направлении определяются его высокой практической и теоретической значимостью. С другой стороны, опыт вулканолога-процессовика, как будет показано ниже, во многом определил саму постановку задачи, выбор методов ее решения и, в конечном счете, в немалой степени способствовал получению конкретных результатов.

Методы исследований

Ключевое значение в решении поставленной задачи имеет использование двух оригинальных подходов. Первым из них является молекулярно-химический подход в физико-химическом моделировании. Этот подход в определенной степени противопоставляется общепринятому и широко распространенному термодинамическому подходу в физико-химическом моделировании. Для этого имеются следующие основания. Как известно, существуют два раздела физической науки, изучающие один и тот же круг явлений, - термодинамика и молекулярная физика. Термодинамика - аксиоматическая наука, оперирующая макрофункциями и макросостояниями вещества, абстрагируясь от сути протекающих при этом процессов. Поэтому в тех областях, где, во-первых, требуется выявление сути происходящих процессов, а во-вторых, где непосредственный контроль за условиями протекания каких бы то ни было процессов невозможен, возможности термодинамики резко ограничены. Попытки же вскрыть суть протекающих процессов с использованием термодинамических подходов некорректны исходя из самого определения целей и задач термодинамики как науки. Этим вызван сознательный отказ автора от использования в качестве аргументации каких бы то ни было термодинамических расчетов, равно как и сделанных на их основе теоретических выводов. Молекулярная физика, напротив, исходит из представления об атомно-молекулярном строении вещества и ориентирована именно на отображение сути протекающих процессов.

Кроме молекулярно-химического подхода в физико-химическом моделировании в работе за основу взят динамический подход в реконструкции рудообразующих процессов. Как правило, при разработке теоретических моделей используется статический подход, в котором приоритет отдается изучению статических геологических объектов в их современном состоянии. Статический подход по своей сути является объектно-ориентированным. Однако при всей его распространенности он имеет ограничения, т.к. при этом могут теряться определенные сведения о предшествующей эволюции изучаемого объекта. При использовании динамического подхода за основу берется рассмотрение процесса. При этом предполагается последовательность исследований, прямо противоположная используемой в статическом подходе: построение теоретической модели — контроль и корректировка модели по литературным данным — контроль и корректировка модели в ходе полевого и камерального изучения геологических объектов. В идеале статический и динамический подходы должны взаимно дополнять друг друга точно так же, как в материалистической диалектике должны друг друга дополнять материалистический и диалектический подходы. Поэтому обширные результаты статического подхода, применявшегося различными исследователями, в данной работе используются на стадии контроля и корректировки моделей по литературным данным.

Научная новизна

Основу работы составляет положение о возможности существования в составе эндогенного флюида газовой фазы даже для наиболее высокобарических условий. Этим работа отличается от общепринятых представлений, согласно которым понятие «флюид» трактуется как нечто неопределенное (не газ и не жидкость). Последнее обстоятельство, в свою очередь, приводит к недооценке роли газообразных соединений в планетарной эволюции. Из глубин планеты рвется наружу молекулярный поток газообразных летучих соединений. Может быть он и не тот, что прежде, сразу после планетарной аккреции, но у него еще вполне достаточно сил, чтобы раскалывать материки и двигать литосферные плиты. На своем пути он расшатывает кристаллические решетки вмещающих пород, преобразует, в конце концов — плавит их, получая в виде магмы наиболее удобные пути для своего распространения.

На протяжении многих поколений со времен Дж. Поулетг-Скропа, т.е. уже почти двести лет, вулканологи, изучающие процесс извержений, не устают вновь и вновь повторять то, что пожалуй лучше всех сказал Ф.А. Перре, наблюдая динамику извержений вулкана Мон-Пеле: «Газ — это активный агент, и магма является его переносчиком» (Макдо-нальд, 1975). И тем не менее этот вывод раз за разом отвергается магматической геологией как некий частный приповерхностный случай. Отвергается сама возможность существования в глубинных условиях вещества в газообразном состоянии.

Подобное постоянство во многом обусловлено общепринятыми представлениями, согласно которым в условиях высоких давлений все различия между физическими свойствами газа и его конденсата исчезают. При этом не учитывается, что существует универсальное и крайне важное отличие между жидким и газообразным состояниями веществ, связанное с наличием или отсутствием сил межмолекулярного взаимодействия. В свою очередь, это определяет стремление газов равномерно распространиться по всему доступному пространству, тогда как конденсат, напротив, стремится сформировать молекулярные агрегаты с минимальной (в идеале — сферической) поверхностью. Поскольку миграция газовой фазы эндогенных флюидов может осуществляться еще и путем прямой молекулярной диффузии сквозь растворы, расплавы и кристаллическую решетку минералов горных пород, то в эндогенных условиях любая система для газообразных соединений является открытой. Причем скорость молекулярной диффузии повышается с ростом температуры и давления, что делает эту форму перемещения флюидного вещества наиболее благоприятной для условий высокотемпературных эндогенных процессов.

