ГЛАВА 20. МЕТАМОРФОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

К метаморфогенным относятся месторождения, которые сформировались в результате метаморфических процессов или же изменены под влиянием метаморфизма. Они включают месторождения железа в железистых кварцитах, марганца в гондитах, золота, урана, титана, меди, полиметаллов, алмазов, графитов, кварцитов, яшм, граната, флогопита, флюорита, корунда, керамического и высокоглиноземистого сырья (андалузита, силлиманита, кианита), родусит-асбеста, кровельных сланцев, мрамора, нефрита и др.

Среди метаморфогенных месторождений различают метаморфизованные и метаморфические. Метаморфизованные месторождения возникают в результате метаморфизма ранее образовавшихся месторождений полезных ископаемых.

Метаморфические месторождения в отличие от метаморфизованных формируются за счет горных пород, а не ранее существовавших руд, и возникают в процессе метаморфизма в связи с перегруппировкой минерального вещества метаморфизуемых пород.

Метаморфические процессы. Метаморфизм – это «разнообразные эндогенные процессы, с которыми связаны те или иные изменения в структуре, минеральном и химическом составе горных пород в условиях, отличающихся от их первоначального образования (поверхностного или глубинного). К метаморфизму не относятся процессы, происходящие в зоне выветривания и цементации, а также процессы плавления горных пород». (Геологический словарь. Т. 1., М., 1973. С. 434). Главными факторами метаморфизма являются температура, давление, состав и химическая активность растворов и флюидов. Существенное значение имеют также состав и строение исходных горных пород и геологические условия метаморфизма (пространственные и генетические взаимосвязи с тектоническими движениями, магматизмом и т. п.). Метаморфические изменения заключаются в распаде первоначальных минералов, в молекулярной перегруппировке и образовании новых, более устойчивых ассоциаций минеральных видов, то есть сводится к частичной или полной перекристаллизации пород с образованием новых структур и в большинстве случаев – новых минералов. Метаморфические процессы весьма разнообразны по форме проявления и характеру преобразования пород. Они классифицируются с учетом роли отдельных факторов, термодинамических, физико-химических и геологических условий. Существует значительное разнообразие классификаций метаморфических процессов, основанных на различных природных и породивших многочисленные названия типов и видов метаморфизма.

Метаморфические процессы имеют локальный и региональный характер. К локальным разновидностям относятся автометаморфизм и ореольный (контактовый) метаморфизм, динамометаморфизм. Региональный метаморфизм развивается вследствие интегрального действия статической и динамической нагрузки горных пород, в обстановке повышенного давления, температуры и воздействия различных минерализаторов, особенно воды. В своих крайних формах он переходит в ультраметаморфизм, обусловливающий выборочное или полное переплавление изменяющихся пород. Региональный метаморфизм, вызванный повышением температуры и давления, называется прямым, или прогрессивным, способствующим реакциям с выделением воды и углекислоты из минералов. Метаморфизм, связанный со сменой высокотемпературных минеральных ассоциаций низкотемпературными, способствующими обратному поглощению воды и углекислоты, называется обратным, регрессивным или диафторезом. Наибольшее значение для формирования метаморфогенных месторождений имеет прогрессивный региональный метаморфизм.

Парагенезис минералов в метаморфогенных месторождениях подчиняется «минералогическому правилу фаз» В. М. Гольдшмидта, которое гласит: число одновременно присутствующих минералов в горной породе не может превышать число компонентов. В метаморфогенных горных породах обычно присутствуют девять главных компонентов: 1) SiO₂, 2) Fe₂O₃, 3) FeO, 4) MgO, 5) CaO, 6) Na₂O, 7)K₂O,8) Al₂O₃, 9) H₂O. Поэтому число минералов в этих породах не может быть больше девяти. Обычно в состав метаморфических пород входят два–три, реже пять–шесть оксидов.

При процессах метаморфизма прежде всего изменяется минеральный и химический состав руд и пород и их физические свойства. Так, лимонит и другие гидроксиды железа преобразуются в гематит; псиломелан – MnO·MnO₂·nH₂O – в браунит (Mn₂O₃), мангонит – Mn₂O₃·H₂O – в гаусманит (Mn₃O₄). Минералы модификации малой плотности вытесняются минералами более высокой плотности; в связи с этим марказит замещается пиритом, вюртцит – сфалеритом и т. п.

