Современные представления о строении и составе Земли, ее образовании и возрасте

Состав газово-жидких продуктов остаточного отщепления кристаллизующейся магмы в настоящее время неясен. Некоторые из исследователей предполагают, что это кислый газ, другие – что это щелочные растворы, третьи допускают наличие и того и другого, а также нейтральных растворов в зависимости от конкретных условий их образования. Возможно, в определенные моменты из магмы выделяются кислые продукты возгона, но в дальнейшем в результате взаимодействия с окружающими горными породами эти продукты приобретают щелочной характер.

Следует иметь в виду, что высокое давление обусловливает нахождение многих соединений, которые на поверхности существуют в виде свободных газов, не в свободном, а в растворенном состоянии в составе гидротермальных растворов. Эти растворы водные, с чем и связано название процесса (от греч. hydor – вода; thermos – теплый). Но вода магматогенных растворов своими свойствами резко отличается от воды, находящейся на поверхности земли. Вода глубинных гидротермальных растворов представляет собой сгущенный пар, который при температуре ниже 400-374°С под давлением переходит в жидкую фазу. Вода в этих условиях способна растворять минералы и переносить большое количество соединений в виде как истинных, так и коллоидных растворов.

Высокотемпературные, находящиеся под большим давлением маг-матогенные растворы очень подвижны, энергично проникают в мельчайшие трещины и в то же время весьма агрессивны по отношению к окружающим горным породам. Эти растворы вступают в сложные реакции с минералами и глубоко изменяют состав вмещающих горных пород. Двигаясь по трещинам, которые возникают при охлаждении горных пород или в результате тектонических процессов, растворы поступают в области более низкого давления и постепенно остывают. Под влиянием уменьшающегося давления и температуры, а главное, в итоге сложных химических реакций из гидротермальных растворов осаждаются минералы. Они постепенно заполняют трещины, по которым перемещаются растворы. Трещины, заполненные гидротермальными минералами, называются жилами.

Метасоматоз. Характерным процессом пневматолитово-гидротермальной деятельности является метасоматоз (от греч. meta – после; soma – тело). Природа этого процесса пока еще недостаточно ясна. В его изучении большую роль сыграли работы Д.С.Коржинского. Сущность процесса метасоматоза заключается в замещении ранее существовавших минералов новыми за счет химических элементов, приносимых газоводными высокотемпературными растворами. При этом растворение старого минерала и отложение нового совершается практически одновременно, так что порода в целом все время находится в твердом состоянии. Метасоматическое замещение происходит без изменения объема и часто с сохранением следов строения первичных минералов. Этот процесс может происходить при любой температуре, но наиболее активно протекает при высокой температуре, так как это ускоряет химические реакции5.

Метасоматоз предполагает энергичное перемещение крупных масс химических элементов как в изменяемую породу, так и из нее. Это возможно благодаря диффузионным явлениям и наличию в породах многочисленных мельчайших капиллярных трещин. Диффузия представляет собой перемещение веществ в результате выравнивания концентраций из участков с высокой концентрацией в участки с низкой концентрацией. В горных породах диффузия осуществляется в поровых растворах, содержащихся в капиллярных трещинах, и протекает очень медленно. Скорость диффузии увеличивается с увеличением температуры и разности концентраций, а также зависит от характера диффундирующих ионов. Чем больше радиус иона и меньше валентность, тем больше скорость его диффузии. Ионы, наиболее энергично перемещающиеся в результате процессов диффузии, имеют постоянную концентрацию в поровых растворах на данном участке. Д.С.Коржинский назвал их подвижными компонентами. Неподвижные, инертные компоненты при диффузионном метасоматозе не имеют постоянной концентрации в растворе.

В результате диффузионных явлений при взаимодействии гидротермальных растворов, поднимающихся по трещинам, с минералами горных пород возникают метасоматические оторочки, отделяющие жилы от вмещающих горных пород, так называемые з а л ь б а н д ы. Зоны диффузионного около жильного метасоматоза не ограничиваются зальбандами, а, постепенно затухая, распространяются в глубь горных пород. Мощность этих зон в зависимости оттермодинамических условий и состава гидротермальных растворов может измеряться сантиметрами и метрами, редко превышая 10 м. Помимо диффузии, для метасоматоза важное значение имеют явления инфильтрации, т.е. переноса вещества растворами, движущимися по более крупным трещинам и пустотам. В этом случае взаимодействие породы с растворами протекает без участия диффузии. Инфильтрационный метасоматоз сопровождается мощными изменениями горных пород.