Миграция газообразных соединений имеет важнейшее значение как для общепланетарных процессов вообще, так и для процессов рудообразования в частности. Скачкообразное или постепенное выведение из состава высокотемпературной газовой смеси конденсирующихся веществ приводит к закономерной химической эволюции эндогенного флюида. Эта эволюция обусловлена, во-первых, резким возрастанием концентрации химических соединений в зонах их конденсации. Во-вторых, гетерогенность реакций, протекающих в зонах избирательной конденсации флюидного потока, во многом определяет и направленность этих реакций. Равновесие реакций, обратимых в условиях исключительно газовой или исключительно жидкой среды, резко смещается в сторону гетерогенности. Образующийся конденсат выводится из реакций газового взаимодействия. Точно так же газы, образующиеся при реакции веществ в конденсированном состоянии, уходят из зоны протекания реакции и рассеиваются в окружающей среде. Подобные реакции идут, как правило, до конца.

Устранение существующего пробела в определении особенностей поведения газообразных соединений в эндогенных процессах, значения переходов «газ-жидкость» в эволюции вещества земной коры, в том числе в образовании рудных концентраций, составляет важный новаторский элемент работы. В работе предложен принципиально новый механизм рудообразования — концепция серного перехвата. К принципиально новым моментам работы относится вводимое автором понятие рудных ловушек в магматическом рудообразовании, а также все разработанные автором модельные схемы рудообразования.

Защищаемые положения

I. В образовании сульфидных руд магматических месторождений определяющее значение имеют рудные ловушки, т.е. такие специфические РТ— условия, благодаря которым происходит массовый сброс высокотемпературным эндогенным флюидом избыточной серы с последующим интенсивным сульфидообразованием.

II. Эволюция газовой фазы высокотемпературных эндогенных флюидов приводит к образованию сульфидных месторождений Норильского, Мончегорского, Печенгского и Аллареченского типов, а также сульфидных месторождений, ассоциирующих с коматиитами.

III. Серный перехват приводит к образованию оксидных магматических месторождений благодаря возможности метасоматической трансформации сульфидных рудных концентраций в оксидную форму с заменой серы на кислород и частичным изменением рудообразующего комплекса металлов.

Теоретическое значение работы

Крайняя простота и предельно высокое значение изложенных выше фактов и логических построений как для понимания эволюции эндогенных флюидов вообще, так и для решения проблем эндогенного рудообразования в частности заставляют рассматривать их на уровне первично-понятийных постулатов (гносеологических примитивов), на которые с необходимостью должна опираться теория рудогенеза.

Практическое значение работы и рекомендации по использованию

Разрабатываемые на базе молекулярно-химического и динамического подходов физико-химические модели позволяют четко указать, где, при каких обстоятельствах, и отчасти даже в каких количественных соотношениях происходит развитие рудообразую-щих процессов. Тем самым схема эволюции эндогенных флюидов, разработанная на основе этих представлений, приобретает определенное прогнозное значение, что собственно и требуется от теоретических разработок.

Для поисков, разведки и доразведки руд магматических месторождений могут быть полезны представления о рудных ловушках. Они позволяют определить тип возможного структурного контроля рудоносных зон в зависимости от вероятной глубины формирования потенциально рудоносного объекта. Кроме этого из концепции серного перехвата автоматически следуют три основных критерия для зон измененных пород, требующих наиболее пристального внимания: 1) объем измененных пород - чем больше объем измененных пород, тем, скорее всего, выше была мощность флюидного потока при их формировании, и, следовательно, больше могут быть запасы руд в нижнем горизонте; 2) максимальная высокотемпературность парагенезиса метасоматитов - позволяет отслеживать осевую линию движения флюида; 3) максимальное содержание серы во всех формах ее соединений (сульфидной, самородной, сульфатной) — позволяет отслеживать осевую линию переноса соединений серы, на которой могли находиться зоны массового рудообразования. Для более точного определения позиционирования этих зон может быть полезна векторизация флюидного потока на РТ—диаграмме его физико-химической эволюции. Под векторизацией понимается определение реальной трассы эволюции флюида на РТ—диаграмме, позволяющее оценить по флюидному потоку в изученной части объекта возможное положение зон рудообразования на его трассе. Технически процесс векторизации может быть осуществлен стандартными методами определения РТ-условий на основе изучения флюидных включений (см. экспериментальные данные на рис. 10).