Формирование метаморфогенных месторождений происходит при повышенной температуре, которой обычно сопутствует высокое давление, при участии минерализаторов – воды, углекислоты, сероводорода и других летучих соединений.

В процессе метаморфизма вода выполняет ряд важных функций. Во-первых, пары воды развивают высокое давление, обусловливающее соответствующее течение метаморфизма. Во-вторых, вода понижает температуру метаморфических преобразований. В-третьих, она многократно ускоряет ход этих преобразований. В-четвертых, увеличивает кристаллизационную способность минералов в метаморфическом процессе. В-пятых, вода выступает в роли активного растворителя химических соединений, участвующих в метаморфических реакциях, обеспечивая избирательный вынос и переотложение части из них, и тем самым играет важную роль в формировании метаморфогенных месторождений.

Возрастание температуры и давления при метаморфизме приводит к формированию серии следующих друг за другом преобразований, характеризующих последовательные ступени метаморфизма. В наблюдаемых в настоящее время регионально-метаморфических комплексах пород выделяются ассоциации, отражающие различные термодинамические условия – фации (ступени) метаморфизма. Различные типы месторождений отчетливо ассоциируются с определенными фациями регионального метаморфизма (табл. 20.1).

Соотношение месторождения фациями метаморфизма

Для них свойственны характерные черты, отличающие их от месторождений других генетических серий. Главные особенности этих месторождений следующие:

1. пространственная и временная связь оруднения с метаморфическими образованиями, среди которых главное значение имеют архей-протерозойские комплексы;

2. согласное залегание уплощенных рудных тел и метаморфических пород, нередко образующие единые складчатые формы;

3. особенности состава руд и вмещающих пород, указывающие на неодинаковые термодинамические условия их образования;

4. текстуры и структуры руд, свойственные метаморфическим породам (гнейсовидные, сланцевые, граноблентовые и др.);

5. развитие оруднения в зонах контактового, динамического, ударного или регионального метаморфизма.
20.2. Метаморфизованные месторождения

К этой группе относятся главным образом месторождения полезных ископаемых – железа, марганца и золота, а также апатита. Почти все эти месторождения первоначально были образованы осадочным путем в экзогенных условиях.

В осадочных месторождениях железа при процессах метаморфизма гидрооксиды железа переходят в гематит и магнетит, опал перекристаллизовывается в кварц. В результате руды приобретают облик железистых кварцитов, богатых железом и с пониженным содержанием вредных примесей – фосфора и серы. Наблюдаются случаи, когда рудное вещество переотлагается, выполняя трещины в породах. Таковы, например, рудные жилы магнетита с брекчиевой текстурой в северной части Криворожского железорудного бассейна, возникшие под влиянием гидротермальных процессов, которые обусловили образование метасоматическим путем штокообразных тел сплошного магнетита среди толщи железистых кварцитов.

К типу метаморфизованных принадлежат многочисленные докембрийские железорудные месторождения Восточно-Европейской, Северо-Американской, Южно-Американской, Австралийской и других древних платформах. На долю этих месторождений приходится основная масса мировых запасов и около 60 % мировой добычи железных руд. По запасам это, как правило, уникальные и крупные месторождения.

В Беларуси к этому типу относится Околовское месторождение железистых кварцитов. Железистые кварциты связаны со стратифицированными образованиями околовской серии (возраст около 2 млрд лет). Они находятся в тесной парагенетической связи с вмещающими плагиогнейсами и амфиболитами. На месторождении выявлены три горизонта железистых кварцитов мощностью от 20–80 до 125–259 м, имеющих пластообразную форму и моноклинальное залегание с падением на юго-восток под углом 60–80 º. Главный рудный минерал – магнетит, изредка встречаются пирит, пирротин, халькопирит, ильменит.

Метаморфизованные марганцевые месторождения широко развиты на Южном Урале, где они связаны с яшмами, в Казахстане, Бразилии, Индии и других регионах. Они образуются главным образом при региональном, реже контактовом метаморфизме осадочных марганецсодержащих пород. В процессе интенсивного регионального метаморфизма первичные оксиды и карбонаты марганца в дальнейшем целиком переходят в силикаты марганца – родонит, марганцовистые гранаты в тесном срастании друг с другом. Примером месторождений подобного типа могут служить Карсакпайская и Атасуйская группы месторождений Казахстана.

