Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Гидротермальная деятельность и сульфидное рудообразование в океане
ВАК РФ 04.00.10, Геология океанов и морей
Автореферат диссертации по теме "Гидротермальная деятельность и сульфидное рудообразование в океане"
Р Г 5
ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И СУЛЬФИДНОЕ РУДООБРАЗОВАНИЕ В ОКЕАНЕ
Специальность 04.00.10—геология оксанон и морей
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогическнх наук
ОД
" ' Комитет Российской Федерации
по геологии и использованию недр
Всероссийский научно-ясследовагельский институт геологиг. и минеральных ресурсом Мирового океана (ВНИИСкеангеология)
На правах рукописи
КРАСНОВ Сергей Гелиекич
Санкт-Петербург 1993
УДК 556.368 (-553.2.067(260)
1-аГ)г.;а пыгюлнена во Всероссийском научно-исследовательскг»м институте 1то:югпи и минеральных ресурсое Мирового океана (ВНИИОкеангеология).
Официальнате оппоненты:
действительный члеь Российской академии наук, доктор геолого-мине-рлло; ических наук Д.Ь.Рундквист;
член-корреспондент Российской академии естественных наук, доктор I содош-минералогичееких наук ЭЛ1 Литвинов;
доктор геолого-мннералогических наук В.Б.Курносов
Ведущая организация: Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН
Зашит состоится НСс&'с-/'^ 1993 г. на заседании Специали-
(И|1я|:анного совета Д.071.14.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте геологии и минеральных ресурсов Мирового океана (НППИОкеангеология) по адресу: 190121, Санкт-Петербург, пр.Маклина 1; факс <81 2)-114-14-70.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.
Опывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью орга-пшапни, просим направлять ученому секретарю Специализированного совета.
Ли I »реферат разослан ' Л&" ^¿-'^^/'-^1993 г.
Ученый секретарь Специаг1Нзи]юванного сонета,
ктндчдат геолого-минерадогических наук
И.ААндреева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Обнаружение на океанскои дне высокотемпературных гидротермальных источников и связанных с ними сульфидных залежей относится к крупнейшим открытиям посдег.них десятилетий в науках об океане. Древние месторождения, однотипны з по способам формирования этим рудным скоплениям, издавна эксплуатируются на суше и служат важными источниками меди, цинка, свинца, зелота и ряда других металлов. Понятна большая роль изучения современных процессов океанского рудообразования для лучшего понимания закономерностей формирования и, в конечном счете, более надежного прогнозирования древних месторождений на континентах. С другой стороны, значение, придаваемое в настоящее время Мировому океану как перспективному источнику минеральных ресурсов, стимулирует непосредственный практический интерес к залежам океанских гидротермальных руд как объектам потенциального промышленного освоения.
Рассматриваемая научная проблема имеет достаточно длительную историю, хотя лишь в последнее время приобрела особую популярность. Еще в прошлом веке на Восточно-Тихоокеанском поднятии (ВТП) были обнаружены аномально обогащенные рудными металлами осадки, а в Красном море—нагретые, придонные воды. В 70-х годах в работах Г.Н.Батурина с соавторами, Л.ВДмитриева с соавторами, а затем и других исследователей описываются многочисленные находки гидротермальной рудной минерализации в коренных породах океанического дна. Первые образцы сульфидов из рудных построек, расположенных на базальтах, были подняты в 1978 г. на ВТП в районе 21°с.ш. Там же впервые наблюдались "черные курильщики"—выходы на поверхность дна через трубообрачные апофизы рудных тел горячих (около 350 С) растворов, насыщенных минеральной взвесью, которая рассеивается в водной толще. В последующее десятилетие экспедициями США, Франции, Германии, Канады, Японии, СССР и Великобритании аналогичные рудопроявления были обнаружены на многих участках осевых зон рифтовых хребтов Тихого океана и Атлантики, а затем и в окраинных частях Тихого океана.
Все обнаруженные до сих пор в океане гидротермальные рудные скопления сложены по преимуществу сульфидами, проявляют отчетливую связь с вулканизмом и принадлежат к колчеданному семейству рудных формаций. В отечественной геологической литературе к современным океанским гидротермальным рудам вместо термина "колчеданные" применяют чаще всего прямой перевод несколько более узкого по смыслу англоязычного термина "massive sulfide ores "—массивные сульфидные руды. Это определение лучше всего подходит для описания наблюдаемых в рудных постройках на поверхности океанского дна сплошных рудных агрегатов.
В нашей стране систематическое изучение океанских гидротермальных процессов было начато Институтом океанологии АН СССР (ИОАН) в 1972-75 гг. в восточной части Тихого океана. Новый уровень исследований был достигнут с началом использования ПОА. Серия работ, проведенных под руководством А.ПЛисицына и ЮАБогданова, была посвяшена детальному изучению процессов гидротермального рудообразования в различных
шпон!.обстановка;; океанского рифгогенеза. При этом основное внимание уделялось исследованию I идршермальных нолей, содержащих сульфидные рулы, и опробованию самих руд на хребтах Хуап-де-Фука, Срединно-Ат-лантичсско.м Ц.'ЛХ), ь Калифорнийском полисе и ь рифтовых трогах юго-¡ападпои част Тихо; о «океана.
Знаншсльный ик.-;»л в изучение океанского гидротермального рудогене-чч 1:1 юс.41 и другие отечественные организации. Сульфидные руды на хр. л\ан-де-Ф\ ка бичи опробованы в одном из научно-исследовательских рейсов ТОП ДВО ¡'М1, па СДХ—в рейсах ПИС "Антарес" Одесского уиинерапеи. проводившихся по программам 11Г10 "Севморгеология" и СО РАМ. Гидрологические аффекты и водной толще, обусловленные воздейст-ьием па нее гидротерм, а так<ке различные аспекты геологического строения фундамент и осадочного чехла, связанные с развитием гидротермальных спаем. 1и\чан!сь в ходе морских экспедиционных работ ГЕОХИ, ГИН 1'Д!!. Института вулканологии ДВО РАН. В рейсах ПО "Южморгеология" исс.илкиа.юсь сульфидное оруденение одного из сегментов ВТП, а также впервые обнаружена г.чездово-вкрапленная сульфидная минерализация во ьпуipi4iiiijmi.lv условиям в восточной части Тихого океана. Работы по проблеме океанских сульфидных рул з Курило-Камчатском регионе вело 1110 "Дачьморгеолопи)". Теоретические и аксперпментальпые исследования. с^иамние с и ¡учением -жеанского гидротермального рудогепеза, велись и ЦИИГРИ, МГУ, ДВГ11, ВНИИЗарубежгсологии и других организациях.
И НПО (ныне ассоциации) "Оеморгеология" экспедиционные исследования по программе изучения сульфидных руд океана были начаты в 1985 г. на КП I Северо-Тпхопкеанской геологоразведочной экспедицией и в последующем выполнялись Полярной морской геологоразведочной экспедицией. Ьыли открьиы и опробованы новые рудные скопления вблизи 21.5°ю.ш., 3, 5, 6. 8, 9 и ИУ'с.ш. на ВТП, 24,5°с.ш. на САХ.
Практические задачи изучения минерально-сырьевого потенциала океана, котрые стяг перед ассоциацией "Севморгеология", заставляют отвечать на самые общие вопросы, касающиеся условий возникновения и закономерностей распространения субмаринных гидротерм и связанных с ними рудных скоплений. Исследования, выполненные ассоциацией за последние голы, дают для этого большой материал. Кроме того, обобщение и осмысление многочисленных новых данных позволяет приблизиться к пониманию особенностей гидротермального рудообразоваиия в океанических бассейнах, общих для фзнерозойекой истории Земли. Этот второй аспект проблем),I также исключительно важен, поскольку тесно переплетается с вопросами изучения закономерностей локализации и прогнозирования промышленного колчеданного оруденения на континентах.
Актуальность представляемой работы связана, таким образом, с необходимостью анализа геологических условий и фундаментальных закономерностей океанского гидротермального рудогенеза для выявления факторов, контролирующих оруденение в современных и древних бассейнах.
Цель работы установить наиболее общие особенности океанского вы-сокогемнературпого гидротермального рудного процесса и геологические условия его проявления.
Основные задачи исследования:
—определить условия формирования основных типов океанских гидротерм и уточнить происхождение в них рудных металлов;
—выявить факторы, контролирующие распределение гидротерм в различных геологических обстановках в океане;
—раскрыть особенности высокотемпературных гидротермальных процессов, определяющие состав и характер эволюции океанских сульфидных залежей;
—охарактеризовать основные черты поведения гидротерм и содержащихся в них металлов при рассеянии вокруг океанских горячих источников, определяющие принципиальный подход к решению поисковых задач;
—показать возможности сопоставления современного океанского и древнего колчеданного оруденения и обозначить границы допустимых аналогий.
Фактический материал, положенный в основу диссертации, получен главным образом в ходе экспедиционных работ НПО "Севморгеология" при батиметрических и магнитометрических съемках, гидролокационных исследованиях, гидрологическом зондировании и опробовании, телефотопрофи-лировании и геологическом пробоотборе в рифтовых зонах Тихого и Атлантического океанов. Уникальный скважинный материал, характеризующий глубинное строение действующей гидротермальной рудообразующей системы и внутреннюю структуру крупной океанской сульфидной залежи, был получен автором е ходе его работы в 139-м рейсе судна "JOIDES Resolution" по международной Программе океанского бурения (ODP) на хр. Хуан-де-Фука.
Личный вклад автора определяется его непосредственным участием во всех стадиях исследований—от сбора и первичной обработки материала в рейсах научно-исследовательских судов НПО "Севморгеология" (два из которых проводились под его научным руководством) и других организаций, до внедрения результатов в практику геологоразведочных работ. Диссертационная работа выполнена в рамках плановых научных исследований ВНИИокеакгеодогия по проблеме гидротермального и гидротермально-осадочного рудсобразования, в которых автор принимал участие с момента их постановки в 1981 г.
Непосредственный научный вклад автора состоит в разработке следующих вопросов:
—типизации океанских гидротерм, сопоставлении их с рудообразуюши-ми гидротермами суши и выявлении факторов, влияющих на их металло-носкость;
—выяснении природы тектонического и магматического контроля гидротермальной рудоносносш рифтовых океанических хребтов;
—определении наиболее общих черт состава и строения и объяснении характера эволюции океанских сульфидных залежей в различных геолого-структурных обстановках;
—уточнении характера процессов рассеяния гидротермального вещества вокруг горячих источников океанских рифтов;
—установлении принципов возможного сопоставления современных и древних колчеданных залежей и прогнозирования гидротермального оруденения в океанической коре.
Вместе с тем, многие из затронутых в диссертации вопросов разрабатывались автором совместно с коллегами. Балансовые геохимические расчеты ювенилыюй поставки вещества при формировании гидротерм, послужившие основанием для выводов о роли мантийных флюидов в океанском рудогенезе, в окончательном виде выполнены Д.В.Гричуком (МГУ)(Гричук, Краснов, 1989). Анализ тектонических критериев рудоносности океанических рифтов во многом базируется на результатах морфоструктурного анализа, выполнявшегося И.М.Порошиной. Образцы сульфидных руд изучались автором совместно с Т.В.Степановой, производившей статистическую обработку геохимических данных. Конкретное сопоставление чипов современного и древнего колчеданного оруденения проводилось вместе с Е.А.Ельяновой (ЦКИГРИХКраснов, Ельянова, 1990). Г.П-Авдейко (ИВ ДВО РАН) были впервые сформулированы некоторые использованные в диссертации положения, касающиеся тектонического контроля современной гидротермальной деятельности в островодужных обстановках (Авдейко, Краснов, 1985). В.Е.Попов (ВСЕГЕИ), используя собранные автором совместно с ГА.Черкашевым материалы, впервые обратил внимание на специфические черты состава окраинно-океанических гидротермальных образований.
Защищаемые положения:
1. Металлоносность гидротерм известных в океане типов определяется выщелачиванием рудных компонентов из магматических пород и осадков, без значимой ювенилыюй поставки металлов.
2. Распределение гидротерм контролируется близповерхностными магматическими камерами, геологические условия локализации которых зависят от скоростей спрединга. При быстром спрединге они постоянно развиты на ненарушенных приподнятых участках осевых зон рифтов, а при медленном—формируются эпизодически, при сопряжении очагов вулканизма с разломами.
3. Состав океанских сульфидных залежей зависит от типа подстилающего субстрата, определяющего отношения РЬ/(Си + 2п) в рудах, степени его гидротермальной проработки, влияющей на отношения Си/2п, и от степени рассеяния рудного вещества, контролирующей отношения (Си + 2п)/Ре. Внутреннее строение залежей определяется постссдиментаци-онными изменениями на поздних стадиях роста рудных тел.
4. Параметры гидротермальных ореолов в наибольшей степени определяются фоновыми характеристиками среды рассеяния, а распределение в них элементов—процессами сорбции как гидрогенных, так и собственно гидротермальных компонентов рудными взвесями. Степень контрастности литохимических ореолов в пределах рифговых океанических хребтов связана со скоростями спрединга.
5. Сопоставление современного и древнего колчеданного оруденения требует раздельного рассмотрения геологических условий рудообразоваиия и его тектонических обстановок. Большинство древних колчеданных месторождений, сохранившихся на континентах, сформировано в задуговых (кипрский, оманский, филизчайский типы) и островодужных (типы уральский, алтайский, куроко) обстановках. Залежи, находящиеся в собственно океанической коре, в основном уничтожаются вместе с ней при субдукции. Прогноз рудоносности внутриплитных зон океана может основываться на
данных о современном рудообразовании в его вулканически активных структурах.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней рассматривается весь комплекс геологических факторов, контролирующих океанский гидротермальный рудный процесс и определяющих специфику его проявления в различных обстановках, в сопоставлении с соответствующими процессами в древних океанах.
Критерии, определяющие металлоносносгь океанских рудообразующих растворов, анализируются с точки зрения общих особенностей формирования рудообразующих гидротерм Земли. Дается первая расчетная оценка ювенильной составляющей металлоносности океанских гидротерм. В рамках единой концепции рудогенеза рассмотрены факторы, определяющие различия в структурном контроле оруденения на хребтах с различными скоростями спрединга. Особенности вещественного состава океанских сульфидных скоплений впервые раскрыты с позиций их эволюции, что позволяет объяснить выявленные общие черты строения залежей. В отличие от предшествующих работ где сравниваются гидротермальные рудные процессы в современных и древних океанах, сформулированы общие принципы такого сравнения.
Практическое значение диссертации определяется:
—возможностью прогноза оруденения различных геохимических типов в'разных геолого-структурных зонах океана, выявления обстановок преимущественной локализации сульфидных руд и предсказания главнейших особенностей внутреннего строения залежей;
—перспективами использования результатов для уточнения условий образования и закономерностей размещения древних колчеданных залежей, эксплуатируемых на континентах.
Реализация результатов заключается в использовании их при оценке перспектив рудоносности Мирового океана, выборе направлений геологоразведочных работ на океанское гидротермальное орудененне, и при разработке методики этих работ.
Используя свои разработки, автор принимал участие в составлении первых карт, характеризующих перспективы гидротермальной рудоносности океана, в том числе опубликованных "Карты теплового потока и гидротермального оруденения в Мировом океане" (гл. ред. И.С.Грамберг и АА.Смыслов, Ленинград, 1986), "Карты твердых полезных ископаемых Мирового океана" (Кутна Гора, Чехословакия, 1991) и карты геологии и металлогении плейстоцен-голоценового комплекса "Атласа карт геологии и минерагении верхнеюрско-четвертичного чехла в океанах и на континентах" (гл. ред. И.СГрамберг, Москва, 1991). Он явился основным составителем раздела, посвященного гидротермальной рудной минерализации, при создании во ВНИИокеангеология первой металлогенической карты Мирового океана.