Апробация работы

Автор диссертации имеет свыше 120 публикации, из них свыше 70 по теме диссертации. Защищаемые положения в полном объеме отражены в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень, определенный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования Российской Федерации:

1. Малышев А.И., Молошаг В.П. Роль элементарной серы в формировании сульфидных руд // Доклады АН. 2000.Т.370. №1. С. 96-98.

2. Малышев А.И. Особенности поведения серы в магматическом процессе // Доклады АН. 2000. Т. 374. № 5. С. 675-677.

3. Малышев А.И. Сера в высокотемпературном газо-гидротермальном процессе // Доклады ан. 2001. Т. 381. № 5. С. 665-668.

4. Малышев А.И. Изотопная сепарация серы в зонах высокотемпературной отгонки // Доклады АН. 2004. Т. 394. № 5. С. 669-672.

5. Малышев А.И. Особенности физико-химических свойств серы и их значение для эндогенного рудообразования // Литосфера. 2004. № 2. С. 94-107.

6. Малышев А.И. Рудные ловушки в магматическом сульфидообразовании // Доклады АН. 2004. Т. 396. № 3. С. 389-393.

7. Малышев А.И. Значение фазовых переходов «газ - жидкость» в эндогенном образовании углеводородного сырья // Доклады АН. 2004. Т. 399. № 3. С. 384-387.

8. Малышев А.И. Значение фазовых переходов «газ - жидкость» в эволюции высокотемпературных эндогенных флюидов // Геохимия. 2005. № 6. С. 673-680.

В монографиях:

9. Малышев А.И. Жизнь вулкана. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 262 с.

Ю.Малышев А.И. Сера в магматическом рудообразовании. Екатеринбург: ИГГ УрО

РАН, 2004.189 с.

В электронном журнале «Вестник Отделения наук о Земле РАН»:

11. Малышев А.И. (ИГГ УрО РАН) Фазовые переходы «газ — жидкость» в эндогенном образовании углеводородного сырья / Malyshev A.I. (IGG UB RAS) Phase transitions «gas - liquid» in endogenic formation of hydrocarbon raw material // Электрон, науч.-информ. журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН», № 1(22)' 2004, М.: ОИФЗ РАН, 2004. URL: http://www.scgis.ru/russian/cpl251/hdgggms/l-2004/informbul-l2004/hydroterm-24.pdf

12. Малышев А.И. (ИГГ УРО РАН) Изотопная сепарация серы в эндогенных процессах / Malyshev A.I. (IGG UB RAS) Isotopic separation of sulphur in endogenic processes // Электрон, науч.-информ. журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН», № 1(22)' 2004, М.: ОИФЗ РАН, 2004. URL: http://www.scgis.ru/russian/cpl251/hdgggms/l-2004/informbul-lJ2004/izotop-3.pdf

В материалах совещаний международного и всероссийского уровня:

13. Малышев А.И., Малышева JI.K. Летучие в планетарной эволюции // Вулканизм и геодинамика. Материалы докладов II Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург. 2003. С. 32-38.

14. Малышев А.И. Серный перехват в эндогенном рудообразовании // Вулканизм и геодинамика. Материалы докладов II Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. Екатеринбург. 2003. С. 544—550.

15. Малышев А.И. Роль серного перехвата в образовании сульфидных руд магматических месторождений Кольского полуострова // Петрология и рудоносность регионов СНГ и Балтийского щита: Мат-лы Между нар. (X всеросс.) петрограф, совещания. Т. 3. Апатиты: Изд. Кольского НЦ РАН, 2005. С. 181-183.

16. Малышев А.И. Физико-химическая эволюция эндогенных флюидов и ее значение для формирования земной коры // Метаморфизм, космические, экспериментальные и общие проблемы петрологии: Мат-лы Междунар. (X всеросс.) петрограф, совещания. Т. 4. Апатиты: Изд. Кольского НЦ РАН, 2005. С. 168-170.

Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались на совещаниях и конференциях международного, всероссийского и регионального уровня.