Пневматолитово-гидротермальные тела и их минеральный состав. Среди гидротермальных образований, формирующихся на значительной глубине (до 5 км), довольно четко различаются высоко- и низкотемпературные.

Для высокотемпературной стадии глубинного гидротермального процесса характерно образование штокверков. Они представляют собой сложную систему ветвящихся трещин небольшой мощности, заполненных гидротермальными минералами. Горные породы между трещинами метасоматически преобразованы высокоподвижными газоводными растворами и содержат вкрапления новообразованных минералов. Жилы и прожилки отделяются от вмещающих пород хорошо выраженными зальбандами. В целом образуется крупный участок пневматолитово-гидротермальной минерализации (рис. 4).

Рис. 4. Штокверковое месторождение касситерита Альтенберг (Германия):

1 – гранит-порфиры; 2 – штокверк в грейзенизированных гранитах;

3 – порфировые породы

 

Штокверки в плане достигают 1 км и более. Наряду со штокверками глубинные высокотемпературные растворы образуют крупные жилы, линзы, пластообразные метасоматические  залежи.

Основной жильный минерал – кварц. В значительном количестве встречаются турмалин, мусковит, флюорит, топаз, берилл. Среди рудных минералов типичны золото, молибденит, висмутин, пирротин, пирит, арсенопирит, халькопирит, гематит, магнетит, касситерит, шеелит, вольфрамит.

Для околожильного изменения вмещающих горных пород высокотемпературных глубинных гидротермальных образований типична грейзенизация, т.е. метасоматическое преобразование вмещающих пород с образованием породы, состоящей из кварца, слюд часто со значительной примесью турмалина, топаза, флюорита. Особенно характерна грейзенизация для гранитов и вообще кислых изверженных пород, хотя этот процесс распространяется и на все другие породы. Из других форм околожильного изменения отметим метасоматическое развитие во вмещающих породах турмалина (турмалинизация), мелкочешуйчатых светлых слюд (серицитизация)и кварца (окварцевание).

Минеральные образования рассматриваемого типа сопровождаются разными рудными месторождениями. Таковы кварцево-золоторудные месторождения Урала и северо-востока России, кварцево-касситеритовые месторождения Рудных гор (в Чехии) и кварцево-турмалиново-касситеритовые и касситеритово-сульфид-ные месторождения Восточной Сибири, Корнуэлла в Великобритании, кварцево-молибденовые и вольфрамитовые месторождения Забайкалья, кварцево-вольфрамитовые месторождения Португалии, юго-востока Азии и Забайкалья.

Рис.5. Схематический разрез через Джидинское месторождение

(по Н.К.Нефедову):

1 – кварцевые диориты; 2 – гранит-порфиры; 3 – дайки меланократовых пород;

4 – кварцево-вольфрамитовые жилы

 

Типичным примером месторождений данного типа является кварцево-вольфрамитовое Джидинское месторождение в Бурятии. Как видно на рисунке 86, месторождение представлено системой кварцево-гюбнеритовых жил с сульфидами, приуроченных к массиву гранодиоритов, рассеченному дайками пород различного состава.

Более низкотемпературные глубинные гидротермальные образования представлены преимущественно жилами (рис. 6) или телами неправильной формы, возникшими в процессе инфильтра-ционного метасоматоза. Среди жильных нерудных минералов характерны кварц и карбонаты (кальцит, анкерит, сидерит, родохрозит), иногда флюорит, барит, халцедон, хлорит. Рудные минералы представлены золотом и сульфидами (пиритом, халькопиритом, сфалеритом, антимонитом, киноварью, галенитом и др.). Часто сульфиды являются преобладающими минералами.

Для относительно низкотемпературных гидротермальных месторождений характерны менее интенсивные околожильные изменения, чем для высокотемпературных. Здесь в зонах околожильных изменений развиваются мелкочешуйчатые светлые слюды, кварц, хлориты и карбонаты (кальцит, анкерит).

Рис. 7. Строение кварцево-сульфидной жилы: 1 – зальбанды; 2 – кристаллы кварца;

3 – сульфиды

Типичные представители гидротермальных образований этого типа – месторождения колчеданных руд Среднего Урала, а также полиметаллических (свинцово-цинковых с примесью серебра) руд Алтая, Кавказа (Садонское месторождение, рис. 88) и Забайкалья. Наиболее низкотемпературными, образующимися при температуре ниже 200°С, считаются сурьмяные и ртутные месторождения. Их примерами являются крупнейшее в мире месторождение киновари Альмаден (Испания) и месторождение Хайдаркен в Средней Азии. Они представлены кварцево-кальцитовыми, местами с флюоритом, жилами, содержащими одну киноварь или антимонит и киноварь. К этой группе также относится Никитовское месторождение киновари (Донбасс).                       