Исследования диссертанта легли в основу отечественных программ геологоразведочных работ на океанские сульфидные руды. Он принимал участие в создании всех методических документов, по которым ведутся эти работы, главнейшими из которых являются Временные методические указания по проведению региональных (1988 г.) и поисковых (1989 г.) работ на глубоководные полиметаллические сульфиды в Мировом океане. Данные
автора широко использовались при планировании производственных рейсов судов НПО "Севморгеология", а сам он систематически участвовал в проектировании и выполнении этих работ.
Апробация работы. Главнейшие результаты и отдельные положения диссертации докладывались автором на 2 Всесоюзном совещании "Генетические модели эндогенных рудных формаций" (Новосибирск, 1985 г.), 2 Всесоюзном совещании "Текторчка лигосферных пли г" (Звенигород,
1989 г.}, на сессии Всесоюзного Минералогического Общества (Ленинград,
1990 г.), совещании "Металлогения современных и древних океанов" (Москва, 1991 г.), конференции "Вулканогенно-осадочное рудообразование" (Ленинград, 1992 г.), на Л' Межведомственной конференции по новейшим достижениям в морской геологии (Санкт-Петербург, 1993 г.), а также на 6—9 Всесоюзных и 10 Международной школах морской геологии (Геленджик, 1984, 1986, 1988, 1990 и 1992 гг.), совещаниях стран-членов СЭВ по изучению минерально -сырьевых ресурсов океана (Ленинград, 1986 и 1989 гг.), 29 сессии Международного Геологического Конгресса (Киото, 1992 г.). Автор неоднократно выступал с изложением результатов своих исследований на заседаниях экспертной группы по глубоководным полиметаллическим сульфидам Комитета Российской Федерации по геологии и использованию недр, на Ученом Совете ВНИИокеангеология и на семинаре геолого-физического сектора Института океанологии РАН.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 80 работах. Среди них три коллективных монографии, в том числе "Гидротермальные сульфидные руды и металлоносные осадки океана" (СПб, Недра, 1992), составителем которой явился автор.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения (каталога проявлений сульфидного оруденения в океане) общим объемом 237 стр. (71 рис., 14 табл., список литературы 283 наименования).
Автор благодарен за каждодневную помощь и поддержку своим коллегам и товарищам по работе, сотрудникам и руководителям отдела геологии твердых полезных ископаемых океана ВН И И о кеа н геология [Б.Х.Егиазарову^]
A.ИАйнемеру, по инициативе которых в институте были начаты исследования по проблеме гидротермально-осадочного рудообразования в океане, С.М.Андрееву, Э.Ф.Гринталю, ГА.Черкашеву, И.М.Порошиной, Г.Н.Стари-цыной, Т.В.Степановой, М.ПДавыдову, С.М.Сударикову и другим. Постановке ряда принципиальных вопросов и проработке аргументации по ним способствовали дискуссии с И.Н.Горяиновым.
Диссертант выражает искреннюю признательность руководителю работ но проблеме сульфидных руд океана, директору института академику И.С.Грамбергу, с которым он имел возможность неоднократно обсуждать рассматриваемые в работе вопросы.
Большое значение для автора имело постоянное внимание к его работе со стороны ведущих специалистов-геологов Института океанологии РАН— 1Л.Г1.3оненшайна]А.ПЛисицына, Г.Н.Батурина, ЮАБогданова, Е.Г.Гурвича,
B.В.Гордеева, МАЛевитана, И.О.Мурдмаа, Н.С.Скорняковой и других.
Исключительно важным для диссертанта явилось сотрудничество с
Г.ПАвдейко, С.ВАплоновым, Д.В.Гричуком, ЕА.Ельяновой, Л.МЛебедевым, В.Е.Поповым, Н.Н.Корчагиным, Л.И.Бочек, Ю.В.Мироновым, М.Н.Ос-
троумовым, В.С.Требухиным. Ценные советы и консультации были получены от АА.Ллискеропа, Э.Н.Баранова, ЕА.Баскова, ЕА.Белгородского, Л.М.Грамм-Осипова, Е.ПДубинина, А.Г.Злотник-Хоткевича, АА.Ковалева, В.Б.Курносова, А.И.Пертеля, В.П.Резника, В.И.Сорокина, С.Н.Сурикова, АД.Штейнберга.
Автор благодарит всех сотрудников Полярнсй морской геологоразведочной экспедиции и Северо-Тихоокеанской геологоразведочной экспедиции, обеспечивших возможность получения новых данных по сульфидным рудам океана. Организация работ, в ходе которых собраны эти материалы, была бы невозможна без активного участия И.М.Мирчинка и Г.Г.Ткаченко.
Глава 1. РУДООБРАЗУЮЩИЕ ГИДРОТЕРМЫ И ИХ ФОРМИРОВАНИЕ
Гидротермальная деятельность проявляется в Мировом океане в пределах различных вулканически активных структур (рис. 1), причем частота встречаемости и интенсивность гидротермальных проявлений, связанных со структурами определенных типов, в целом пропорциональны масштабам вулканизма, характерного для этих структур. Так, подавляющее большинство находок гидротерм связано с рифтовыми зонами, входящими в систему срединно-океанических хребтов (СОХ), и с активными океаническими окраинами островодужного типа, отвечающими, соответственно, дивергентным и конвергентным границам крупных литосферных плит. В местах выхода на поверхность дна высокотемпературных гидротерм (выше 200°С) всегда отлагаются сульфиды железа и цветных металлов.
На быстроспрединговом (до 18 см/год) ВТП высокотемпературные суль-фидообразующие гидротермы распространены в узких (до 1, реже до 2 км) вершинных частях осевых линейных вулканов, обычно внутри осевых грабенов рифта, где они связаны с цепочками лавовых озер, маркирующих крупные эруптивные трещины. Сформированные такими гидротермами массивные сульфидные рудь1 обнаруживаются также вблизи вершин при-осееых (до 20 км от оси рифта) вулканов центрального типа. Сульфидо-образующие гидротермы опробованы в осевой части рифтового хр. Хуан-де-Фука со средними (6 см/год) скоростями спрединга и в рифтовых долинах медленноспрединговых (менее 5 см/год) хребтов—САХ, Экспло-рер и Горда в его южной части. Широкомасштабная гидротермальная деятельность развита в пределах Калифорнийского залива и Красного моря—бассейнов межконтинентальных рифтовых зон.
Большинство субаквальных гидротерм, опробованных в областях океанических окраин, связано с двумя типами тектонических обстановок: ост-роводужньши (гидротермальные проявления Курильской, Марианской, Новогебридской дуг в Тихом океане, Липарской и Эллинской дуг в Средиземном море), и тыловодужными (высокотемпературные гидротермы Марианского трога, трога Лау и др.). Гидротермальная деятельность в троге Окинава и на г. Франклин бассейна Вудларк приурочена к зоне раскрытия задугоеого рифта, перехода от океанического к континентальному типу коры в пределах единой рифтовой зоны.
Рудная минерализация в некоторых активных разломных зонах Атлантического океана свидетельствует о возможности действия гидротермаль-
ных систем и на трансформных границах плит. В пределах океанических плит, наиболее известно гидротермальное поле вулкана Лоихи, которое маркирует современное положение "горячей точки", сформировавшей Гавайские острова.
Океанские высокотемпературные гадротермы отличаются удивительным единообразием состава и по содержанию главных ионов близки к морской воде. Различия заключаются прежде всего в резком снижении концентраций в гидротермах магния и сульфат-иона, а также в повышении содержаний кремнезема, калия, кальция, ряда малых компонентов—щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов, в появлении сероводорода, углекислоты, водорода, метана, обуславливающих кислую реакцию и восстановительные свойства вод. Несколько особняком стоят растворы перекрытых осадками рифтов Калифорнийского залива и хр. Горда. Они отличаются от обычных гидротерм СОХ резко повышенными содержаниями углекислоты, повышением концентраций метана, появлением аммония, снижением содержаний рудных металлов. Резко возрастают содержания цезия, иодид-иона и бора. рН выше, чем в большинстве других океанских гидротерм. По мнению С.М.Сударикова (Краснов, Судариков, 1990), гидротермы океанских рифтов можно выделить в самостоятельный, не описанный ранее подтип сероводородно-углекислых хлоридных натриевых терм.
Большинство известных субаквальных гидротерм островодужных областей сходны по своим основным характеристикам с низкотемпературными (сильно разбавленными морской водой) гидротермами океанических рифтов. От других исследованных субаквальных терм принципиально отличаются растворы сульфатно-хлоридного магниево-натриевого состава, формирующие сульфиды железа в осадках лагуны Матупи-Харбор о. Новая Британия. Умеренно нагретые слабокислые хлоридные натриевые рассолы впадин Красного моря не могут считаться отдельным генетическим типом субмаринных рудообразующих гидротерм. "Обычные" океанские гидротермы разгружаются внутрь впадин, где накапливаются связанные с эвапори-тами рассолы.
Для понимания генезиса гидротерм современного океана рассматрива-. ются прежде всего данные об условиях формирования некоторых типов хорошо изученных гидротерм суши. Все они формируются на основе вод поверхностного происхождения. На фумарольных полях действующих вулканов широко распространены относительно слабо минерализованные слабокислые и кислые термы сульфатного, реже хлоридного анионного состава, четко специализированные на полиметаллы, формирующиеся под влиянием глубинных кислых вулканических эксгаляций (Лебедев, 1975; Басков, Суриков, 1975).
В приповерхностных частях крупных гидротермальных систем, не связанных непосредственно с вулканическими аппаратами, могут появляться кислые дериваты. Фиксируется также увеличение кислотности гидротерм на больших глубинах, т.к. именно кислые растворы находятся в равновесии с породами при высоких температурах и давлениях (Вейсберг и др., 1982). Принципиально важно, что эти кислые разности уже не имеют As—Sb—Hg специализации, типичной для нейтральных и слабощелочных вод этих
систем, а несут Pb—Zn рудную нагрузку, характерную для гидротерм вулканических аппаратов.
Вторым после кислотности параметром вод, играющим важную роль в переносе Си, Pb, Zn, является содержание хлорид-иона, обычно связанное с общей минерализацией (Эллис, 1982). Соответственно, рудной специализацией на эти металлы обладают слабокислые хлоридные натрий-кальциевые рассолы, известные на п-ове Челекен и в бассейне Солтон-Си (Лебедев, 1975). Таким образом, в субаэральных гидротермальных системах растворы нескольких различных генетических типов могут в силу высокой кислотности или солености нести минерализацию Си, Zn и Pb.
Из всех изученных океанских гидротерм лишь термы Матупи-Харбор отличаются увеличением по сравнению с морской водой концентрации сульфат-иона, что может быть следствием прямого влияния кислых вулканических вод. Для большей части океанских гидротерм, включая все гидротермы океанских рифтов, ни геологические условия нахождения, ни состав не дают оснований для предположения о наличии значимых юве-нильных примесей. Господствующая концепция формирования вод этого типа за счет высокотемпературного взаимодействия морской воды с породами в недрах гидротермальных систем базируется в первую очередь на многочисленных экспериментальных результатах (Mottl, 1983). Данные изучения теплового потока (Lister, 1980), прямые результаты режимных наблюдений в скважинах глубоководного бурения (Williams е.а, 1986) и изотопные характеристики кислорода измененных океанских базальтов (Elthon, 1981) доказывают реальность конвекции морской воды по трещинным зонам в океанической коре.
Первая попытка изучения современной активной океанской рудообра-зующей гидротермальной системы бурением (139-й рейс ODP в северной части хр. Эндевор, 1991 г.) позволила доказать существование конвекции морской воды по данным гидрохимии. Аномальный, близкий к морской воде состав поровых вод подповерхностных горизонтов вблизи разломов, ограничивающих рифтовую долину, указывает на загрузку придонных вод в конвективную систему по этим разломам. Поровые воды, насыщающие породу на глубине между зонами загрузки и разгрузки гидротермальной системы по составу весьма близки к гидротермам курильщиков.
Цельное представление о формировании океанских гидротерм можно получить, только рассмотрев его совместно с вопросом о вторичных гидротермальных изменениях пород в океане. Недостаток прямой информации о зональности вторичных изменений пород в разрезе современной океанической коры вынуждает обращаться к их палеоаналогам, которые доступны детальному изучению в естественном залегании в офиолитовых разрезах континентов. При изучении колчеданоносньи офиолитов были обнаружены эпидот-кварцевые породы, отвечающие температурам взаимодействия с водой 350°—400°С и отличающиеся мощным выносом рудных элементов (Richardson е.а, 1987). Так, из эпидозитов офиолита Гроодос на Кипре, соответствующих по положению в разрезе основанию дайкового комплекса непосредственно над габбро (т.е. непосредственно над магматическим очагом), вынесено 90% содержавшейся в исходной породе меди, 50% цинка, большое количество железа.
Околорудные зоны выщелачивания традиционно рассматривались в учении о колчеданных месторождениях суши как один из источников рудного вещества залежей. Однако, как показали выполненные в свое время подсчеты, количество вынесенных из них металлов недостаточно для формирования рудных скоплений. Лишь современные модели, основанные на представлениях о связи происхождения рудообразуюших растворов с гидротермальным по своей природе зеленосланцевьш метаморфизмом, затрагивающим огромные объемы коры, позволяют указать реальный в количественном отношении источник рудного вещества. Объемы пород, из которых могли быть вынесены рудные компоненты при формировании месторождений суши, определяются в n х 10ю—n х Ю м (Кривцов, 1981). Обширные ореолы выноса Си, Zn, Pb, Ва, Со могут служить поисковыми признаками колчеданного оруденения на Урале (Baranov е.а., 1988).
В целом гидротермы, формирующие сульфидную Fe-, Cu-, Zn-, Pb-ми-нерализацию на суше и в океане, образуют, независимо от генезиса единый ряд по солености и кислотности—от кислых вулканических вод до слабокислых высокоминерализованных хлоридных рассолов. Крайние члены этого ряда соответствуют типам гидротерм, с которыми связано образование сульфидов железа и полиметаллов в гидротермальных системах суши и, реже, прибрежных частей океана. Промежуточное положение занимают рудообразующие гидротермы океанских рифтов, с которыми связаны все открытые к настоящему времени проявления массивных сульфидных руд, представляющие собой метаморфизованную морскую воду. pH растворов в значительной степени определяют их возможности в отношении выщелачивания рудных компонентов, а общая минерализация, прямо связанная с концентрацией хлорид-иона—в отношении переноса рудных компонентов, осуществляемого для перечисленных металлов в форме хлоридных комплексов (Эллис, 1982).
Доля магматического компонента в растворах океанских рифтов ниже предела разрешения изотопных методов—5% (Bowers, Taylor, 1985; Merlivat е.а., 1987). Попытка конкретной оценки этой доли была предпринята диссертантом с использованием следующих приемов (С.Г.Краснов и др., 1986 г.). Во-первых, мы подразделили задачу на две, попытавшись определить, с одной стороны, какова может быть доля ювенильной примеси в гидротермальном растворе, а с другой—в какой мере ювенилъная составляющая насыщена рудными металлами. Во-вторых, за невозможностью получения точных оценок мы постарались получить их верхние возможные пределы.