Структура и объем диссертации

Диссертация имеет обьем 271 стр. Она состоит из введения, 8 глав, объединенных в 2 части, и заключения. Диссертация содержит 51 рисунок, 17 таблиц и список литературы из 101 названия. В первой части работы сера рассматривается как фактор эндогенного рудообразования. Эта часть состоит из трех глав. В 1-й главе приводится обзор эволюции представлений о процессах сульфидного рудообразования. Во 2-й —общая информация по физико-химическим свойствам серы. Глава 3 посвящена разрабатываемой автором мо-лекулярно-химической теории эволюции газовой составляющей высокотемпературных эндогенных флюидов. Наибольшее внимание в этой главе уделено особенностям поведения серы в высокотемпературных эндогенных процессах, так как эти особенности являются ключевым фактором эндогенного рудообразования.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Малышев, Александр Иванович

Заключение

Подведем краткий итог нашего исследования.

Мы установили, что фазовые переходы «газ-жидкость» играют важнейшую роль в ходе эволюции эндогенных флюидов.

Исходя из элементарных молекулярно-химических представлений, мы проследили возможную эволюцию газовой фазы эндогенных флюидов и в пределах этой эволюции выделили три геохимических области, имеющие важнейшее практическое значение. Перечислим их в порядке понижения температуры:

Область зон серной отгонки, в которой происходит сброс серного конденсата. Эта область имеет большое значение для образования многих рудных месторождений, а в той части, где область примыкает к барьеру водной нейтрализации, происходит формирование эндогенных месторождений собственно самородной серы.

Область зон водной отгонки, приводящая к появлению на пути эндогенных флюидов барьера нейтрализации и последующего зарождения волны повышенной кислотности. Эта зона имеет ключевое значение для формирования гидротермальных, золоторудных и кварцевых месторождений.

Область зон сероводородной и углекислотной отгонки, играющая ведущую роль в формировании месторождений углеводородного сырья.

В данной работе мы остановились на рассмотрении лишь первой из вышеперечисленных геохимических областей и только в ее наиболее высокотемпературной магматической части. Здесь мы установили следующее:

VI. Сброс серы во многом определяется «трассой» прохождения флюидов по РТ-диаграмме устойчивости серы и ее соединений. При пересечении РТ-ус-ловий зон серной отгонки равновесие многих высокотемпературных реакций, протекающих с участием газов группы серы, резко смещается в сторону сброса серы в жидкий конденсат. Именно здесь наиболее интенсивно протекают процессы массового сульфидообразования, т.к. в щелочной высокотемпературной среде молекулярная сера оказывается практически единственным и очень мощным окислителем для транспортируемых газами металлов.

VII. В зонах серной отгонки может иметь место довольно значительный эффект изотопной сепарации. Этот эффект возникает за счет различий в давлении, которое создают химические эквиваленты парообразной серы, отличающиеся изотопным составом. Из-за более высокого давления молекул, включающих в себя атомы тяжелого изотопа, эти молекулы будут сильнее поглощаться конденсатом по сравнению с их более легкими аналогами. Кроме то

IV.

1. 2. го было установлено, что данные по смещению изотопного состава в сульфидной сере норильских месторождений очень хорошо соответствуют концепции серного перехвата, фактически совпадая с изобарами конденсации (сброса) основных объемов флюидной серы. Все это легко объясняет имеющиеся аномалии в изотопном составе серы норильских сульфидных месторождений без привлечения каких-либо предположений о контаминации коровой серы.

VIII. Особенности взаимоотношения зон серной отгонки с магматическими расплавами различного химического состава позволяют условно выделить в порядке повышения кислотности флюидогенерирующих расплавов четыре группы сульфидных месторождений, формирование которых может быть обусловлено серным перехватом. Возможны трансформации рудных концентраций из сульфидной формы в оксидную под воздействием высокотемпературных эндогенных флюидов. Это позволяет выделить три группы оксидных месторождений, для которых серный перехват мог играть определяющую роль в формировании рудных концентраций. Помимо этого особенности высокотемпературной геохимии серы имеют непосредственное отношение к проблеме образования эндогенных месторождений собственно самородной серы и к вопросам образования зон приповерхностного окисления сульфидных месторождений.

IX. Процесс формирования магматических медно-никелевых сульфидных месторождений адекватно соответствует концепции серного перехвата. В образовании сульфидных руд магматических месторождений большое значение имеют рудные ловушки, т.е. такие специфические РТ-условия, благодаря которым происходит массовый сброс высокотемпературным эндогенным флюидом избыточной серы с последующим интенсивным сульфидообразо-ванием. Всего выделено пять типов рудных ловушек. Первые четыре типа характерны для эволюции магматических и постмагматических флюидов в малоглубинных условиях, тогда как пятый тип наиболее четко проявляется в условиях больших глубин.