Среди метаморфизованных месторождений марганцевых руд различают две формации: браунит-гаусманитовую и марганец-силикатную.

К метаморфическим принадлежат месторождения, для которых типичны минеральные парагенезисы рудных и породообразующих минералов и постепенные контакты рудных залежей. Эти месторождения возникли в процессе метаморфизма и раньше до проявления метаморфических процессов не представляли промышленной ценности. Важной предпосылкой образований таких месторождений является наличие первично повышенных концентраций полезных компонентов в исходных породах: углеродистых отложений для месторождений графита, глинистых пород с высокими концентрациями алюминия для кианитовых сланцев, бокситов для корунда и наждака, диопсида для флогопита и др.

Классическим месторождением, связанным с контактовым метаморфизмом может служить Курейское месторождение. Оно находится в бассейне реки Нижняя Тунгуска. Залежь имеет сложное внутреннее строение и состоит из слоев скрытокристаллического графита, содержащего многочисленные ксенолиты и линзы терригенных пород. В составе руды помимо господствующего скрытокристаллического графита присутствуют его мелко- и крупночешуйчатые разновидности и различные минеральные примеси – пирит, кальцит, апатит, циркон, магнетит, рутил, гидросиликаты и др. Графитовая залежь является продуктом термального метаморфизма каменноугольного пласта под действием нижезалегающего диабазового силла большой мощности, обусловившего длительное время прогрева. Температура прогрева оценивается в диапазоне от 700 до 1250 ºC. Такой механизм графитообразования подтверждается в частности наличием в составе руд слоев графитизированного угля.

В бывшем Советском Союзе многие десятилетия приоритетной являлась геосинклинальная концепция рудогенеза. Негативное отношение к мобилистской концепции нашло отражение и в учебниках. Так, в учебнике М. М. Чарыгина «Общая геология», изданном в 1963 г. и предназначенном для студентов нефтяных вузов и факультетов, утверждалось, что… «гипотезы горизонтального движения континентов, несмотря на свою исключительную привлекательность и заманчивость не могут быть приняты как гипотезы, объясняющие процессы осадкообразования и горообразования.» (с. 370). Однако и официальная геосинклинальная концепция, основанная на стадийности развития складчатых поясов, не дает удовлетворительного объяснения металлогении двух типов контрастных структур земной коры – океанических и континентальных плит.

Накопленный после 2-ой мировой войны обширный материал по геологии Мирового океана, явился источником новых идей, в значительной степени конкретизировавших мобилистскую концепцию. Тем не менее, и усовершенствованная мобилистская концепция пока не может в полном объеме объяснить все аспекты формирования полезных ископаемых. Поэтому логично рассмотреть в краткой форме представления об условиях образования полезных ископаемых с позиции как геосинклинальной, так и мобилистской концепций.
21.2. Геологические условия образования месторождений полезных ископаемых с позиции геосинклинальной концепции

Геосинклинальная, или фиксистская, концепция получила яркое воплощение в трудах А. А. Архангельского, Ю. А. Билибина, В. В. Белоусова, В. И. Смирнова и др. В соответствии с этой концепцией, в земной коре выделяются три типа глобальных структур: геосинклинали, платформы и области тектонической активизации. Главнейшими факторами развития земной коры являются геосинклинальные системы – генераторы превалирующего большинства эндогенных месторождений. В. И. Смирнов (1969 г.) в истории развития геосинклиналей выделяет три главные стадии: раннюю, среднюю и позднюю. Для каждой стадии характерны свои специфические формации и связанные с ними комплексы полезных ископаемых.

Для осадочных пород этой стадии характерны разнообразные формации, важнейшими из которых являются: молассовая, пестроцветная, соленосная и углеводородосодержащая песчано-глинистая. С молассовой формацией связаны месторождения строительного минерального сырья, с пестроцветной – осадочно-инфильтрационные месторождения железа, меди, вольфрама, урана, с соленосной – промышленные залежи гипса, ангидрита, каменной и калийных солей, а с углеводородосодержащей песчано-глинистой – месторождения каустобиолитов.