Гидротермальные месторождения, сформированные на небольшой глубине (менее 1 км), но в широком температурном интервале, отличаются разнообразием минерального состава и обычно залегают среди эффузивных пород или малых интрузии. Изменения вмещающих пород в этих месторождениях весьма своеобразны. Здесь характерны процессы алунитизации под воздействием сольфатар, каолинизации под воздействием кислых гидротермальных растворов, окремнения (метасоматическое развитие халцедона и кварца) и пропилитизации (замещение темноцветных минералов хлоритом, минералами группы эпидота, кальцитом, а полевых шпатов – альбитом и серицитом)6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8. Схематический разрез через Садонское месторождение (по Э.М.Цириховой): 1 – вулканогенные образования;

2 – базальные конгломераты нижнего лейаса; 3 – граниты;

4 – тектонические нарушения; 5 – жилы полиметаллических руд

 

 

Формы рудных тел и их вещественный состав разнообразны. В высокотемпературных гидротермальных месторождениях малых глубин встречаются совместно такие минералы, как турмалин, вольфрамит и касситерит, с одной стороны, и халцедон, сфалерит, галенит – с другой. Эти минералы, обычно разделяющиеся в глубинных гидротермальных месторождениях, здесь как бы не успели разделиться и находятся вместе. Высокотемпературные гидротермальные образования малых глубин наиболее хорошо представлены олово-вольфрамово-серебряными месторождениями Боливии.

Рис. 9. Схематический разрез через месторождение Потоси (Боливия):

1 – палеозойские сланцы; 2 – вулканические туфы и конгломераты;

3 – шток каолинизированных и окремнелых порфиров; 4 – рудные жилы

 

Примером может служить известное месторождение Потоси, в котором на протяжении нескольких веков добывали серебро (рис. 9). В этом месторождении среди рудных минералов присутствуют как высокотемпературные (касситерит, вольфрамит), так и низкотемпературные минералы сурьмы и серебра. В России к этому типу относится свинцово-оловорудное месторождение Хрустальное Приморского края, в котором руды состоят из касситерита, галенита и других сульфидов. Низкотемпературные минеральные образования этого типа формируются в настоящее время в районах активного вулканизма, осаждаясь из сольфатар, гейзеров и прочих горячих источников. Известно осаждение реальгара и аурипигмента в отложениях гейзеров Йеллоустонского национального парка в США, в отложениях сольфатар Италии, горячих источников на Камчатке.

Размещение руд, образованных в результате послемагматических процессов, показано на рисунке 10.

Скарны и другие контактовые образования. На контактах интрузивных массивов в условиях длительного воздействия высокой температуры и подвижных компонентов происходит глубокое преобразование вмещающих пород, сопровождающееся их перекристаллизацией и образованием серии специфических минералов. Для контактового минералообразования исключительно важное значение имеют явления метасоматоза, которые именно здесь получают наиболее яркое выражение.

Рис. 10. Некоторые рудные месторождения России        

постмагматического происхождения: I – меди: 1 – Сибайское; 2 – Гайское;

3 – Блявинское; 4 – Дегтярское; 5 – Сосьвинское; II – золота: 1 – Березовское;

2 – Дарасунское и Балейское; 3 – группа Колымских месторождений; III – свинца и цинка: 1 – Салаирское; 2 – Нерчинская группа месторождений; 3 – Садонское; 4 – Дальнсгорское; IV – олова: 1 – Шерловогорское; 2 – Хапчерангское; 3 – Бургавлийское; 4 и 5 – группа Колымских месторождений; 6 – Солнечное; 7 – Хрустальное; V – ртути: 1 – Акташское; VI – вольфрама и молибдена: 1 – Тырныаузское; 2 – Давенда и другие месторождения Забайкалья

 

Компоненты вмещающих пород, в свою очередь, оказывают воздействие на приконтактную часть магматического массива. Поэтому выделяют экзоконтактную зону, т. е. толщу измененных вмещающих пород, и зону эндоконтактную – периферическую часть интрузивного массива, измененную в результате ассимиляции составных частей вмещающей породы (рис. 11).