X. Концепция серного перехвата позволяет вполне корректно и адекватно рассмотреть генезис магматических оксидных рудных концентраций с единой точки зрения, объясняя при этом многие из наблюдающихся закономерностей. Образование оксидной минерализации происходит за счет сульфидных соединений путем высокотемпературного апорасплавного метасоматоза с заменой серы на кислород и частичным изменением рудообразующего комплекса металлов. Тесная ассоциация магматических оксидных руд с проявлениями флюидной активности, позиционирование магнетитовых, титано-магнетитовых и хромитовых магматических месторождений именно в тех условиях, где должны были первоначально возникать зоны серной отгонки и массового сульфидообразования, в последствии подвергнувшиеся высокотемпературному апорасплавному метасоматозу, — эти факты, на наш взгляд, являются наиболее веским доводом в пользу образования подобных месторождений за счет зон серного перехвата, переведенных в оксидную форму под воздействием высокотемпературного апорасплавного метасоматоза.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Малышев, Александр Иванович, Екатеринбург

1. Авдеева А. В. Получение серы из газов. М.: Металлургия. 1977. 175 с.

2. Альмухамедов А.И., Медведев А.Я. Геохимия серы в процессах эволюции основных магм. М.: Наука, 1982. 148 с.

3. Башарина JI. А. Фумарольная деятельность вулкана Безымянного в 19561957 гг. // Бюл. вулканол. ст. №29, 1960. С.15-27.

4. Берри JL, Мейсон Б., Дитрих Р. Минералогия. М.: Мир, 1987. 592 с.

5. Бородаевская М. Б., Вахрушев М. И., Контарь Е. С. и др. Геологическое строение Гайского рудного поля и условия локализации в нем медноколче-данного оруденения (Южный Урал). М.: Тр. ЦНИГРИ. 1968. Вып. 83. 215 с.

6. Вулканические серные месторождения и некоторые проблемы гидротермального рудообразования. М.: Наука, 1971. 360 с.

7. Геология и рудоносность Норильского района / О. А. Дюжиков, В. В. Дистлер, Б. М. Струнин и др. — М.: Наука, 1988. 279 с.

8. Глинка Н. JI. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Под ред. А. И. Ермакова. — изд. 29-е, исправленное — М.: Интеграл-Пресс, 2001. 728 с.

9. Годлевский М. Н. Траппы и рудоносные интрузии норильского района. М.: Госгеолтехиздат, 1959. 68 с.

10. Годлевский М. Н. Магматические месторождения // Генезис эндогенных рудных месторождений. М.: Недра, 1968. С.7-83.

11. Горбунов Г. И. Геология и генезис сульфидных медно-никелевых месторождений Печенги. М.: Недра, 1968. 352 с.

12. Гриненко В.А., Гриненко JI.H. Геохимия изотопов серы. М., 1974. 274 с.

13. Грунвальд В. Р. Технология газовой серы. М.: Химия. 1992. 272 с.

14. Дистлер В. В., Гроховская Т. JL, Евстигнеева Т. JI. и др. Петрология сульфидного магматического рудообразования. М.: Наука, 1988. 232 с.

15. Долгушин С. С., Павлов A. JI. Механизм формирования магнетитовых месторождений (на примере Алтае-Саянской складчатой области). Новосибирск: Наука, 1987. 165 с.

16. Заварицкий А. Н. О классификации магматических рудных месторождений // Изв. Геолкома. 1926. 45. С.3-15.

17. Заварицкий А. Н. О фузивных магматических месторождениях // Заварицкий А. Н. Избранные труды. Т. IV. М.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 391^106.

18. Зайков В. В., Сергеев Н. Б. Зона гипергенеза серноколчеданной залежи Гайского месторождения (Южный Урал) // Геология руд. месторождений. 1993. Т.35. № 4. С. 320-332.

19. Золотухин В. В. Основные закономерности прототектоники и вопросы формирования рудоносных трапповых интрузий (на примере Норильской) // М., Наука, 1964. 176 с.

20. Золотухин В. В. О генезисе так называемых «ликвационных» медно-никелевых сульфидных руд в свете новых данных (об инфильтрационно-автометасоматической гипотезе) // Геол. и геофиз., 1971, N 9, 12-21.

21. Золотухин В. В. Обобщенная модель сульфидного медно-никелевого рудообразования как процесса сульфуризации // Рудообразование и генетические модели эндогенных рудных формаций. Новосибирск: Наука. 1988. С.72-182.