Для решения первой из двух частей задачи необходимо прежде всего сравнить поток воды, поступающей из мантии, и общий поток воды в гидротермах СОХ. Мантийный (ювенильный) поток, оценивался по балансу поступления воды в Мировой океан, основанному на реконструкциях глобальной эволюции Земли и по содержаниям воды в океанских магмах, общий поток воды в гидротермах—по расчетам теплового баланса Земли. Затем металлоносность океанских гидротерм сравнивалась с содержаниями тех же рудных элементов в наиболее обогащенных ими природных растворах. В итоге выяснилось, что никакие известные на Земле самые богатые металлами термальные растворы не могли бы при смешении с морской водой в реальных пропорциях обеспечить наблюдаемые в океанских гид-
ротермах концентрации Fe, Мп и Си. Б окончательлом виде геохимические расчеты, отвечающие тем же общим принципам решения задачи, были выполнены Д.В.Гричуком (Гричук, Краснов, 1989). При этом оценка доли магматогенного флюида была дополнительно выполнена по балансу тепла в гидротермальной системе и по потоку углекислоты, а металлоносности магматического флюида—по коэффициентам распределения элементов в системе расплав - флюид.
Локальная оценка доли магматогенного флюида по балансу тепла была получена путем сравнения количества морской воды, требуемой для охлаждения единицы массы базальтового расплава, с количеством летучих, растворенных в этом расплаве. Оценка доли магматогенного флюида по потоку углекислоты основывается на сравнении данных о содержаниях СОг в магматогенных флюидных включениях в базальтах, где он преобладает над всеми другими компонентами, и в гидротермах. Оценки, полученные тремя независимыми методами, показывают, что доля магматических флюидов в гидротермах СОХ чрезвычайно мала и не может превышать 0,On—0,п%. Соответственно, их роль в формировании гидротерм СОХ незначительна.
При использовании для ответа на вторую часть вопроса—о возможностях переноса рудных метачлов магматическими флюидами, данных о коэффициентах распределения элементов в системе флюид—расплав выяснилось, что доля магматогенной составляющей в гидротермах для обеспечения их металлоносности должна была бы составлять не менее нескольких процентов. Оценка металлоносносги ювенильных флюидов fia основании определений металлоносности вулканических эксгаляцнй Большого Трещинного Толбачинского извержения пооказала, что обеспечение необходи-моых концентраций Си и Zn в гидротермах СОХ потребовало бы содержания в них нескольких десятков процентов флюидов "толбачинского" типа.
Из всех расчетов следует вывод, что для обеспечения наблюдаемой металлоносности океанских гидротерм по Си, Zn, Ag, Pb, не говоря уже о Fe и Мп, минимальная доля в них ювенильных флюидов должна была бы составить п—п х 10%. Подобные количества флюидов должны были бы надежно фиксироваться изотопными методами. Максимально возможная реальная доля магматогенного флюида на один—два порядка ниже. Анализ, таким образом, показывает, что в исследованных гидротермальных системах СОХ роль ювенильных флюидов в рудогенезе невелика. Более значительное участие эндогенных вод в гидротермальных процессах возможно в активных океанических окраинах, где за счет дегидратации субдуцируемых метаморфизованных пород океанической коры ч осадков содержание воды в магмах островодужных зон возрастает до 2—4%. Однако какие-либо доказательства непосредственного привноса рудного вещества в этих зонах гидротермами глубинного происхождения пока отсутствуют. Находки в современных островодужных обстановках (например, в лагуне Матупи-Хар-бор) обогащенных сульфатом гидротерм показывают, ч-о в некоторых случаях ювенильные примеси в окраинно-океапичесгсих условиях, в принципе, могут оказывать влияние на рудообразование, если не за счет прямог о привноса металлов из магмы, то в связи с понижением рН растворов и увеличением их выщелачивающей способности под влиянием вулканических эмаиаций.
Вариации состава, выявляющиеся при сравнении гидротерм различных районов СОХ, и аномалии, иногда встречающиеся в пределах одного района, объясняются главным образом процессами фазовой дифференциации (Bischoff, Rosenbauer, 1987, 1988; Bowers е.а, 1985, 1988). При давлениях выше критического для морской воды, отвечающих глубинам более 3 км, дифференциация происходит путем отделения от раствора небольшого количества плотного высокоминерализованного флюида (Bischoff, Rosenbauer, 1984),а при меньших давлениях—за счет кипения. В связи с этим наибольший интерес представляет вопрос о глубинах, на которых возможно отложение массивных руд цветных металлов на поверхности дна или в неконсолидированных осадках. Эти глубины, видимо, должны исключать возможность существенного охлаждения растворов за счет кипения.
Основой расчета таких глубин (Краснов, 1987) могут служить кривая зависимости температуры кипгняя морской воды от давления и данные о температурах отложения сульфидов Си и Zn. В диссертации показано, что за счет кипения растворов перспективы формирования массивных цинковых руд на поверхности дна при глубинах моря, существенно меньших, чем 500 м, резко снижаются. Для сульфидов меди такая "критическая" глубина может оказаться близкой к 1500 м.
При глубинах моря в первые сотни метров (например, на расположенных близко к поверхности воды вершинах подводных вулканов) наиболее вероятно отложение гидротермальными растворами, сформированными на основе морской воды, на поверхности дна из сульфидных минералов только сульфидов железа. Действительно, рудная залежь, встреченная на глубине 400 м в вершинной части подводного вулкана Каиката-*в пределах Идзу-Бонинской дуги, имеет пиритовый состав (Urabe, 1989). Относительно высокотемпературные гидротермы северной вершины влк. ГГийпа, обнаруживающие следы кипения (Сагалевич и др., 3992), отлагают на поверхности дна в основном ангидрит с небольшой примесью пирита Основная часть рудного вещества, видимо, "потеряна" ниже, в толщах пород.
Формирование массивных колчеданных руд цветных металлов в условиях небольших глубин потребует существенно иных по составу (и, видимо, других по происхождению) растворов, например, с более высокой кислотностью или соленостью. Такие примеры в современном океане пока не известны.
Глава 2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО РУДООБРАЗОВАНИЯ НА РИФТОВЫХ ОКЕАНИЧЕСКИХ ХРЕБТАХ
По результатам вычислительного моделирования установлено (Сапп, Strens, 1982), что главным условием высокотемпературной гидротермальной деятельности и рудообразования в океане является наличие магматических очагов на глубинах, близких к глубинам гидротермальной конвекции. Согласно результатам сейсмических наблюдений, магматическая камера, трассируемая под осью ВТП на глубинах 1-3 км, прерывается в зонах трансформных разломов и нетрансформных смещений (Macdonald е.а., 1991). Под нарушениями сплошности оси меньших масштабов—девелами скорее всего находятся пережимы камеры, затрудняющие смешение магм и объ-
ясняющие небольшие различия между базальтами соседних отрезков осевой зоны (Langmuir е.а., 1986).
Эмпирические закономерности, связывающие особенности тектонического строения отдельных участков БТП и распределение сульфидных руд и дающие возможность прогноза оруденения по батиметрическим данным, были выявлены независимо К.Макдональдом и И.М.Порошиной. Благоприятные для развития высокотемпературной гидротермальной деятельности участки поднятия, под которыми коровая магматическая камера хорошо развита и приближена к поверхности, отличаются широким (трапециевидным или куполообразным) поперечным профилем осевого блока и наличием выраженного осевого грабена. Наоборот, для относительно опущенных безрудных участков характерен треугольный поперечный профиль осевого блока, грабен очень слабо выражен или отсутствует. Различия в характере поперечного сечения отдельных сегментов ВТП объясняются изоста-тическим поднятием осевого блока над зоной частичного плгвления в коре, проявленной в различной мере.
В диссертации приводится модель, объясняющая связь между параметрами магматической камеры и наличием грабена. Осевой грабен линейного вулкана ВТП представляет собой структуру коллапса, сравнимую по своей природе с кальдерами вулканов центрального типа. Максимальная высота, на которую может подниматься магма при формировании осевого вулкана, связана, по изостатическим.причинам, с глубиной до кровли магматической камеры (Vogt, 1974). В периоды, когда коровая камера увеличена и максимально приближена к поверхности (наиболее благоприятные для рудооб-разования), уровень подъема лавы ниже, чем в "холодные" периоды. Грабен, если его формирование началось при более глубоком уровне кровли камеры, не сможет целиком заполниться лавой (по крайней мере, до следующего периода застывания камеры), и будет только расширяться за счет спрединга. Отсутствие грабена на каком-либо участке поднятия означает тогда, что кровля коровой камеры находится в настоящее время на этом участке глубже, чем в любой иной момент за период порядка 104 лет, за который сформировалась современная осевая зона.
Глубина кровли камеры, таким образом, "записывается" в рельефе осевой зоны, и гидротермальное оруденение следует прежде всего ожидать на тех участках, где наличие не заполненного лавой грабена указывает на высокое современное стояние магмы в коровой камере.
Данные работ НПО "Севморгеология" позволили установить, что указанные закономерности тектонического контроля гидротермальной рудо-носности ВТП в целом подтверждаются. Так, наиболее интенсивная гидротермальная деятельность в северной части поднятия сосредоточена в пределах сегмента между двумя нетрансформными смещениями на 12°37' и 12°54'с.ш., отличающегося морфологически обособленым осевым блоком с трапециевидным поперечным сечением. Субгоризонтальная вершинная поверхность осевого вулкана шириной 1 км осложнена осевым грабеном шириной 200-400 м и глубиной 10—50 м. В пределах сегмента ВТП к северу от зоны смещения на 12°54'с.ш. морфология осевой зоны существенно иная: осевой блок образует слабовыраженное пологое поднятие, сливающееся с фланговыми частями. Вулкан имеет треугольный попереч-
ный профиль, осевой грабен почти не выражен. Современная гидротермальная деятельность здесь развита гораздо слабее (Краснов и др., 1989).
На участке осевой зоны ВТП между 21°10' и 22°40'ю.ш„ изученном в 4-м рейсе НИС "Геолог Ферсман" (Краснов и др., 1988, 1992) выделяются три сегмента, разделенные зонами перекрытий центров спрединга вблизи 21°44' и 22°07'ю.ш. В пределах наиболее приподнятого северного сегмента осевое поднятие представляет собой обособленный монолитный хребет трапециевидного сечения. Глубины над гребнем хребта изменяются незначительно и незакономерно (2740—2770 м). Повсеместно отчетливо выражен осевой грабен шириной 700—1000 м. Осевое поднятие на более погруженных центральном и южном сегментах имеет форму, более близкую к треугольной, а осевой грабен, там, где он присутствует, значительно уже. Северный сегмент, благоприятный для рудообразования по морфоструктур-ным признакам, резко выделяется по интенсивности современной гидротермальной деятельности в его пределах. Здесь же была обнаружена большая часть открытых в районе проявлений сульфидных руд (Краснов и др., 1988).
В результате региональных работ, проведенных в 7-м рейсе НИС "Геолог Ферсман" между экватором и 11,5°с.ш., была подтверждена хорошая корреляция между указанными морфоструктурными признаками и рудоносно-стыо для всей северной части ВТП (О.В.Колосов и др., 1990 г.). В то же время, описанные закономерности связи между рудоносностло ВТП и морфоструктурой осевой зоны являются статистическими. Одиночные ру-допроявления могут быть обнаружены в пределах ВТП на большей части его длины, что связано с наличием коровой магматической камеры, развитой в различной степени, примерно на 60% общей протяженности поднятия (Бейтск е.а., 1987, 1992).
С закономерностями тектонического контроля рудоносности связаны и тенденции преимущественного развития лав определенных морфологических типов на рудоносных участках. Фотопрофилирование, проведенное в 4-м рейсе НИС "Геолог Ферсман", показало, что описанный выше приподнятый рудоносный сегмент, лежащий к северу от 21°40'ю.ш., отличается также доминированием в пределах грабена над подушечными лавами покроешь и лопастных разностей, слагающих лавовые озера. За пределами грабена распространенность коллапсировавших озер резко снижается.
Различия в морфотипах лав океанских рифтов являются следствием различий в температуре поступающих на поверхность базальтовых расплавов. При неглубоком залегании кровли коровой камеры магма, поднимающаяся к поверхности дна, не успевает остыть и разливается по дну в виде базальтового озера. Магма, поднимающаяся к поверхности из более глубокого очага, успевает охладиться и за счет кристаллизации приобретает повышенную вязкость. Вместо покровов образуются потоки подушечного строения. Каждый период вулканической активности, как правило, завершается за счет частичной кристаллизации камеры излиянием подушечных лав, которые перекрывают ранее образованные покровные. Поскольку на флангах рифта на поверхности дна всегда находятся лавы, соответствующие завершенным вулканическим эпизодам, вероятность встретить лавовые озера здесь невелика.
Различия, отмечаемые в химическом составе базальтов осевой зоны ВТП, связываются обычно как с первичными неоднородностями состава мантии, из которой выплавляются базальты, так и, в значительной степени, с дифференциацией толеитовой магмы в коровых камерах при ее вдольосе-вой миграции (Thompson е.а., 1985). Миграция в коровых камерах происходит в направлении от участков, где магма подается снизу, из подкоровых зон плавления, тяготеющих к центральным частям спрединговых отрезков, к концам этих отрезков, ограничивающим их смещениям. Наиболее примитивные высокомагнезиальные лавы формируются в центральных, приподнятых частях отрезков осевой зоны.
Материалы, полученные по северной части ВТП, показали, что участок наиболее интенсивного рудообразования вблизи 13°с.ш. совпадает с зоной развития в оси поднятия наиболее примитивных лав, выраженной резким повышением концентрации Mg. Петрографически по данным Г.Н.Старицы-ной эта зона выражается развитием оливинофировых, оливин-плагиофиро-вых и афировых оливиновых базальтов. По результатам 7-го рейса НИС "Геолог Ферсман", рудоносные участки вблизи 3°35' и 9°40'с.ш. отличаются несколько повышенными содержаниями Mg в базальтах по сравнению с соседними безрудными. Наоборот, рудные районы 10°50' и 11°30'с.ш., закартированные американскими исследователями, не обнаруживают аномалий по магнию.
Приблизиться к пониманию связи между процессами тектонической эволюции, магматизма и рудообразования в осевой зоне ВТП помогают наши данные по району 21°ю.ш. Три изученных сегмента осевой зоны, включая северный рудоносный, характеризуются в целом сходными средними концентрациями MgO в базальтах. В пределах северного сегмента, однако, значимо различаются лавы двух его опробованных участков, находящихся, соответственно, в центре и на южной оконечности сегмента. Каждый из этих участков содержит крупные скопления сульфидных руд, но современная гидротермальная активность, как видно из результатов гидрохимического опробования и гидрофизического зондирования придонных вод, сосредоточена прежде всего на южной оконечности сегмента. В то же время, максимальная металлоносность поверхностного слоя осадков, как установлено ГЛ. Черкашевым в результате пересчета концентраций Fe и Си на бескарбонатно-безэдафогенную составляющую, характерна для центральной части сегмента.
Фланги центральной части, до расстояния, по крайней мере, 10—12 км от оси, практически лишены крупных разрывных нарушений. Они отличаются от флангов южной оконечности сегмента, южнее 21°33'ю.ш., относительно уплощенным рельефом. В 8 км к востоку от оси на 21°29'ю.ш. расположен фланговый вулкан центрального типа. Эти признаки хорошо объясняются с точки зрения представления об избыточном магматизме центральной части сегмента, т.к. известно что крупные магматические излияния в оси поднятия могут приводит» к сглаживанию флангов, заливаемых обширными лавовыми покровами. Приосевые подводные горы также часто играют роль "клапанов" для отвода от линейного осевого вулкана избыточной магмы.
Фиксируемые взаимоотношения между магматизмом и рудообразовани-ем лучше всего отвечают представлению о вдольосевом смещении зоны
гидротермальной активности во времени. Область подачи магмы из подко-рового резервуара находится в центре сегмента. Над ней наблюдается избыточный вулканизм, лавы имеют наиболее примитивный состав. Здесь же сразу после начала последнего магматического цикла (судя по ширине грабена 1 км при скорости спрединга 17 см/год - несколько тысяч лет назад) началась активная гидротермальная деятельность, фиксируемая повышенной металлоносностью поверхностного слоя осадков и формированием сульфидных скоплений.
Вдог.ьосевой магматический поток в коровой камере, формирующийся здесь же, над областью магматического питания, достиг южного конца спредингового сегмента с определенной задержкой. Соответственно, здесь позже проявилась гидротермальная активность, максимум которой приходится на настоящее время. Связана она уже с несколько более дифференцированными базальтами, чем в центре сегмента, в силу латеральной миграции магматического потока. Над южным концом сегмента отмечается максимум в аномальном магнитном поле, который может трактоваться как свидетельство наличия на этом участке наиболее молодых базальтов (Гуре-вич, 1991).
Рассмотренные случаи 13°с.ш. и 21°ю.ш. дают два примера взаимоотношений между магматизмом и гидротермальной деятельностью на ВТП. Приподнятый рудоносный (и, возможно, наиболее продуктивный на севере ВТП) сегмент между 12°37' и 12°54'с.ш. отличается содержаниями Мё в лавах, самыми высокими для всей северной части поднятия. Это свидетельствует о возможном нахождении под осью в этом месте мощной зоны магмогенерации и транзитной подачи магмы в кору, вызывающей активную гидротермальную деятельность и приводящей к высокой насыщенности всего короткого отрезка сульфидным оруденением. Относительно длинный приподнятый сегмент на юге ВТП, изученный между 21°10' и 21°40'ю.ш., насыщен сульфидными рудами как в центральной части, лежащей над предполагаемой зоной мантийного магматического питания, так и на южной оконечности, где, за счет вдольосевого перемещения магмы в коровой камере, базальты даже более дифференцированы, чем на соседних сегментах.
Таким образом, тектонические (морфоструктурные) признаки рудонос-ности (приподнятое положение участка в продольном профиле осевой зоны, широкий поперечный профиль осевого блока, наличие грабена) коррелируют с объемом коровой магматической камеры. Два магматических признака четко различаются по своему геологическому смыслу. Наличие покровных и лопастных лав указывает на малую глубину кровли коровой камеры. Этот признак не является абсолютным, но, как и тектонические признаки, исключительно четко коррелирует с рудоносностью, поскольку малая глубина залегания камеры всегда благоприятно сказывается на рудо-образовании. Контрастные аномалии содержаний в лавах могут быть связаны с высокой интенсивностью магмогенерации (район 13°с.ш.), а небольшие аномалии—просто с локализацией восходящего магматического потока непосредственно под опробуемым участком (21,5°ю.ш.). Первый случай, по-видимому, благоприятен для рудообразования, второй же не дает участку никаких особых "преимуществ". Для гидротермального рудообразования может быть важен суммарный магматический бюджет участка, а не конкретный (вертикальный или латеральный) способ подачи магмы.
Региональными работами, проведенными в последние годы на САХ силами НПО "Севморгеолсгия" (О.В.Колосов и др., 1988 г.; Р.В.Касабов и др., 1989 г.; Б.Н.Батуев и др., 1991 г., и тд.) подтверждено, что гидротермальные рудные поля имеют здесь гораздо меньшую распространенность, чем на ВТП. Это вполне согласуется с различиями, существующими между двумя структурами в масштабах вулканизма. Спрединг на САХ носит в основном амагматический характер и связан с растяжением коры, образуемой в течение относительно кратких магматических эпизодов (Казьмин, Борисова, 1992). Закономерности контроля рудоносности будут, естественно, иными, чем на ВТП.
Проявления высокотемпературных гидротерм и сульфидных руд размещаются на САХ в существенно различных морфоструктурных обстановках. Гидротермальное поле МАРК ("Снейк-Пит") расположено в осевой части рифтовой долины вблизи 23°22'с.ш., в пределах грабеноподобной структуры в вершинной части очень крупной, массивной вулканической гряды. Гидротермальная деятельность поля ТАГ сосредоточена в пределах ступени днища рифтовой долины, примыкающей к восточной стенке, между 26°07' и 26°1Гс.ш. Особенностью этого участка является его приуроченность к седловинообразному повышению дна долины. Основная, хорошо проявленная в рельефе экструзивная зона находится здесь в центральной части долины. Наиболее молодые базальты известны в пределах рудоносной ступени восточного борта (Лисицын и др., 1990). Они не образуют единой морфологически выраженной экструзивной зоны, но слагают отдельные базальтовые холмы, к которым и приурочены сульфидные рудопроявления.
Принципиальное значение с точки зрения контроля рудоносности поля ТАГ может иметь взаимное расположение экструзивных зон. Современная экструзивная зона поля ТАГ, почти не выраженная в рельефе, является южным продолжением мощной линейной экструзивной гряды на отрезке к северу от 26°1Гс.ш, где долина смещена примерно на 4 км к востоку. Перескок центра спрединга из средней части долины к ее западному борту может быть результатом магматической активизации на северном отрезке с частичным проникновением магмы южнее смещения 26°11'с.ш. Кроме того, зона гидротермальной разгрузки находится на пересечении со сбросом, образующим борг рифтовой долины, небольшого разлома широтного простирания.
Главнейшие геологические условия локализации высоо'котемпературных гидротерм поля ТАГ практически полностью повторяются вблизи 24°30'с.ш., где на поверхности дна у восточного борта долины в 5-м рейсе НИС "Геолог Ферсман" также обнаружено сульфидное оруденение.
Морфотипы лав, указывающие на близость коровой магматической камеры, в целом гораздо менее характерны для САХ, чем для осевой зоны ВТП. В то же время на известных рудоносных участках САХ покровные лавы и структуры коллапса встречаются в непосредственной близости от сульфидны:: построек. Их относительная редкость, как и малая распространенность гидротермальных полей, связана с тем, что развитые коровые камеры, органически присущие осевой зоне ВТП, на САХ формируются лишь в определенных специфических обстановках.
Сульфидное оруденение вблизи 15°с.ш. (Roña е.а, 1988), как и в районе 24,5°с.ш., ассоциирует с гипербазитовыми куполами. Локализация гидро-.
терм объясняется наличием проницаемых зон в коре, связанных с поперечными нарушениями. Вероятно, гидротермальная циркуляция идет по тем же ослабленным зонам, по которым могло произойти "выдавливание" на поверхность протрузий серпентинитов.
Пример другой, по-видимому, более редкой обстановки рудообразования в долине САХ дает поле МАРК, где наличие аномально мощной осевой экструзивной зоны указывает на кратковременный эпизод весьма активного вулканизма, сопоставимого по масштабу с вулканизмом ВТП.
Таким образом, принципиальное различие между условиями локализации оруденения на быстроспрединговом ВТП и медленноспрединговом САХ заключается в следующем. На ВТП, где происходит "нормальный" снрединг с постоянным заполнением магмой промежутка между раздвигающимися плитами и подачей избытка ее на поверхность для формирования базальтовых лав, коровые магматические камеры постоянно существуют на большей части общей длины поднятия. В этих условиях любые нарушения сплошности оси приводят к дополнительному конвективному охлаждению коры циркулирующей по трещинам в зонах этих нарушений морской водой и неблагоприятно сказываются на рудоносностп.
Для формирования развитых коровых камер на САХ нужна или аномально интенсивная магмогенерация (случай поля МАРК), или, судя по особенностям локализации оруденения на других участках—наличие проницаемых зон, по которым магма из подкорового пространства могла бы проникать на минимальную глубину к поверхности дна. Таковыми могут служить краевые разломы рифтовой долины—в тех случаях, когда с ними совмещаются по простирания экструзивные грады—зоны магмогенерации смежных сегментов. Еще более благоприятные условия для подъема магмы в кору возникают в случае, когда эти краевые разломы секутся поперечными нарушениями. Особое значение разломов для локализации приповерхностных (проникающих в зону даек—слой 2В коры) интрузивных тел, контролирующих вышележащие зоны интенсивного гидротермального изменения (эпидотизации) пород и оруденение, отмечалось в рудоносных офиолитах Кипра (ВеН^оп-УагЕа е.а., 1992).
Среди хребтов со средними скоростями спрединга (4—6 см/год), в пределах которых известны сульфидные рудопроявления, существуют хребты, по морфологическим особенностям сходные как с быстроспрединговы-ми (южная часть хр. Хуан-де-Фука), так и с медленноспрединговыми (северная часть хр. Горда). Можно предполагать, что различия в стиле тектонического развития и отвечающие им различия в характере и локализации гидротермального оруденения отвечают известным (Веауегеоп е.а., 1991) различиям в магматическом бюджете этих хребтов. Очевидно, что именно количество выплавляемой магмы играет важнейшую роль в формировании промежуточных (коровых) магматических камер, и, следовательно, в гидротермальном рудообразовании.
Глава 3. СУЛЬФИДНЫЕ РУДЫ И ИХ ФОРМИРОВАНИЕ
В начале главы приводится морфологическая характеристика рудных скоплений, иллюстрируемая материалами фотопрофилирования. Массивные рудные тела, залегающие на поверхности дна в рифтовых зонах океана,
в большинстве случаев имеют изометричпую конфигурацию. Мелкие, высотой до нескольких метров, рудные постройкп бывают разнообразной, чаше всего неправильной формы, которая может аппроксимироваться конусом (классические "черные курильщики"), иногда цилиндром (рудные столбы), шаром и т. д. Подобные мелкие постройки представляют собой единственный тип сульфидных залежей, характерный для внутренних частей осевых грабенов быстроспредингового ВТП, где образуют множественные скопления. По результатам фотопрофилирования, проведенного в рейсе 4 НИС "Геолог Ферсман" в районе 21°20'—2 ГМО'ю.ш. ВТП, на 1 км длины осевого грабена приходится до 20-25 и более рудных построек диаметром от 3 до 30 м, высотой от 5 до 50 м. Общая длина рудной зоны достигает при этом 40 км.
Рудные постройки, находящиеся в процессе роста, бывают, как правило, увенчаны трубообразными апофизами. Обломки труб, периодически обру-шающихся в процессе развития залежей, цементируются более поздними сульфидами и составляют цоколи ("пьедесталы", "базальные холмы"). Форма рудных тел все более приближается при этом к холмообразной (усеченный конус). Такие крупные (до 70 м в высоту и 250 м в поперечнике по основанию) тела, характерные прежде всего для рифтовых зон с низкими, иногда средними скоростями спрединга, в условиях продолжающейся гидротермальной деятельности сами могут нести па своей поверхности (чаще всего в верхней выровненной части) небольшие постройки типа конических курильщиков.
К уплощенным, плаще- и тастообразным телам относятся залежи массивных руд на некоторых приосевых подводных горах, обычно достаточно крупные (до 500x800x3 м). По отдельным обнажениям реконструируется пластообразная форма крупнейших сульфидных залежей, обнаруженных в краевых частях перекрытых толщами осадков приконтиненталь-ных участков рифтовых долин. Например, в троге Эсканаба хр. Горда выходы сульфидных руд имеют протяженность 100 м и более и высоту 50 м. Своеобразную морфологическую разновидность плащеобразных рудных залежей представляют шлаковидные рудные корки, формирующиеся за счет импрегнации сульфидами пористьтх андезитов в южной части трога Лау.
К основным рудообразующим минералам океанских сульфидных залежей относятся обычно пирит, марказит, халькопирит, сфалерит, вюртцит, пирротин, изокубанит (в окраинно-океанических обстановках—также галенит), а к нерудным—опал, барит и ангидрит. Определенным своеобразием минерального состава отличаются рудные постройки, формирующиеся на осадочном чехле в некоторых приконтинентальных районах (Калифорний. ский зал., хр. Горда, Эндевор). 3,~есь на фоне широкого развития нерудных (баритовых, опаловых, кальците .ых) образований главной первичибй сульфидной фазой является пирротин, в значительных количествах присутствуют галенит, сульфосоли Аз и ЭЬ.
Вопросы минералогии океанских сульфидных руд рассмотрены в работах многих отечественных (Г.Н.Батурин, Ю.А.Богданов, Л.И.Бочек, А.Г.Зло-тник-Хоткевич, Л.МЛебедев, АЛОЛейн, Т.Н.Шадлун, В.Н.Шарапов, ВААкимцев, Т.В.Степанова, КГ.Муравьев и др.) и зарубежных авторов. В
главе приведено краткое минераграфическое описание главнейших типов руд, встреченных на САХ и ВТП в рейсах НПО "Севморгеология", необходимое для понимания геохимических особенностей и генезиса оруденения.
Первоначальная систематизация образцов проведена по текстурно-морфологическим признакам. Для рудных труб характерна контрастная минералогическая зональность. В мелких и во внешних частях крупных построек выделяются пористо-кавернозные пирит-сфалерит-марказитовые агрегаты. На ВТП они обычно связаны со скоплениями фауны, по которой образуют псевдоморфозы, и возникают в тех случаях, когда флюид просачивается через пористые массы органогенных остатков, постепенно их замещая. Сложены в основном колломорфными и колломорфно-гюлосча-тыми сульфидами Бе и Zn, обрастаемыми тонкокристаллическим пиритом, марказитом, сфалеритом.
Для крупных тел, прежде всего их центральных частей, характерны массивные пиритовые и пирит-халькопирипговые агрегаты. Они возникают в основном во внутренних частях рудных тел за счет заполнения пустот более поздним пиритом и (или) халькопиритом при медленном просачивании флюида через уже сформированные пористые руды. В крупных рудных глыбах, поднятых в районах 9°с.ш. ВТП и ТАГ, видно, что степень заполнения пиритом и халькопиритом каверн в первичных пирит-марка-знт-сфалеритовых рудах увеличивается в глубь рудного тела. Наиболее плотные и массивные руды формируются в тех случаях, когда происходит перекристаллизация колломорфных агрегатов и возникает либо мономинеральная гранобластовая пиритовая руда, либо пойкилобластовая, в которой кубики пирита погружены в крупнокристаллический халькопирит. Содержания цветных металлов в агрегатах этого типа обычно относительно низки: Си до 5, реже до 8%, Zn всегда ниже 1-2%. Образования, маркирующие более высокотемпературные подводящие каналы, представлены специфической пиршп-изокубаншповой ассоциацией.
Таким образом, из двух основных типов рудных агрегатов, слагающих тела сульфидных построек на базальтах тихоокеанских и атлантических рифтов, один (пири'г-марказит-сфалеритовый) является первичным и вместе с обломками труб образует каркасы построек, а другой (пирит-халько-пиритовый)—вторичным, и формируется при наложении соответствующей минерализации на ранее образованные руды, сопровождающейся заполнением пустотного пространства, а иногда—перекристаллизацией. С поздним этапом формирования рудных тел связано и образование пирротин-изоку-банитовой ассоциации подводящих каналов в массивных рудах. В строении мелких рудных построек, преимущественно развитых в осевых частях тихоокеанских рифтов, вторичные процессы еще не успели пооявитьг.я.