22. Золотухин В. В. Проблемы магматизма и генезиса сульфидного медно-никелевого оруденения на примере норильского района // Геология медно-никелевых месторождений СССР. Л.: Наука, 1990. С. 51-57.

23. Золотухин В. В. Основные пегматоиды и платиноидное оруденение норильского типа // Геол. и геофиз. 1997. Т. 38. № 6. С. 1096-1105.

24. Золотухин В. В., Васильев Ю. Р. Особенности формирования некоторых трапповых интрузий северо-запада Сибирской платформы. М: Наука, 1967. 232 с.

25. Золотухин В. В., Малюк Б. И. Сульфидные медно-никелевые месторождения норильского и западно-австралийского типов. Генезис // Геол. и геофиз. 1983. № 11. С. 19-31.

26. Золотухин В. В., Малюк Б. И. О генезисе сульфидных медно-никелевых месторождений // Геол. и геофиз. 1985. № 10. С.61-71.

27. Зонтов Н. С. Геологическая структура жильного медно-никелевого месторождения северного мыса горы Рудной (Норильский район) // Геология рудных месторождений. 1959. № 6. С. 3-20.

28. Зотов И. А. Трансмагматические флюиды в магматизме и рудообразовании. М.: Наука, 1989. 214 е.

29. Иванов О. К. Минеральные ассоциации Сарановского хромитового месторождения (Урал). Екатеринбург. Уральская летняя минералогическая школа -97. УГГГА. 1997. 123 с.

30. История геологии. М.: Наука, 1973. 388 с.

31. Калугин И. А. Метаморфизм и метасоматоз железных руд Холзунского месторождения на Алтае // Труды Института геологии и геофизики. Вып. 292. Новосибирск: Наука, 1976. 103 с.

32. Камерон Ю. И., Десборо Дж. А. Условия залегания и особенности хромитовых месторождений восточной части Бушвельдского комплекса // Магматические рудные месторождения. М.: Недра, 1973. С.27-42.

33. Каузинс К. А. Риф Меренского в изверженном комплексе Бушвельд // Магматические рудные месторождения. М.: Недра, 1973. С.172-183.

34. Карпов Р. В. Пегматиты основных пород Мончетундры и связанное с ними сульфидное оруденение // Геология рудных месторождений. 1959. № 5. С.74-90.

35. Кассандров Э. Г. О рудных эффузивах и туфах железорудных месторождений Алтая // Тр. Зап.-Сиб. отделения Всесоюз. минер, об-ва. 1979. Вып. 9. С.25-35.

36. Кашин С. А. Медно-титановое оруденение в основных интрузивных породах Урала. Тр. ИГН АН СССР, сер. рудных месторождений, вып. 91, 1948. 132 с.

37. Коваленкер В.А., Гладышев Г.Д., Носик Л.П. Изотопный состав серы сульфидов из месторождений Талнахского рудного узла в связи с их селеноносно-стью // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1974. № 2. С. 80-91.

38. Коржинский Д. С. Гидротермальная кислотно-щелочная дифференциация // Доклады АН СССР. 1958. Т. 122. № 2. С. 267-270.

39. Коржинский Д. С. Режим кислотности послемагматических растворов // Известия АН СССР. Серия геологическая. 1957. № 12. С. 3-12.

40. Коржинский Д. С. Очерк метасоматических процессов // Основные проблемы в учении о магматогеиных рудных месторождениях. М.: Изд-во АН СССР, 1955. С. 335-456.

41. Котляр В. Н. Основы теории рудообразования. М.: Недра, 1970. 464 с.

42. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ: Учеб. пособие для вузов. М.: Химия, 1996. 480 с.

43. Лихачев А. П. Платино-медно-никелевые и платиновые месторождения: механизмы накопления, новые источники и методы получения рудных веществ // Руды и металлы. 2002. № 5. С. 9-23.

44. Ломоносов М. В. Полное собрание сочинений. Т. 5. Труды по минералогии, металлургии и горному делу 1741-1763 гг. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1954. 746 с.

45. Люлько В. А., Амосов Ю. Н., Козырев С. М. и др. Состояние рудной базы цветных и благородных металлов в норильском районе и направления первоочередных геологоразведочных работ // Руды и металлы. 2002. № 5. С. 66-82.

46. Магматические горные породы. Т. 5. М.: Наука, 1988. 509 с.

47. Малышев А.И. Жизнь вулкана. Изд-во УрО РАН, Екатеринбург, 2000. 262 с.

48. Малышев А.И. Особенности поведения серы в магматическом процессе II Доклады академии наук. 2000. Т. 374. № 5. С. 675-677.

49. Малышев А.И. Сера в высокотемпературном газо-гидротермальном процессе //Доклады АН. 2001. Т. 381. № 5. С.665-668.

50. Малышев А.И. Изотопная сепарация серы в зонах высокотемпературной отгонки // Докл. АН. 2004.Т.394. №5. С. 669-672.

51. Малышев А.И., Молошаг В.П. Роль элементарной серы в формировании сульфидных руд // Докл. АН. 2000. Т. 370. № 1. С. 96-98.

52. Малышев И. И. Закономерности образования и размещения месторождений титановых руд. М.: Госгеолтехиздат, 1957. 272 с.

53. Малышев И. И. К вопросу о генетическом сходстве титаномагнетитовых и хромитовых месторождений западного склона Урала. // Изв. АН СССР. Сер. геол., № 4, 1936. С.585-614.

54. Малышев И. И. Сравнительное изучение титаномагнетитовых н хромитовых месторождений. // Южноуральская комплексная экспедиция АН СССР, вып. 1. JL, Изд-во АН СССР, 1936. С.38-41.

55. Малышев И. И., Пантелеев П. Г., Пэк А. В. Титаномагнетитовые месторождения Урала. JL: Изд-во АН СССР, Серия Уральская., Вып. 1. 1934. 264 с.

56. Маракушев А. А., Панеях Н. А., Зотов И. А. Проблемы формирования медно-никелевых сульфидных месторождений // Руды и металлы. 2002. № 5. С. 23-33.

57. Маслеников В. А. К вопросу о генезисе сегрегационно-магматического тита-номагнетитового оруденения // Тр. Лабор. геологии докембрия АН СССР, вып. 7. М.-Л., Изд-во АН СССР, 1957. С. 22-37.

58. Маслеников В. А. Титаномагнетитовое оруденение в дифференцированных интрузивных телах // Ультраосновные и основные интрузии Печенги Тр. Лаборатории геологии докембрия, вып. 10., М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 97-106.

59. Медно-никелевые месторождения Балтийского щита / Горбунов Г. И., Загородный В. Г., Робонен В. И. и др. — Л.: Наука, 1985. 329 с.

60. Мейер К. Физико-химическая кристаллография. М.: Металлургия. 1972. 480 с.

61. Менковский М. А., Яворский В. Т. Технология серы. М.: Химия, 1985. 328 с.

62. Меняйлов И. А. Состав газов фумарол вулканов Ключевской группы в зависимости от состояния их активности // Глубинное строение, сейсмичность и современная деятельность Ключевской группы вулканов. Владивосток. 1976. С.127-141.

63. Меняйлов И. А., Никитина Л. П. Эксгаляции вулканов Северной Камчатки в 1964 г. //Бюл. вулканол. ст. №40, М: Наука. 1966. С.14-24.

64. Налдретт А. Дж. Сульфидные никелевые месторождения: классификация, состав, генезис // Генезис рудных месторождений. Т. 2. М.: Мир, 1984. С. 253343.

65. Наумов В. Б., Коваленко В. И., Дорофеева В. А. Магматические летучие и их участие в формировании рудообразующих флюидов // Геология рудных месторождений. 1997. Т. 39. № 6. С. 520-529.

66. Несмеянов Ан. Н. Давление пара химических элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1961.396 с.

67. Петрографический словарь. М.: Недра, 1981. 496 с.

68. Резниченко В. А., Шабалин Л. И. Титаномагнетиты, месторождения, металлургия, химическая технология. М.: Наука, 1986. 294 с.

69. Роговер Г. Б. Месторождение Норильск I. М.: Госгеолтехиздат, 1959.

70. Росс Дж., Хопкинс Г. Камбалда // Полезные ископаемые Австралии и Папуа Новой Гвинеи. Т. 1. М.: Мир, 1980. С. 154-185.

71. Рудные месторождения СССР. Т. 1. М.: Недра, 1974. 328 с.

72. Рудные месторождения СССР. Т. 2. М.: Недра, 1974. 392 с.

73. Рыбин А. В., Данченко В. Я., Чибисова М. В., Гурьянов В. Б. Магматические комплексы и редкометальное оруденение вулкана Кудрявый (о. Итуруп,

74. Курильские острова) // Вестник Сахалинского музея. Ежегодник Сахалинского областного краеведческого музея. № 7. Южно-Сахалинск. Сахалинский областной краеведческий музей, 2000. С. 234-259.

75. Самсонов Г. В., Дроздова С. В. Сульфиды. М.: Металлургия, 1972. 304 с.