Особенности химического состава сульфидных руд океанских рифтов рассматриваются на основании результатов статистической обработки данных анализа проб, полученных при драгировании и при направленном пробоогборе с ПОА в разных районах океана в ходе работ НПО "Севморгеология" и других организаций (по литературным источникам). Отдельные пробы отвечают, как правило, текстурно однородным рудным агрегатам и характеризуют преимущественно поверхностные части рудных тел.
Особенностью распределения Си и Zn в опробованных океанских рудах является исключительно резкая локальная изменчивость их концентраций, на уровне отдельных рудных построек и частей построек. При этом фракционирование металлов определяется в первую очередь различиями в температурных условиях формирования сульфидов меди и цинка. Минералы меди характеризуют высокотемпературные ассоциации и обогащают трубы тех рудных построек, на торцах которых измерены наиболее высокие температуры изливающихся гидротерм (Тоидие! е.а., 1988), и внутренние части крупных рудных тел, где повышение температур происходит главным образом за счет изоляции от морской воды (НекМап, Ро1щие1, 1985). Сульфиды цинка, осаждающиеся при умеренных температурах, в основном характерны для небольших построек (трубы, обогащенные Хп, пористые сульфиды), а также для внешних частей крупных построек. Руды сернокол-чеданного типа, в которых малы содержания Си и Ъъ, характерны для крупных залежей.
Опробованные руды мелких построек осевых частей тихоокеанских риф-товых хребтов быстрого и среднескоростного спрединга характеризуются преимущественно цинковым составом. При переходе к более крупным скоплениям в тех же структурных обстановках и в краевых частях рифтовых долин в рудах возрастает роль железа. Наконец, наиболее крупные залежи приосевых подводных гор ВТП и рифтовых долин хребтов медленного спрединга отличаются максимальной долей Ре в сумме металлов при медной специализации руд, определяемой не столько обогащением их Си, скол!ко резким снижением концентраций '¿.п. Аналогичные зависимости между составом и размерами залежей обнаруживались и при изучении отдельных рудных районов (13°с.ш. ВТП, Галапагосский хр.).
Результаты изучения ассоциативности элементов, выполненного с использованием статистических методов, приводят к выводу о существовании в рудах двух групп элементов. Группа 1, включающая Бе, Си, 5, Зе, Со, Мо, Сг, связанная с высокотемпературными парагенезисами и характерная для серно- и медно-колчеданных руд, и группа 2 — Ъл, РЬ, Сс1, ЁЬ, А& Аи, характерная для образований, отложившихся при более умеренных температурах (прежде всего цинково-колчеданные руды). Нерудные компоненты главным образом тяготеют к цинкообогащенным разновидностям, за исключением Са, для которого проявлена тенденция связи с Си в высокотемпературных ангидрит-халькопиритовых трубах.
Формы спектров РЗЭ несколько различаются, причем основные различия определяются районом опробования. Пробы из района 13°с.ш. ВТП обладают отчетливой положительной европиевой аномалией, концентрации Ьа и Се много ниже Ей, и отношение Ьа/УЬ не превышает 2. Спектры проб из Атлантики (поле ТАГ и район 24,5°с.ш.) отличаются резким превышением Ьа и Се над Ей, положительная аномалия которого также неустойчива. Отношение Ьа/УЬ колеблется от 7,2 до 28,7. Проведенное статистическое исследование, в котором РЗЭ рассматривались совместно с комплексом других элементов, определяемых методом И НАЛ, подтверждает дифференциацию РЗЭ на две группы: легкие, ¿а и Се, с одной стороны, и средние и тяжелые —с другой. Каждая из этих групп характерна для определенных районов. Особый интерес представляют связи легких лантаноидов с Аи и Ag.
По данным проведенного ранее (Наутоп, Козк1, 1988) сравнительного изучения особенностей распределения РЗЭ в древних сульфидных залежах из офиолнтоа Омана и океанских сульфиды ЫХ РУД района 21°с.ш. ВТП, при доминировании эпилога в составе измененных пород Ей отлагается в составе этого минерала и не обогащае ■ рулы. С этой точки зрения слабо выраженная европиевая аномалия в рудах крупных, длительно развивавшихся залежей САХ может означать, что пол ними с ходе гидротермальной циркуляции уже сформировались обширные зоны эпидотизации.
Аи, как и Аг, имея многочисленные корреляционные связи с разными элементами, в совокупное и, включающей все типы руд ВТП и САХ, в основном ассоциирует с группой Zn. Из всех известных залежей средин-но-океанических хребтов максимальными концентрац1 ями золота отличаются опробованные нами руды района 24,5"с.ш. '.АХ. Весьма высокая золотоносность характерна для сульфидов активной западной тихоокеанской окраины (Негаё е.а., 1990), где она может быть связана с региональным обогащением золотом пород. Серебро в первую очередь концентрируется г цинкообогащенных рудах ВТП и хр. Хуан-де-Фука.
Отдельно проведенный корреляционный анализ для цинково-колчедан-ных руд показал ассоциацию Ag с Ъп и Сс1. а Аи—с Ва и 51, т.е. серебро в подобных рудах тесно связано со сфалеритом, а золото—с наиболее низкотемпературными нерудными компонен гами.
Приведенная в работе геохимическая характеристика относится к рудам медно-цинково-колчеданной формации, залегающим на базальтах в осевых зонах океанических рифтов. Однако на основании аналогий между современными окраинно-океаничсскими обстановками, где широко развиты магматические породы другого состава, и древними обстановками рудообразо-ваппя еще в начале 80-х годов нами совместно с В.Е.Поповым прогнозировалось открытие в этих районах оруденения колчеданпо-полиметалличе-ской формации. При этом учитывались данные о составе некоторых изве-ст ных тогда эмбриональных сульфидных проявлений окраинных зон Тихого океана. Иуды, содержащие РЬ в качестве одного из главных компонентов, действительно были открыты в ассоциации г проявлениями магматических пород повышенной кислотности в Марианском троге и несколько ж зже в троте Окинава (НаШасЬ е.а., 1989).
Содержания компонентов в основных рудообразующих минералах, отобранных из руд разных типов в различных районах ВТП и САХ, определялись микрореитгеноспектральным анализом в аншлифах и методом И11АА в мономинеральных пробах, отобранных под бинокуляром . Характерная особенность сульфидов цинка, представленных в основном сфалеритом—значительные (в первую очередь для проб из цинковых руд) вариации содержаний в них Ее (от 1,5 до 18%). Это важное отличие от сфалеритов колчеданных месторождений суши, в которых макросостав более выдержанный. Статистическим исследованием с применением корреляционного и факторного анализов результатов ИНАА по 14 элементам установлено, что выборка сульфидов цинка отчетливо разбивается на две группы. Минералы первой группы, включающей в себя в основном почковидные сульфиды 7л\ района 13"с.ш. ВТП и мелкокристаллические района ТАГ (САХ), обогащены Ва, Аи, Ag, и, БЬ, Та, Аб. Минералы второй группы, представленной прежде всего образцами района 9°с.ш. ВТП, характеризуются повышенным
содержанием Со, Сг и тяжелых лантаноидов. Типична ассоциация сульфидов первой группы с марказитом, а в районе 13°с.ш. ВТГ1—иногда с пластинчатым гематитом. Относительная сбогащенность их и, содержания которого в гидротермах ниже, чем в морском воде, слабая выраженность Ей аномалии, присущей гидротермальным растворам, позволяют предположить, что эти сз'льфиды Zn отлагались при относительно сильном разбавлении гидротерм морской водой, скорее всего, в периферических частях рудных построек.
Халькопириты характеризуются составом, близким к стехьомстрическо-му, и обеднены наиболее распространенными а рудах элементами-примесями, за исключением Бе. Пиршпы в наибольшей степени концентрируют Со и Аз. Факторный анализ демонстрирует разделение проб на обогащенные и обедненные практически всеми микроэлементами. Обедненные пи-риты отобраны из медной серноколчеданных руд различных районов. Обогащены микропримесями пирнты из руд цинковой специализации.
Рассмотрение возможных, причин имеющихся различий в геохимической специализации массивных сульфидных руд разных районов океана предваряется их сопоставлением по химическому составу с исходными рудообразующьми гидротермами. Анализ, проведенный с использованием в£ех доступных данных, показал, что медиа;! или цинковая специализация океанских сульфидных руд не всегда связана с температурой или соответствующей специализацией рудосеразугащцх растисров. Основные причины различий в специализации обедненных свинцом руд океанских рифтов следует связывать с процессами геохимической дифференциации, происходящими уже на стадии рудоотложения. Главным фактором этой дифференциации является, очевидно, различие в эффективности осаждения из раствора разных металлов при рудообразовании.
Эффективность действия "черных курильщиков" в отношении формирования ими массивных сульфидных руд около 2% (Hekinian е.а, 1983). Остальная часть выносимого курильщиками рудного вещества рассеивается в придонной воде. Отношения концентраций Fe/Zn в рудах значительно ниже, чем в растворах. Следовательно, эффективность отложения Zn из растворов при формировании руд курильщиков резко превышает эффективность отложения Fe. Сравнение соотношений концентраций металлов в рудообразующих растворах и рудах "черных курильщиков" района 21°с.ш. ВТП показывает, что эффективность отложения других металлов также неодинакова: она максимальна для элементов, связанных в рудах с Zn (Cd, Pb), и заметно ниже для Со и Си.
Таким образом, Fe, Си и Со при струйном истечении гидротермальных растворов, сопровождающем формирование курильщиков, в наибольшей мере "проскакивают" барьер рудоотложения. Между тем, именно эти металлы относительно обогащают по сравнению с Zn и сопутствующими ему элементами более крупные залежи краевых частей осевого грабена ВТП, рифтовых долин медленноспрединговых хребтов и внеосевых подводных гор. Данные наблюдений свидетельствуют о том, что по мере роста залежей деятельность "черных курильщиков"—активное струйное истечение растворов через центральные части рудных тел—все в большей степени сменяется
диффузной разгрузкой гидротерм через трещины в уже сформированных рудах. Поскольку исходные гидротермы насыщены кремнеземом, образование опала в крупных рудных постройках свидетельствует о кондуктивном остывании рудообразующих растворов на завершающих стадиях их формирования.
На этапе диффузной разгрузки гидротерм естественно ожидать значительного повышения эффективности процессов рудоотложения, что и приводит к образованию крупных рудных скоплений. Состав формирующихся руд при этом уже в большей степени отражает соотношение концентраций металлов в рудообразующих растворах, что и фиксируется в резком повышении концентраций в рудах Бе, а также связанного с ним Со, и, вероятно, Си.
Другой причиной изменения соотношений металлов в составе крупных рудных тел по сравнению с мелкими может быть смена специализации растворов с 2п на Си на поздних стадиях развития гидротермальной, системы, установленная Д.В.Гричуком методом термодинамического моделирования и подтвержденная натурными наблюдениями (Краснов и др., 1990).
Степень обогащенности рудных агрегатов различных типов малыми элементами, в частности Аи, во многом, очевидно, определяется процессами вторичной перекристаллизации руд. Различие между концентрациями практически всех малых элементов в пиритах, с одной стороны, медной серно-колчеданных, а с другой—обогащенных цинком руд является, вероятно, следствием "вымывания" примесей при перекристаллизации рудных агрегатов ча поздних стадиях формирования построек.
С этой точки зрения объясняются, видимо, и особенности распределения Аи в рудах. Парадокс здесь состоит в следующем. Высокие по сравнению с ВТП концентрации Аи отмечаются в рудах Атлантики, для которых в целом характерна повышенная доля Си по отношению к 2п, хотя Аи концентрируется в сфалеритах и пиритах именно цинковых руд. Вероятно, концентрации Аи, как и большинства других малых элементов, в крупных залежах Атлантики формировались двухстадийно, причем решающим концентрационным фактором было осаждение во внешней зоне Аи, "вымытого" поздними растворами из всего объема рудной постройки, где происходило замещение первичных цинковых агрегатов пирит-халькопиритовыми. Решающим фактором в этом случае становилась длительность процесса ру-дообразования, обеспечившая концентрацию на поверхности, в цинковых агрегатах поздних стадий формирования постройки, Аи, рассеянного первоначально во всем объеме крупного рудного тела.
Эволюция вещественного состава океанских колчеданных руд в процессе роста построек определяется, таким образом, двумя основными факторами: (1) переходом от 2п к Си специализации растворов по мере проработки базальтов в недрах гидротермальной системы, служащих источниками металлов, и (2) сменой струйного истечения растворов этапа "черного курильщика" их медленным диффузным проникновением через уже сформированную руду, сопровождающимся, с одной стороны, увеличением эффективности рудоотложения (в первою очередь отложения Ре), с другой—перекристаллизацией рудных агрегатов в выносом 7л и большинства малых элементов во внешние части залежей и (или) в придонную воду. Наблюдаемые систематические различия в строении залежей различных тектонических обстановок определяются, видимо, разной всроят-
нос/пью прохождения ими полного цикла развития. Мелкие постройки, во множестве формирующиеся в условиях чрезвычайно высокой тектонической, магматической и гидротермальной активности на оси ВТП, большей частью уничтожаются или захороняются часто повторяющимися базальтовыми излияниями. Меньшая частота магматических излияний в пределах медленноспрединговых хребтов и приосевых гор ВТП может быть причиной более длительного функционирования существующих здесь гидротермальных систем. Это позволяет рудным постройкам достигать зрелой стадии развития, сопровождающейся мощной перекристаллизацией руд со сменой Ъп специализации на Си.
Появление в рудах, кроме Си и Ъп, существенного количества РЬ требует повышения его концентраций в выщелачиваемом гидротермами субстрате. Этот случай реализуется в окраинно-океанических условиях, где источниками свинца мо1уг быть породы кислого или среднего состава или залегающие на базальтовом субстрате осадки.
Влияние осадочного чехла, подстилающего сульфидные залежи в неко торых приконтинентальных обстановках, на процесс рудообразования рассмотрено на примере крупной сульфидной залежи района Миддл-Вэлли (хр. Эндевор), изученной в 139-м рейсе ОБР при участии автора. Залежь расположена в краевой части рифтовой долины, заполненной мощной (местами более 1 км) толщей плейстоценовых турбидитов. Морфологически она выражена выступающим над поверхностью осадков холмом диаметром 100 м и высотой 20 м. Залежь была вскрыта до глубин, соответственно, 64 и 95 м двумя глубокими скважинами (856 О и Н), так и не достигшими ее подошвы.
В разрезе скважины 856Н по минеральному составу выделяются следующие зоны (сверху вниз): (1) пирит-пирротин-сфалерит-магнетитовая (с доминирующим пиритом), (2) пирротин-пиритовая, (3) пиритовая (почти мономинеральная) и (4) пирротиновая. В скв. 856С вскрыты руды, примерно отвечающие по вещественному составу зонам 1 и 3. Пирротиновые разности здесь отсутствуют.
По химическому составу руд скважины 856 О и Н различаются существенно меньше, чем по минеральному. Отмечается приуроченность Ъа, большинства нерудных и малых элементов к верхам зоны 1, объясняемая "зонной чисткой", происходящей в процессе формирования залежи и приводящей, в частности, и к разделению Zn и Си.
Как и рудные тела, залегающие на осадках в других районах океана (Калифорнийский зал., хр. Горда), изученная залежь была первоначально сложена пирротином, который в ходе океанского гидротермального процесса образуется вместо пирита в более восстановительной среде. Первичные пирротиновые руды сохранились в самой нижней части скв. 856Н (зона 4). Более поздний наложенный процесс, связанный, видимо, с вторичной гидротермальной системой, возникшей в осадочной толще, привел к пиритизации в зоне 3, а также к формированию пирита и магнетита в зоне 1. Через проницаемые прослои турбидитов на разных горизонтах в разной степени метаморфизованная морская вода могла сбоку попадать в рудное "тело. В зоне 3 более горячий и преобразованный бессульфатный, НгЗ-обо-
гащенный раствор вызывал пиритизацию руд. В верхах залежи более окислительная реакция раствора допускала формирование магнетита за счет высвобождавшегося при пиритизации избытка Fe.
Вторичный характер пиритизации руд подтверждается тяжелым изотопным составом S пирита и обилием в измененных рудах талька, указывающими на участие в процессе, соответственно, сульфата и Mg морской воды. Металлы, обогащающие пиритизированную зону 3 (Pb,.As, Sb и др.), обычно накапливаются в океанских сульфидных рудах за счет выщелачивания из осадков. Специфические черты спектра РЗЭ зоны 3 (наличие Ей аномалии и отсутствие обогащения легкими РЗЭ), отличающие его от других зон, могут объясняться при этом выщелачиванием Ей и тяжелых РЗЭ из плагиоклазов турбидитных песков. Эти элементы избирательно накапливаются в плагиоклазах в магматическом процессе.
По аналогии с вторичными гидротермальными системами в осадочной толще впд. Гуаймас (Лисицын и др., 1990) можно предположить, что конвекция морской воды, вызвавшая поздние преобразования руд Миддл-Вэлли, связана с внедрением силлов, вскрытых бурением в осадочной толще.
Глава 4. РАССЕЯНИЕ РУДНОГО ВЕЩЕСТВА ВОКРУГ ОКЕАНСКИХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ СИСТЕМ
Влияние высокотемпературных гидротерм на состав глубинных вод и осадков на разных расстояниях от зон современного сульфидного рудооб-. разования изучено на многих участках рифтовых океанических хребтов Эксплооер (McConachy, Scott, 1987), Хуан-де-Фука (Baker, Massoth, 1987; Лисицын, ред., 1990), САХ (Nelsen е.а., 1986/87; Гордеев и др., 1992), ВТП в его северной (Краснов и др., 1989; Черкашев, 1990) и южной (Klinkhammer, Hudson, 1986; Краснов и др., 1992) частях. Вместе с тем, площадные съемки районов действия активных высокотемпературных гидротермальных источников (как по придонным водам, так и по поверхностному слою осадков) весьма немногочисленны. В диссертации на примере районов, где подобные работы проводились НПО "Севморгеология", рассмотрены самые общие закономерности рассеяния рудного вещества и охарактеризованы особенности гидротермальных ореолов, наиболее важные для решения практических задач локализации рудных полей.
Горячие растворы, разгружающиеся на поверхность океанического дна в осевых зонах рифтовых хребтов, в результате смешения с морской водой образуют в нижних слоях водной толщи плюмы, обнаруживаемые по аномальным гидрофизическим характеристикам (потенциальная температура, коэффициент ослабления света) и по особенностям состава вод. Плюмы имеют грибообразную в вертикальном разрезе форму. Их относительно узкие "ножки" представляют собой гравитационно неустойчивые структуры, струи придонной воды, "всплывающей" за счет наличия небольшой примеси горячих растворов, а обширные "шляпки"—устойчивые структуры смешения вод восходящих потоков с вмещающими водами той же плотности.
Модель формирования гидротермального плюма в Тихом океане была впервые описана на примере одного из участков рифтового хребта ЭнДевор
(ЬирЮп с.а., 1985). В диссертации соответствующая теоретическая модель впервые рассмотрена на Т—Б диаграмме для случая САХ, отличающегося устойчивым отрицательным градиентом солености в придонном слое. Показано, что влияние на придонные воды горячих растворов приводит в этом случае к такому кажущемуся парадоксальным явлению, как формирование в нескольких сотнях метров над дном отрицательной температурной аномалии. Реальность этой модели подтверждается результатами зондирования, выполненного в 15-м рейсе НИС "Академик М.Келдыш" на траверзе через поле ТАГ (Корчагин, Краснов, 1992).
Лучшим гидрофизическим индикатором плюмов, позволяющим картировать их с целью обнаружения гидротермальных источников, является коэффициент ослабления света, отражающий мутность вод. Характер распределения этого показателя по площади на участке быстроспредингового ВТП показан на примере района 21°20'—22°40'ю.ш. Выяснено, что аномалии достаточно высокой интенсивности могут в условиях юга ВТП протягиваться не менее, чем на 10-15 км от образующих их источников. Работы, выполненные вблизи гидротермального поля ТАГ на медленноспрединго-вом САХ (Тамбиев, Корчагин, 1992), показали, что размеры и интенсивность аномалии здесь гораздо меньше, чем на изученном нами участке ВТП.
Хотя большинство океанских высокотемпературнььх источников, видимо, выносит рудные и нерудные компоненты к поверхности дна почти полностью в растворенной форме, уже на самой поверхности, в момент смешения растворов с морской водой, начинается активное образование взвесей, представляющих "дым" курильщиков. В диссертации обобщены данные о составе взвесей гидротермальных плюмов разных районов океана. В большинстве районов в непосредственной близости от источников во взвесях преобладают сульфиды Бе—в первую очередь пирротин. За ним по распространенности чаще всего следует халькопирит. Сульфиды Zn доминируют в районе 44°с.ш. хр. Хуан-де-Фука, отличающемся цинковой специализацией гидротермальных растворов. Взвеси в гидротермальных струях в первых десятках метров над источниками в целом сохраняют первичный состав, хотя роль сульфидов Си здесь, видимо, несколько снижается, а Хп возрастает.
Состав взвесей коренным образом меняется в пределах первого километра или, максимум, нескольких километров от источников. Сульфидные зерна практически полностью осаждаются. Во взвесях начинают доминировать мелкие (до 2 мкм) частицы гидроокислов Ге, формирующиеся уже в водной толще за счет гидролиза и флокуляции растворенного в гидротермах металла. В районах наших исследований на расстояниях, измеряемых километрами или, максимум, первыми десятками километров от гидротермальных источников, Мп присутствует в ореолах, главным образом, в растворенной, а Ре—во взвешенной форме.
Комплексный гидрохимический ореол рассеяния металлов (Ге, Мп, Си, Zn) в глубинных водах океана, отвечающий гидротермальному плюму, был впервые описан В.В.Гордеевым и соавторами (1979) для района 86°з.д. на Галапагосском хребте по результатам 14-го рейса НИС "Дмитрий Менделеев". В диссертации гидрохимические ореолы рассеяния гидротерм рассмотрены на участках площадных съемок НПО "Севморгеология" вблизи гидротермальных полей 13°с.ш. и 21°ю.ш. ВТП и поля ТАГ на САХ.
В районе 13°с.ш. ВТП гидрохимическая наиболее четкую картину рассеяния от гидротермальных источников демонстрируют данные по Ъп, относящиеся к интервалу глубин 2450-2700 м. Доминирует широтная составляющая разноса, причем определить восточную границу ореола рассеяния взвешенного 7м не удалось.
По району 21°ю.ш. ВТП, картина, наиболее близкая к распределению коэффициентов ослабления света, характерна для распределения Ревзв. и Мпр.. Достаточно близкий, но менее контрастный характер имеет распределение по площади работ Рер.. Содержания Рер. (дс. 370 мкг/л в одной из проб), резко превышающие его концентрации во всех других точках опробования, обнаруживаются в непосредственной близости от горячих источников, там, где выносимое ими Ре не успевает перейти во взвесь.
Данные 3-го рейса НИС "Геолог Ферсман" по площадному картированию гидротермального плюма активного курильщика поля ТАГ были обработаны С.М.Сударикоаым. Плюм оказался вытянут на 14 км к юго-юго-западу от источника по направлению преобладающего придонного течения, ориентированного вдоль борта долины. Наиболее контрастно он проявлен по концентрациям МпР..
Роль литохимических ореолов рассеяния ¿-дцротермального вещества в океане играют поля развития металлоносных осадков. Вопросы генетической типизации металлоносных осадков, формирующихся вокруг участков сульфидного рудообразования рифтовых океанических хребтов, были рассмотрены ГА.Черкашевым (1990). Рудная составляющая осадков первого (апосульфидного) типа формируется за счет продуктов окисления разносимых на небольшие расстояния (до 2 км на САХ, 10-20 км на ВТП) от гидротермальнььх источников и построек сульфидных взвесей и обломков. Осадки второго типа обогащены гидроокисной взвесью, формирующейся за счет флокуляции растворенного вещества гидротерм, и образуют ореолы, простирающиеся на ВТП на тысячи километров от источников.
Размещение полей металлоносных осадков в океане определяется прежде всего относительной интенсивностью гидротермальной деятельности в пределах его вулканически активных структур. На рифтовых хребтах она напрямую связяна со скоростями спрединга, хотя зависит и от скорости накопления разбавляющего (прежде всего, терригенного) материала. Максимальные размеры имеет поле металлоносных осадков юго-восточной части Тихого океана, приуроченное к зоне сверхбыстрого спрединга на юге ВТП (рис. 1).
На основании результатов работ 70-х гг. представлялось, что положение зон максимальной концентрации в осадках относительно ВТП (осевое для Ре, Мп, V, возможно, для Ъ\\ и РЬ, внеосевое— для N1, Си, Со, Ва, 8Ь, РЗЭ) может отражать способ поступления элемента в металлоносные осадки— собственно гидротермальный или вторично-экзогенный (по существу—гидрогенный), за счет сорбции из морской воды гидротермальными взвесями. На основании данных, полученных в 80-е годы после открытия высокотемпературных океанских рудообразующих гидротерм, эти представления могут быть уточнены.
Осевое или внеосевое положение зон максимального накопления в осадках Ре контролируется направленностью придонных течении на отдельных сегментах ВТП. Схема площадного распределения типичного вторично-экзогенного элемента—N1 показывает, что он практически никогда не накапливается совместно с Ре вблизи оси ВТП. В то же время на тех участках, где максимумы накопления Бе резко смещены в сторону, "оторваны" от оси ВТП (в районе впд. Бауэр и южнее 30°го.ш.), они сопровождаются абсолютными максимумами накопления Мк Эта закономерность отвечает известному принципу вторично-экзогенного накопления элемента, когда для образования его повышенных концентраций необходимо не только наличие сорбента, но и достаточно продолжительное время его контакта с водой, достигаемое при дальней транспортировке гидротермальные взвесей.
Результаты работ на детальных участках осевой зоны ЕТП, в том числе выполненных вблизи 12°—13°с.ш. в рейсах НИС "Морской геолог" и "Геолог Ферсман", позволили рассмотреть в более крупном масштабе характер распределения металлов вблизи гидротермальных полей. Из поперечных к оси ВГП профилей видно, что существует некоторый более пли менее постоянный для разных участков ВТП ряд металлов (условно—"ряд дифференциации"), противоположные члены которого отличаются контрастным характером распределения в осадках в масштабе первых сотен километров от источников гидротерм— Ре—Мп—Си—2п—N1—Со. С традиционных позиций можно было бы предположить, что он отражает относительную роль гидротермального и гидрогенного процессов в накоплении отделышх элементов.
Принимая гидротермальный источник основной части Ре—главного рудного компонента металлоносных осадков, можно использовать его концентрации в гидротермальных растворах и осадках как репер при оценке роли гидротермального фактора в поставке других металлов. Основная масса гидротермального рудною вещества выносится именно высокотемпера1ур-ными растворами (Уоп Ватт е.а., 1985). Для тех металлов, для которых средние отношения к Ре в растворах превышают соответствующие отношения в осадках (Ъп, Си), очевидна поставка гидротермами с последующим рассеянием "избыточных" количеств металла в океане. Наоборот, для металлов (№, Со), у которых отношения к Ре выше в осадках, чем в растворах, металлоносные отложения служат поглотителем из морской воды избыточных количеств элемента, поступающего в океан из других источников. Таким образом, по соотношению МерхГе0/ГерхМес, определяющему относительное влияние гидротермальной поставки, рассматриваемые нами элементы выстраиваются в ряд Ъп—Ги—Мп—Со—N1, не полностью совпадающий с приведенным выше рядом дифференциации в осадках. Очевидно, что гидротермальная поставка не определяет итоговое положение элемента г в ряду дифференциации.
Результаты детальных исследований гидротермальных взвесей (Тгосте, Тгейу, 1988) показывают, что для различных металлов характерны различные скорости сорбции железистыми взвесями. В частности, сорбция таких элементов, как V и Сг (для которых характерны осевые максимумы концентрации в осадках ВТП), приводит к полному насыщению ими взвесей уже в непосредственной близости от источников. Напротив, сорбция № (отли-
чающегося внеосевым накоплением) идет крайне медленно. Таким образом, именно различная сорбируемость элементов определяет их противоположное положение в ряду дифференциации при одинаковом способе концентрации в металлоносных осадках.
Отношения Mn/Fe в гидротермальных взвесях оказываются значительно ниже, чем в исходных гидротермальных растворах и в металлоносных осадках, формируемых за счет тех же взвесей, что в общем отвечает известной закономерности преимущественного рассеяния гидротермального Mп, в отличие от Fe, в растворенной форме. Таким образом, приходится предполагать, что Мп (а, возможно, и другие элементы) попадают в металлоносные осадки за счет сорбции не столько на взвесях в водной толще, сколько уже в поверхностном слое осадка, образованного осаждением тех же частиц. Аналогичный механизм поступления в осадки гидротермальных районов уже установлен ранее для РЗЭ (Germa! е.а., 1990).
Особенности распределения металлоносных осадков в еще более крупном масштабе, в непосредственной близости от гидротермальных полей, рассмотрены на примерах районов наших площадных исследований в зонах сверхбыстрого енрединга (21°ю.ш. ВТП), быстрого спрединга (13°с.ш. ВТГ1) и медленного спрединга (26°с.ш. САХ—поле ТАГ).
Район 21°ю.ш. ВТП отличается, при весьма высокой региональной концентрации гидротермального Fe в осадках, относительно слабой контрастностью его распределения в зависимости от расстояний до гидротермальных источников—примерно от 20 до 30% по площади района работ. Даже для наиболее контрастно распределенного Си коэффициент обогащения в аномальных участках по отношению к фону не намного превышает 2. В условиях предельной локализации гидротермальных полей, присущей мед-ленноспрединговому САХ, общее обогащение осадков поля ТАГ гидротермальными рудными компонентами—в первую очередь Fe, вблизи участков развития оруденения выражено достаточно отчетливо (в 2- 4 раза), хотя размеры ореолов не превышают 15 км.
Промежуточная между двумя указанными случаями степень контрастности литохимических ореолов характерна для района умеренно быстрого спрединга между 10,5° и 13,5°с.ш. ВТП. Контрастность распределения металлов наиболее заметна здесь вкрест простирания рифта и обуславливает общее различие между гидротермально активной осевой зоной и слабо металлоносными осадками флангов.
Таким образом, хотя на быстро- и медленноспрединговых хребтах плю-мы в глубинных водах могут быть надежно зафиксированы методами гидрофизики и гидрохимии примерно на одних и тех же расстояниях (порядка 5-15 км) от локальных источников, влияние этих источников на распределение металлов в осадках различно. Чем больше скорости спрединга, тем выше общая гидротермальная активность хребтов и региональный фон металлоносности осадков, определяемый дальним разносом рудных взвесей от множества источников. Соответственно, литохимические ореолы конкретных гидротермальных полей при высоких скоростях спрединга выделяются с большим трудом. Поэтому, если в зонах медленного спрединга литохимические аномалии, горизонтальные размеры которых сопоставимы с размерами плюмов, указывают на отдельные гидротермальные (рудные) поля, то крупные (сотни и тысячи км) аномальные зоны в осадках быстро-
спрединговых хребтов можно связывать лишь с региональной рудоносно-стью их протяженных сегментов. Перспективы обнаружения отдельных рудных полей по составу осадков могут быть связаны здесь уже только с использованием специальных индикаторов "ближнего действия"—например, соотношений РЗЭ в осадках (Черкашев, 1990).
При крупномасштабных исследованиях вблизи конкретных гидротермальных систем заметным становится непосредственное влияние особенностей состава гидротерм на осадки. Его косвенно отражает намечающаяся прямая связь между отношениями Си/2г. в осадках и сульфидных рудах, отражающих (при осреднении в масштабе района) специализацию гидротерм. Значения этих отношений увеличиваются и для осадков, и для руд в ряду изученных районов 46°с.ш. хр. Хуан-де-Фука—север ВТП—юг ВТП—ТАГ.
Глава 5. ВОЗМОЖНОСТИ СОПОСТАВЛЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОГО И ДРЕВНЕГО КОЛЧЕДАННОГО ОРУДЕНЕНИЯ
Решающие доказательства связи колчеданного рудообразования с поствулканической гидротермальной деятельностью на дне дрегних морских бассейнов, полученные в результате длительного детального изучения кол-чеданоносных формаций континентов (Смирнов и др., 1979), предопределили обнаружение колчеданных руд в вулканически активных зонах современных океанов и морей. Представления о колчеданоносных офиолитах как фрагментах древней коры океанического типа привели к прямому предсказанию открытия колчеданных руд в осевых частях рифтовых океанических хребтов, а возникшая в рамках геодинамики концепция задугового (междугового) спрединга дала затем основания для прогноза рудоносности заду-говых рифтов окраинных морей (8ПШое, 1972, 1982). Этот прогноз был подтвержден последующими открытиями колчеданных руд в морях западной части Тихого океана.
Таким образом, результаты геологических исследований, выполненных в океане за последнее десятилетие, иллюстрируют конкретные возможности геодинамического подхода к решению задач металлогении. По сути океанские сульфидные руды представляют собой первый тип рудных образований, существование которого прогнозировалось на основании палеогеоди-намических построений. В то же время различия между большинством современных океанских и наиболее типичными древними колчеданными залежами очевидны и весьма серьезны. Первоочередной задачей становится в таком случае определение комплекса критериев сопоставления современного и древнего колчеданного оруденения, границ допустимых аналогий.
Работами, выполненными в океане, доказана возможность формирования весьма сходных рудных объектов в разных геотектонических обстанов-ках—на рифтовых хребтах, в задуговых и межконтинентальных трогах. И наоборот, по простиранию одной структуры (например, хр. Эндевор) в зависимости только от условий осадконакопления может резко изменяться строение сульфидных залежей. Все это вызывает необходимость раздельного рассмотрения, с одной стороны, тектонических обстановок колчеданно-образования, а с другой—условий рудоотложения, определяемых разнообразными конкретными геологическими факторами.
Применение геохимических критериев для идентификации тектонических обстановок колчеданообразования позволило исследователям прийти к выводу, что подавляющее большинство известных на континентах колче-даноносных офиолитовых комплексов представляют собой фрагменты коры океанического типа, сформированной при раскрытии периферических бассейнов океанов геологического прошлого, их окраинных морей. Современными аналогами комплекса Троодос на Кипре, считающегося классическим образцом колчеданоносных офиолитов (Франклин и др, 1984), являются не срединно-океанические хребты, а рифтовые структуры бассейнов типа Марианского трога или Лау в западной части Тихого океана. Месторождения, связанные именно с этой наиболее распространенной группой офиолитов, можно, таким образом, относить к кипрскому типу.
Несомненна целесообразность выделения средшшо-океанического типа колчеданных месторождений, хотя в древних рудоносных комплексах такие обстановки идентифицируются со значительной степенью условности (каледонские комплексы западного побережья Норвегии, Бетс-Ков в Канаде). То же относится и к красноморскаму типу месторождений, формирующихся з межконтинентальных рифтах.
В большинстве офиолитовых разрезов непосредственно со спрединго-выми комплексами, вулканические породы которых представлены недифференцированными базальтами, связаны лишь мелкие месторождения и рудопроявления — например, мугоджарской свиты на Южном Урале. Пример комплекса Сумаиль в Омане показывает, что колчеданное рудообразо-вание может быть связано с вулканизмом центрального типа, непосредственно следующим за рифтовым вулканизмом в задуговых бассейнах. Месторождения, формирующиеся в таких обстановках и относимые обычно к кипрскому типу, можно выделять в самостоятельный тип—оманский.
Большинство известных древних колчеданных месторождений связано все же не с офиолитовыми комплексами, а с палеоостроводужными формациями, классифицируемыми по типу коры, нз которой закладываются островные дуги, и по степени их зрелости. На ранних этапах развития энсиматических дуг формируются месторождения уральского типа. Сюда же может быть условно отнесено современное рудопроявление на вулкане Каиката (дуга Идзу-Бонин). В энсиалических и зрелых энсиматических дугах формируются месторождения типов куроко и рудноалтайского. Рудоносные рифтогенные структуры типа трога Окинава, расположенные в тыловых частях энсиалических дуг, являлись наиболее вероятными обста-новками образования месторождений группы Куроко.
По мере раскрытия этих структур вулканизм островодужного типа сменяется вулканизмом внутриконтинентальных рифтов. В таких условиях могли формироваться месторождения типов филизчайского и бесси, которым в современном океане могут соответствовать гидротермальные проявления горы Франклин з бассейне Вудларк (Лисицын и др, 1991). Внутриконти-нентальные рифты, не связанные с островодужными системами, являются, возможно, обстановками формирования месторождений апшсуйского типа.
Типовой ряд тектонических обстановок, благоприятных для проявления процессов колчеданообразования, показан в таблице 1. Как видно из таблицы, существует диспропорция, выражающаяся в резком преобладании среди древних колчеданоносных комплексов островодужньк и заострово-
океанических плит. Это дает возможность предсказывать характер орудене-ния, содержащегося во всем объеме верхней части океанической коры. Данные о современном рудообразовании в других тектонических обстанов-ках также можно экстраполировать на всю геологическую историю океана.
Характер формирующегося гидротермального оруденения связан прежде всего с типом магматизма. Поскольку главными индикаторами тектонических обстановок также являются магматические породы, можно в самом общем виде говорить о прямом соответствии между тектоническими позициями, магматизмом и рудоносностью различных районов океана. Принцип такого соответствия был положен в основу при составлении "Карты гидротермальной металлогении океана" масштаба 1:10000000 (С.Г.Краснов и др., 1990 г.), в схематическом виде представленной на рис. 1. В качестве тектонической основы использована "Международная тектоническая карта мира" (1981) масштаба 1:15000000 под редакцией В.Е.Хаина, генерализованная и несколько видоизмененная в соответствии со спецификой решаемых задач. Дополнительно выделены межконтинентальные рифтовые зоны с корой океанического типа, достаточно специфичные в отношении гидротермальной рудоносности.
Данные о рудной минерализации, характерной для различных тектоно-магматических комплексов, обоснованы в резко различной степени. Наиболее обоснованными можно считать представления о типах оруденения межконтинентальных, океанических и тыловодужных рифтовых зон. Широкое развитие штокверковой сульфидной минерализации Си в толщах пород на флангах рифтовых хребтов и плитах доказано данными бурения, в то время, как представления о существовании там массивного оруденения основаны лишь на экстраполяции на эти обстановки данных о рудоносности осевых частей рифтов.
Магматизм внутриплитных наложенных океанских вулканических структур отличается от магматизма рифтовых зон щелочной тенденцией. По данным бурения, фундамент крупных внутриплитных вулкано-тектониче-' ских поднятий (типа поднятия Шатского или вала Капингамаранги) также сложен главным образом щелочными базальтами (Хаин, 1985). Обнаружение в ряде случаев в океане в связи с такими базальтами гидротермальных проявлений барита и апатита дает непосредственное основание для того, чтобы, в полном соответствии со специализацией самих пород на Ва и Р, считать эту минерализацию характерной для рассматриваемых структур. По мнению некоторых исследователей, для рудной минерализации рассматриваемых обстановок моожег быть характерен также редкометальный уклон (Говоров, Курносов, 1983). Вместе с тем, в базальтах наложенных вулканических и вулкано-тектолических структур, судя по данным глубоководного бурения, встречается и обычная для толеитов океанических рифтовых зон и плит гидротермальная минерализация Си.
Основанием для определения наиболее вероятных типов гидротермальной минерализации субмаринных частей островных дуг служат данные по сопоставлению современного и древнего оруденения. Яркий пример полиметаллической сульфидной минерализации с As—Sb в подобной обстановке дает кальдера Изона (дуга Окинава), минерализации Аи—пиритовая залежь островодужного вулкана Каиката. Находки барита во впадине Дерюгина в Охотском море (Астахова и др., 1987) показывают, что подобные
глубоководные впадины окраинных морей могут содержать массивные баритовые руды на поверхности осадков.
Система таксономии рудоносных площадей в гидротермальной металлогении океана детально обоснована А.ИАйнемером и Э.Ф.Гринталем. Выделяемые при металлогеническом районировании объекты наиболее высоких рангов (рис. 1) отвечают крупнейшим тектоническим структурам (таким, как рифтовые хребты) или системам структур (например, сегментам Западно-Тихоокеанской активной окраины, включающим островные дуги и междуговые троги). Там, где оруденение в силу слабой изученности до сих пор не обнаружено, его характер может ориентировочно прогнозироваться по аналогии с однотипными структурами.
Соотношение Си и Zn в рудах медноцинковоколчеданной формации, развитых на рифтовых хребтах и поднятиях, обнаруживает статистическую связь со скоростями спрединга, поэтому в недостаточно изученных частях САХ скорее всего сохранится тенденция относительного обогащения руд Си. В Индийском океане, где массивные сульфидные руды до сих пор не опробованы, можно предполагать их преимущественное обогащение Си в пределах Аравийско-Индийского хребта и Zn—на Австрало-Антарктичс-• ском поднятии. Zn специализация оруденения будет, скорее всего, характерна и для быстроспредингового Южно-Тихоокеанского поднятия. Наконец, оруденение рифтовых структур Северного Ледовитого океана может иметь Си специализацию.
В дальневосточных морях России перспективна единственная активная в настоящее время спрединговая зона, находящаяся в тыловой части дуги Командорских островов (Селиверстов и др., 1988). Характер флюидов относительно низкотемпературных гидротермальных источников принадлежащего этой зоне вулкана Пийпа свидетельствует о вероятном отложении гидротермами основной части переносимого ими рудного вещества ниже поверхности дна (Сагачевич и др., 1992), а следовательно—о возможности формирования s осадках крупной рудной залежи, типа обнаруживаемых на хребтах Горца и Эндевор.
Оценка перспектив гидротермальной рудоносности островодужных структур западно-тихоокеанского региона на основе формационного анализа вулканитов проводилась специалистами ЦНИГРИ (Миронов и др., 1992). Перспективы эти ограничены нахождением в настоящее время большинства дуг на стадии образования слабодифференцированных формаций. Лишь в Идзу-Бонинской дуге вероятно.обнаружение современного оруденения уральского типа, а в дуге Рюкю— типа куроко. В то же время в плиоцене—начале плейстоцена в пределах островных дуг региона образовывались преимущественно непрерывно-дифференцированные формации. Дифференциаты широко развиты, в частности, на подводных вулканах, образующих цепи з тыловой части Южных Курил (Авдейко, Краснов, 19851, что дает основания для прогноза их гидротермальной рудоносности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Огромный интерес, проявляемый геологами всего мира к океанским высокотемпературным гидротермальным системам, связан ь первую очередь с их рудообразующей ролью в современных и древних океанах. Последние
полтора десятилетия, прошедшие со времени открытия этих систем, были временем создания развернутой теории океанского гидротермального ру-дообразования. Базируясь на новейших достижениях из многих отраслей морской геологии и геофизики, эта теория активно использует и результаты изучения рудных месторождений суши.
Подавляющее большинство океанских гидротермальнььх растворов отличается поразительным единообразием состава. Результаты бурения на хр. Эндевор подтвердили существовавшие представления о формировании этих растворов в недрах активной гидротермальной системы при высокотемпературном взаимодействии морской воды с вмещающими породами, метаморфизуемыми в зеленосланцевых фациях.
Количественное определение максимально возможной доли рудных компонентов, поставляемых в гидротермы ювенильными флюидами, выполненное впервые несколькими независимыми методами, однозначно указывает на незначительную роль ювенильной поставки металлов при рудо-образовании в океанических рифтах, подстилаемых "сухой" мантией. В активных океанических окраинах, где существует мощный поток трансмагматических флюидов из мантии, эта роль в принципе может быть значительно выше. В целом же в океане, как и на суше, способность гидротерм-к формированию скоплений сульфидов железа и полиметаллов определяется их кислотностью и содержанием хлорид-иона.
• Изучение вещественного состава сульфидных руд ВТП и САХ позволяет установить развитие в пределах этих структур сходных типов рудных агрегатов, относительная распространенность которых, однако, различна. Мелкие рудные постройки осевой части ВТП сложены в первую очередь пи-рит-сфалерит-марказитовыми агрегатами, резко обогащенными Zn и ассоциирующими с ним элементами (в том числе Ag). Во внутренних частях более крупных рудных скоплений рифтовой долины САЛ и приосевых подводных гор ВТП преобладают пирит-халькопнриговые агрегаты. Эти статистические различия между рудами разных структур определяются разными стадиями эволюции залежей. Ранние стадии характеризуются резкой геохимической дифференциацией на барьере рудоотложения, сопровождающейся обогащением руд Тп, а поздние— перераспределением рудного вещества во внутренних частях залежей с формированием вертикальной зональности за счет диффузного проникновения растворов через уже сформированную руду. Первое прямое подтверждение существования такой зональности в современных океанских сульфидных залежах также получено в результате бурения на хр. Эндевор.
Эффективность рудного процесса резко повышается в приконтиненталь-ных обстановка^, где при наличии осадочного чехла могут формироваться наиболее крупные рудные скопления. Обогашение РЬ выщелачиваемого субстрата (осадков, кислых и средних п^род океанических окраин) приводит к формированию полиметаллического оруденения.
Высокотемпературная гидротермальная деятельность на ВТП преимущественно приурочена к приподнятым, ненарушенным отрезкам осевого грабена и к подводным горам. Она также четко контролируется размещением покровных лав, указывающих на отрезки осевой зоны с минимальной глубиной залегания промежуточных магматических камер. Представления о динамике развития вулканического и гидротермального процесса в пре-
делах единого рудоносного сегмента ВТП впервые получены нами при изучении участка осевой зоны вблизи 21°ю.ш. по комплексу морфострук-турных, петрохимических, литохимических и гидрологических данных.
Контроль оруденения в условиях САХ покровными лавами подтверждает его ассоциацию с приповерхностными магматическими камерами и при медленном спрединге, однако здесь особую роль играют продольные и поперечные дислокации. Данные по рудоносным офиолитам Кипра свидетельствуют, что тектонически ослабленные зоны дают дополнительные возможности для формирования близповерхностных магматических камер, которые на САХ, в отличие от ВТП, не являются стабильными долгоживу-щими образованиями.
Многообразие типов колчеданоносного магматизма может быть объяснено, по мнению автора, только в рамках рециклинговой модели. Действительно, если в окраинно-океанических зонах продуктивны главным образом дифференцированные магматические формации, то на ВТП оруденение как раз связано с наиболее примитивными базальтами. Очевидно, формирование наиболее крупных близповерхностных магматических камер при быс-. гром спрединге происходит при постоянной интенсивной генерации примитивных толеитовых расплавов. В островодужных зонах, как показывают геофизические данные по современным наземным вулканам, крупные приповерхностные промежуточные камеры формируются кислыми расплавами, что и объясняет связь оруденения с породами соответствующего состава (Авдейко, Краснов, 1985). Таким образом, для колчеданного руцообразова-ния обязательны не процессы магматической дифференциации, а только наличие малоглубинного очага, достаточно крупного, чтобы инициировать гидротермальную конвекцию.
Попадая в водную толщу, рудоносные гидротермы образуют в ее глубинных слоях гравитационно уравновешенные линзы рассеяния—гидротермальные плюмы. Поскольку доля самих гидротерм в плюме очень мала, поведение его полностью определяется характером плотностного разреза глубинных вод. Это объясняет тот парадоксальный факт, что в условиях САХ гидротермальный ореол обычно отличается от вмещающих вод пониженной температурой.
Специфика состава первичных растворов отражается вблизи источников, на расстояниях, сопоставимых с горизонтальными размерами плюмов (515 км}, в составе формирующихся металлоносных осадков. При сравнении состазов взвесей и осадков, формируемых ими в зоне ближнего разноса, выяснилось, что по крайней мере некоторые вторично-экзогенные (гидрогенные) элементы сорбируются гидроокислами Ре в основном не во взвеси, а уже преимущественно в осадке. За пределами этой зоны поведение элементов практически не зависит от гидротермальной поставки, а определяется их относительной сорбируемостью гидроокислами Ре.
Чем выше скорость снрединга, тем больше региональная металлонос-ность осадков, маскирующая ореолы от отдельных гидротермальных полей. Контрастные литохимические ореолы рассеяния основных рудных металлов, играющие поисковое значение при работах на гидротермальное оруденение, формируются преимущественно при низкой региональной метал-лоносности осадков в условиях медленного спрединга.
К настоящему времени еще не изучена рудоносность таких перспективных районов океана, как осевая зона ВТП к югу от микроплиты Пасхи, Южно-Тихоокеанское поднятие, зона тройного сочленения хребтов в Индийском океане с прилегающей к ней частью Восточно-Индийского хребта. Центрально-Индийский хребет и южная часть САХ. Однако с точки зрения расширения наших знаний об океане еще более актуальной задачей представляется изучение рудоносности флангов ВТП, вулканических зон в ближних тыловых частях островных дуг, и выявление обстанОЕок, с которыми может быть связано формирование гидротермальных залежей принципиально новых, пока не известных в океане типов.
Существование прямой зависимости между тектоническими обстановка-ми, типами присущих им магматических пород и составом формирующегося оруденения позволяет предсказать главнейшие типы рудных залежей не только образующихся сейчас на поверхности дна, но и захороненных в толщах океанической коры. Попытка такого прогноза, намечающего возможность перехода от традиционной на сегодня "одномерной" гидротермальной металлогении океана (рассматривающей поверхностное орудене-ние в пределах линейных рифтовых структур) к трехмерной картине, предпринята при составлении металлогенической карты (рис. 1).
Сопоставление современных и находящихся на суше древних колчеданных залежей должно производиться раздельно по тектоштческим обстанов-кам формирования и по конкретным геологическим условиям рудонакоп-ления. Такой подход необходим, поскольку ьесьма сходные процессы ру-дообразования могут призодить к формированию практически идентичных залежей в различных тектонических обстановка со сходным магматизмом—например, в срединно-океалических и тыловодужных рифтовых системах. Наоборот, изменение, скажем, режима осадконакопления по простиранию единой рифтовой структуры коренным образом меняет характер рудообразования.
Всем основным палеотектоническим обстановкам колчеданообразования могут быть поставлены в соответствие обстановки современного океанского гидротермального рудообразования. Океаническая кора вместе с вмещающими ее рудными залежами, образованными в срединных хребтах, редко сохраняется в геологической истории. Это объясняет диспропорции, существующие между частотой встречаемости оруденения в современных и древних обстановках. Тектоническими аналогами большинства древних рудных районов служат области современных островных дуг и окраинных морей. Сопоставлять конкретные геологические условия современного и древнего рудообразования значительно сложнее, поскольку эти условия определяются многообразием сочетаний различных" факторов. Пока можно лишь утверждать, что на колчеданообразование. по крайней мере в фаие-розое, действовали те же факторы, что и сегодня.
Начале изучения гидротермапьного рудообразования знаменовало новый этап морских геологических исследований. Широкое применение данных морской геологии для актуалистических реконструкций в литологии, начатое в нашей стране по инициативе II.М.Страхова, позволило к настоящему времени существенно уточнить условия формирования древних осадочных толщ. Поскольку образование значительной части рудных месторождений суши связано с древними морскими бассейнами, можно ожидать,
что актуалистический подход "со стороны моря", ставший уже привычным для литологов, окажется плодотворным и в геологии рудных месторождений.
Главнейшие публикации автора по теме диссертации:
1. Геохимические особенности гидротермально-осадочных металлоносных образований Тихого океана //Кайнозойское морское осадконакопле-ние и рудогенез. JI., 1984, с. 47-54 (соавторы ГА.Черкашев, ЮА.Опекунов).
2. Геохимические особенности сульфидных руд океана //Геохимия дон-пых образовании Мирового океана. Л., 1984, с. 57-67 (соавторы В.Е.Попов, Д.И.Лйнемер).
3. Современные вулканогенно-осадочные сульфидные руды и их древние аналоги. Зап. BMÜ, 1985, N4, с. 410-427 (соавторы В.Е.Попов, А.ИАйне-мер, ГА.Черкашев>.
4. Гидротермально-осадочные и гидротермальные рудные образования в Мировом океане. М., ВИЭМС, 1985, 68 с. (соавторы ГА.Черкашев, Б.Х.Егназаров, Д.И.Лйнемер, А.Ю.Опекунов).
5. Сульфидные руды и их связь с подводными вулканами и гидротермами островных дуг. Вулканология и сейсмология, 1985, N4, с. 26-39 (соавтор Г.П.Авдейко).
6. Типы рудообразующих гидротерм в современном океане. ДАН СССР, 1986, т. 29Ü, N4, с. 924-928.
7. О минимальных глубинах формирования колчеданных руд на дне океана. ДАН СССР, 1987, т. 296, N5, с. 1188-1191.
8. О составе колчеданной руды Восточно-Тихоокеанского поднятия. Зап. UMO, 1987, вып. 6, с. 667-672 (соавторы И.С.Грамберг, В.САплонов, Г.И.Кавардин, В.Е.Попов, Ю.В.Смирнов, Г.Н.Старицына, ГА.Черкашев).
9. Kapia теплового потока и гидротермального оруденения в Мировом океане (1:20000000). Объяснительная записка. Л, ВСЕГЕИ, 1988. 152 с. (соавторы И.С.Грамберг, А.М.Ашадзе. О.В.Колосов, У.И.Моисеенко, АА.Смыслов, ГА.Черкашев).
¡0. Гидротермальное оруденение на юге Восточно-Тихоокеанского поднятия. ДАН СССР. 1988, т. 302, N1, с. 161-164 (соавторы М.Н.Маспов, U.M.Андреев, В.М.Комфеткин, И.И.Крейтер, Б.Н.Смирнов).
11. Результаты изучения океанского сульфидного рудообразования в связи с разработкой генетических моделей колчеданных месторождений //1'удообразовапие и гепетич. модели эндоген. рудных формаций. Новосибирск, Наука, 1988, с.-118-126 (соавторы В.Е.Попов, ГАЧеркашев).'
12. Меюды исследования глубоководных полиметаллических сульфидов на дне Мирового океана. М., ВИЭМС, 1988, 54 с. (соавторы А.ИАйнемер, А.ВЛукошкои, СМ.Судариков, Г.Г.Ткаченко, ГА.Черкашев).
13. Морфологический особенности залежей современных массив.'.ых сульфидных руд на дне океана //Придонные гидротермальные постройки колчеданоносных районов. Свердловск, УрО АН СССР, 1988, с. 17-23 (со-авюры В.Е.Попов, В.А.Гвоздев, А.М.Ашадзе).
14. Физические и механические свойства океанских сульфидных руд. JIhiu). и полезн. некой., 1988, N5. с. 128-130 (соавторы ГЛ.Новик, В.САп-
лонов, ГАЧеркашев, ШОЛЗуров, А.С.Иванов,'Н.И.Хелмицкий, К.П.Ровен-ский).
15. Геохимия и генезис тихоокеанских сульфидных руд //Геология морей и океанов. 28 Сессия Междунар. Геол. Конгресса, докл. сов. геологов. J1, Недра, 1988, с. 129-140 (соавторы А.ИАйнемер, Т.В.Степанова).
16. Состав и текстурные особенности сульфидных руд Восточно-Тихоокеанского поднятия //Современные гидротермы и минералообразование. М., Наука, 1988, с. 132-140 (соавторы Л.МЛебедев, ГА.Черкашев, А.И.Це-пин, Т.И.Голованова, В.САплонов).
17. Металлы во взвесях придонных вод района высокотемпературной гидротермальной деятельности на Восточно-Тихоокеанском поднятии. ДАН СССР, 1989, т. 307, N4, с. 976-979 (соавторы ГА.Черкашев, Г.П.Гринберг, А.Г.Никоненко).
18. Металлоносные осадки и гидротермальные рудные образования // Результаты глубоководного бурения в Мировом океане. Л., Недра, 1989, с. 221-231.
19. Магматизм и тектоника осевой зоны Восточно-Тихоокеанского поднятия в районе 13°с.ш. в связи с гидротермальной деятельностью. ДАН СССР, 1989, т. 308, N2, с. 432-435 (соавторы Г.Н.Сгарицина, И.М.По-рошина, С'.М.Ттбунов).
20. Условия и обстановки формирования сульфидных руд в океане //Литогенез и рудообразование. Л., 1989, с. 66-74.
21. Об источниках рудообразующих элементов в гидротермах дна океана. Литол. и полезн. ископ., 1989, N1, с. 105-113 (соавтор Д.В.Гричук).
22. Океанское гидротермальное минералообразование. Зап. ВМО, 1990, т. 119, N6, с. 23-32 (соавторы Д.В.Г ричук, Т.В.Степанова).
23. Сравнительный анализ современного и древнего колчеданного ру-дообразования. Геол. рудных месторождений, 1990, N4, с. 76-88 (соавтор ЕА.Елынова).
24. Гидротермальное сульфидное оруденение в океане. Советская геология, 1990, N12, с. 81-90 (соавторы И.С.Грамберг, А.ИАйнемер, И.М.Поро-шина, Т.В.Степанова).
25. Особенности термохалинной структуры придонных вод е рифтовых зонах Тихого и Атлантического океанов вблизи гидротермальных источников. ДАН СССР, 1990, т. 311, N6, с. 1459-1463 (соавтор Н.Н.Корчагин).
26. Химический состав и происхождение океанских рудообразующих гидротерм. Вулканол. и сейсмол., 1990, N5, с. 37-50 (соавтор С.М.Судари-ков).
27. Геохимическая специализация океанских сульфидных руд. ДАН СССР, 1990, т. 313, N4, с. 962-965.
28. Гидротермальное рудообразование в океане //Геология и минеральные ресурсы Мирового океана. Варшава, Интерморгео, 1990, с. 534-558 (соавторы ААйнемер, Е.Величко, Б.Егмазаров, О.Корсаков, ТЛыгина).
29. Hydrothermal systems of the Pacific Ocean. Marine Mining, 1990, v. 9, p. 105-115 (co-authors A.IAinemer, V.Ye.Popov, Ye.S.Romm, S.M.Sudaricov, G.A.Cherkashev).
30. Карта геологии и металлогении плейстоцен-голоценового комплекса (1:25000000) //Атлас карт геологии и минерагении верхнеюрско-четвер-
í
тичного чехла в океанах и на континентах М , ВНИИЗарубежгеология, 1991 (соавторы ЛЭЛевин, Д.К.Баскакова, А.Н.Вирта и др.).
31. Карта твердых полезных ископаемых Мирового океана (1:25000000). Кутна Гора. 1991. Объяснительная записка. СЭВ, С.-Петербург, 68 с. (соавторы С.И.Андреев, А.М Иванова, А.И.Айнемер, Л.И.Аникеева, И.Храмоста).
32. Металлогения и формационные особенности гидротермального ору-лсмепия в Мировом океане //Металлогения современных и древних океанов. М.. 1992, с. 40-44 (соавторы А.И.Айнемер, Э.Ф.Гринталь, И.М.Поро-шина).
33. Нестабильное гь спрединга гак фактор контроля гидротермальной активност и Среди hi :о-Лтдангичеекого хреб та //Теология морей и океанов (Тез. док.]. X Междунар. школы морской геологии), т. 3. М., 1992, с. 5-6 (соавторы С.В.Дплонов, И.М.Порошино).
34 Гидротермальные образования Срединного хребта Атлантического океана (поле 1АГ). Геология. Геохимия. Рудообразование. М, Наука, 1992, 200 с. (соавторы С.ВАплонов, В Ь.Атнашев, Б.В.Баранов и др.).
35. Распределение гидротермальных источников на Восточно-Тихоокеанском поднятии (2Г'2()'-2Г'40'!о.ш.> по данным изучения ореолов рассеяния гидроч'рм. Океанология, 1992, т. 32, вып. 3, с. 557-566 (соавторы И.И Крейтер, И.М.Порошнна).
Зт>. Гидротермальные сульфидные руды и металлоносные осадки океана / С.Г.Краснов, Г.А.Черкашев. А.И.Айнемер и др. СПб, Недра, 1992, 280 с.
37. Hsolutionarv trends in composition of oceanic sulfide deposits. Abstr. 29th Int. Geol. Congress. 1992, v. 3, p. 760 (co-authors T.V.Stepanova, D.V.Grichuk).
38. Proceedings of the Ocean Drilling Program, v. 139. Initial Reports. Middle Valiev, Juan de Fuca Ridge. Texas A&M University, 1992, 1026 p. (co-authors (v.Davis, M.MottI, A.Fisher e.a.i.
Подписано к печати 17сентября 1993 г. Печ.л. 2,0. Уч.-изд.л. 2,0. Формат 60x90 1/16. Тираж 100 экз.
Ротапринт "СЕВМОРГЕОЛОГИЯ". Зак. N¡26 lOOlZl. Санкт-Петербург, МоПка, 120
-
Краснов, Сергей Гелиевич
-
доктора геолого-минералогических наук
-
Санкт-Петербург, 1993
-
ВАК 04.00.10
- Металлоносные осадки Мирового океана
- Факторы формирования гидрогеохимических ореолов рассеяния в зонах разгрузки гидротермальных растворов в районе 13° с.ш. Срединно-Атлантического хребта
- Гидротермальное сульфидное рудообразование в северной части Срединно-Океанического Хребта Атлантического океана
- Рудообразующие гидротермы океана
- Геохимия редкоземельных элементов в гидротермальных сульфидных минералах