76. Свойства элементов: Справ. изд./Под ред. Дрица М.Е. М.: Металлургия, 1985. 672 с.

77. Сивухин Д. В. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Наука, 1990. 592 с.

78. Смирнов В. И. Геология полезных ископаемых. М.: Недра, 1982. 669 с.

79. Смирнов В. И. Геология полезных ископаемых. М.: Недра, 1989. 326 с.

80. Соколов Г. А. Хромиты Урала, их состав, условия кристаллизации и закономерности распространения // Труды Института геологических наук. Вып. 97. 1948. № 12. 128 с.

81. Старостин В. П., Кудрявцева Г. П. Магнетитовая лава древнечетвертичного вулкана Лако (Северное Чили) // Геология рудных месторождений. 1973. № 3. С .102—111.

82. Сульфидные медно-никелевые руды норильских месторождений / А. Д. Генкин, В. В. Дистлер, Г. Д. Гладышев и др. — М.: Наука, 1981. 234 с.

83. Термодинамические свойства простых веществ. Справочное издание. Т.1. Кн.2. М.: Наука. 1978. 328 с.

84. Тимохов К. Д. Титаномагнетитовое оруденение на Гусевогорском и Качка-нарском месторождениях // Сов. геол., 1963. № 11. С. 125-131.

85. УиллемзДж. Ванадистые магнетитовые руды Бушвельдского комплекса // Магматические рудные месторождения. М.: Недра, 1973. С. 129-150.

86. Уиллемз Дж. Геология Бушвельдского комплекса — крупнейшего вместилища магматических рудных месторождений мира // Магматические рудные месторождения. М.: Недра, 1973. С.7-26.

87. Физико-химические свойства серы // Сера и серная промышленность. Обзорная информация. М.: НИИТЭХИМ, 1985. 39 с.

88. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат. 1991. 1232 с.

89. Хэллем Э. Великие геологические споры. М.: Мир, 1985. 216 с.

90. Шухардин С. В. Георгий Агрикола. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 207 с.

91. Яковлев Ю. Н., Казанский В. И. Корреляция рудной минерализации в разрезе Кольской сверхглубокой скважины и на поверхности // Геология рудных месторождений. 1998. Т. 40. №> 4. С. 379-392.

92. Ewers W. Е., Hudson D. R. An interpretive study of a nickel-iron sulfide ore inter-stion, Lunnon Shoot, Kambalda, Western Australia // Econ. Geol., 1972, 67, 10751092.

93. Groves D. I., Hudson D. R. The nature and origin of Archean stratabound volcanic-associated nickel-iron-copper sulfide deposits // Handbook of stratabound and stratiform ore deposits. V. 9. Amsterdam: Elsevier, 1981.

94. HalleuxR. Fecondite des mines et sexualite des pierres dans l'antiquite greco-romaine // Revie Beige de Philologie et d'Histoire. Bruxelles. 48. 1970. P. 16-25.

95. Lusk J. A possible voleanie-exhalative origin for lenticular nickel sulfide deposits of volcanic association, with special reference to those in Western Australia // Ca-nad. J. Earth. Sci., 1976, v. 13, N 3.

96. Naldrett A. J. Nickel sulfide deposits — their classification and genesis with special emphasis on deposits of volcanic association // Canad. Inst. Mining. Met. Trans., 1973, v. 76, N 6.

97. Naslund H. R., HenrHquez F., Nystrem J. O., Aguirre R., Lledo H. El Laco, Chile: evidence for the eruption of an immiscible Fe-O-S-P melt // Geological Society of America Abstracts with Programs, Vol. 35, No. 6, September 2003, p. 394.

98. Park C. F. A magnetite «flow» in Northern. Chile. Econ. Geol. V. 56. № 2. 1961. P.431-436.

99. Rau H., Kutty T. R. N., Guedes de Carvalho J. R. F. High temperature saturated vapour pressure of sulphur and the estimation of its critical quantities // J. Chem. Thermodynamics 1973, 5,291-302

100. The elder Pliny's Chapters on chemical subject. Ed. with transl. and notes by К. C. Bailey. London. P. I, 1929. P. II, 1932.

101. Vezzoli G. C., Walsh P. J. Discussion of the melting curve and polymorphism of sulphur // High Temperatures — High Pressures. 1977. V. 9. P. 345-359.,(S>

Информация о работе

Малышев, Александр Иванович
доктора геолого-минералогических наук
Екатеринбург, 2005
ВАК 25.00.11

Диссертация

Теория магматического сульфидного и оксидного рудообразования - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы