ГЛАВА 8. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Наиболее простой принцип классификации – морфологический, основанный на группировке месторождений по форме тел и условиям залегания их среди вмещающих пород. Морфологические классификации являются простыми и представляют определенный интерес для горняков, так как для разработки месторождений необходимо знать форму рудных тел и характер соотношения их с вмещающими породами.

Классификации по химико-технологическому принципу основаны на разделении по вещественному составу руд с учетом требований промышленности к качеству минерального сырья.

Наиболее распространенными в учении о полезных ископаемых и научно обоснованными являются классификации месторождений по генетическому принципу. Первая генетическая классификация была разработана в 1911 г. американским геологом В. Лидгреном. В соответствии с этой классификацией все минеральные месторождения подразделяются на две группы: 1) месторождения, образованные механическими процессами; 2) месторождения, образованные химическими процессами. Месторождения второй группы наиболее широко распространены. Они подразделяются в зависимости от среды отложения минерального вещества на три класса: А – образовавшиеся в поверхностных водах; В – в горных породах; С – из магмы путем ее дифференциации.

Классификация В. Лидгрена, получившая в свое время широкое признание, была дополнена и несколько видоизменена его учениками (Л .Грейтон, А. Баддингтон и др.). Л. Грейтон ввел дополнительно к трем типам гидротермальных месторождений еще два: телетермальный – для месторождений, образующихся на средних глубинах при низких температурах, и лептотермальный – для месторождений малых глубин и низких температур.

Одной из первых генетических классификаций минеральных месторождений, разработанной советскими учеными, является классификация В. А. Обручева. Она первоначально была им предложена в 1922 г. и дополнена в 1934 г. В. А. Обручев все месторождения полезных ископаемых разделил на три группы: 1) глубинные(эндогенные); 2) поверхностные (экзогенные); 3) измененные (метаморфогенные). Группы месторождений разделялись на категории. Так, эндогенные месторождения подразделялись на три категории: магматические, эманационные и гидротермальные; экзогенные – на четыре категории: осадочные, инфильтрационные, остаточные и обломочные; метаморфогенные месторождения в зависимости от характера метаморфизма подразделялись на динамоморфические (основной агент давление), пирометаморфические (основной агент повышенная температура) и гидратометаморфические (основной агент минерализованные растворы).

Из зарубежных ученых следует отметить классификации П. Ниггли (1941 г.) и Г. Шнейдерхёна (1955 г.).

В советской и российской геологической литературе существовавшие ранее генетические классификации неоднократно конкретизировались, дополнялись, усовершенствовались (С. С. Смирнов, В. И. Смирнов, С. А. Вахромеев, В. И. Старостин, П. А. Игнатов и др.).

В данном учебном пособии принята «Сводная генетическая классификация месторождений полезных ископаемых», составленная В. И. Смирновым (Табл. 8.1).

Месторождения эндогенной серии формируются под воздействием внутренней энергии Земли. В данной серии выделяется семь групп: магматическая, пегматитовая, карбонатитовая, скарновая, альбитито-грейзеровая, гидротермальная и колчеданная.

Сводная таблица классификация месторождений полезных ископаемых (По В. П. Смирнову)

Магматические месторождения формируются в процессе дифференциации и кристаллизации магмы при высокой температуре (1500—800°С) и давлении сотни кг/с см² на значительных глубинах (3—5 км и более). Первоисточником вещества магматических месторождений является верхняя мантия Земли, о чем свидетельствует приуроченность ряда месторождений и вмещающих их базальтоидных пород к глубинным разломам и близость отношений изотопов серы сульфидов к метеоритному стандарту.

Для магматических месторождений характерна тесная связь их с изверженными горными породами, с которыми они образуются в результате общих процессов. В рудных телах магматических месторождений и вмещающих их изверженных породах встречаются тождественные рудные и нерудные минералы, но количественно рудные минералы преобладают в месторождениях по сравнению с вмещающими породами.

Магма содержит помимо силикатного материала, определенное количество воды, углекислого газа, серы, хлора, фтора и других летучих компонентов, а также разнообразные металлы. Внедрившись в верхние горизонты земной коры, она вступает во взаимодействие с вмещающими породами. В результате происходят процессы ассимиляции и переплавления твердых и относительно холодных вмещающих пород. Изменяется также и первичный состав магмы, которая нередко обогащается различными металлами, позаимствованными из окружающих пород. При остывании магмы, заключенные в ней металлы могут вести себя по-разному: 1) могут оставаться рассеянными в виде тех или иных соединений по всей массе изверженных пород, не давая значительных скоплений; 2) быть вынесенными вместе с летучими компонентами за пределы кристаллизующегося расплава и рассеяться во вмещающих породах; 3) образовать значительные местные концентрации – рудные месторождения.

Интрузивные породы, вмещающие магматические месторождения, обычно относятся к основным и ультраосновным разностям – это габбро, нориты, пироксениты, перидотиты и дуниты. С основными породами (габбро, норитами, анортозитами) пространственно и генетически связаны месторождения титана, ванадия, меди, никеля, кобальта и платиноидов; с ультраосновными породами (дунитами, перидотитами, пироксенитами) – месторождения платины, хромитов, алмаза, иногда меди и никеля.

В кислых и средних породах магматические месторождения встречаются довольно редко. Следует отметить месторождение железных руд Кирунавара в Северной Швеции, генезис которого трактуется как результат глубинной дифференциации сиенитовой магмы.

Приуроченность магматических месторождений к основным породам можно объяснить двояко: в основных породах отмечается повышенное содержание железа и других металлических компонентов, что благоприятствует формированию в них рудных залежей. Основная магма, содержащая относительно небольшое количество кремнезема, обладает меньшей вязкостью, лучшей подвижностью и, следовательно, она более способна к процессам дифференциации. Значительное влияние на процесс дифференциации магмы оказывают летучие компоненты (Н₂0, С1, В, Н, Р и др.), которые снижают температуру плавления руд и способствуют лучшей подвижности соединений. Многие магматические месторождения залегают среди полосчатых, псевдостратифицированных пород. Таковы гипербазиты Урала, Бушвельдский комплекс, щелочные породы Кольского полуострова и др.

9.2. Классификация магматических месторождений

Магматические месторождения, относящиеся к группе эндогенных образований, согласно А. Н. Заварицкому (1926 г.) могут быть подразделены на следующие классы и типы.

А. Кристаллизационные:

1. 
   ранней кристаллизации (аккумулятивные);
   
2. 
   поздней кристаллизации (фузивные).
   

1. 
   собственно ликвационные;
   
2. 
   отщепленные месторождения
   

К ликвационным относятся промышленные месторождения медно-никелевых руд, известные в Канаде, Африке и России. Они тесно связаны с базальтоидными породами. Руды комплексные: кроме меди и никеля содержат также кобальт золото, серебро, селен, теллур. Главные рудные минералы – пирротин, пентландит, халькопирит.

Рудные тела встречаются не только среди материнских интрузивов, но выходят и за их пределы. Руды халькофильные, состоят в основном из сульфидов. Также месторождения возникают, формируются и изменяются в течение всего процесса становления интрузива. Глубина образования месторождений различная. Примерами гипабиссальных месторождений могут служить Норильск I (глубина 2,5 км) и месторождения Печенги (глубина 2 км). К месторождениям мезоабиссальной фации и отчасти абиссальной относят риф Меренского (~8 км) и Монче-Тундру (5 км).

Ликвационные месторождения образуются путем разделения жидкого однородного магматического расплава на несмешивающиеся силикатные и рудные жидкости. Так, при плавке сульфидных медных руд в шахтных печах получаются несмешивающиеся и разделяющиеся между собой по плотности сульфидный расплав (штейн) и силикатная масса (шлак). Ликвация экспериментально доказана для силикатных и сульфидных масс И. Фогтом, Я. И. Ольшанским и др.

Я. И. Ольшанский в 1947—1950 гг. опубликовал результаты своих исследований по сплавлению сульфидов с силикатными минералами пород средней основности. Оказалось, что при температуре выше 1500 °С, особенно в присутствии минерализаторов, сульфиды в известной степени растворимы в силикатном расплаве. По мере понижения температуры растворимость сульфидов уменьшается и первичная магма начинает разделяться на сульфидный и силикатный расплавы. Он установил, что сульфидный расплав обладает высокой подвижностью и текучестью.

Ликвацией можно объяснить формирование сульфидно-никелевых месторождений в основных породах. В начальной стадии процесса ликвации магмы образовались, вероятно, небольшие жидкие каплевидные выделения сульфидов в жидкой же силикатной магме. Затем эти капельки соединялись между собой в более крупные и под действием силы тяжести опускались вниз. У ложа интрузива таким путем формировались жило- или пластообразные рудные тела, получившие название «донных залежей» (рис. 9. 1). Типичным примером таких месторождений являются медно-никелевые месторождения Садбери в Канаде и Монче-Тундра на Кольском полуострове.

Под действием внешних тектонических сил рудный расплав может, по-видимому, переместиться внутри интрузива и даже выйти за его пределы и образовать так называемое инъекционное, или отщепленное, месторождение. Действительно, в районе Садбери и в некоторых месторождениях РОссии (Норильское) наблюдаются сульфидные залежи не только в габбровой интрузии, но и во вмещающих ее вулканогенных породах.

В. К. Котульский (1948 г.), рассматривая общие вопросы формирования медно-никелевых месторождений, впервые высказал гипотезу абиссальной ликвации. По его мнению, сплошные и вкрапленные сульфидные руды различаются не только морфологически, но и по условиям образования. Накоплению сплошных сульфидов способствовала контаминация магматическим расплавом кислых пород, приводившая к уменьшению растворимости сульфидов в нем. При внедрении силикатной магмы она продолжала дифференцироваться, в результате происходила лик­вация с образованием придонных вкрапленных руд.

Типичным примером медно-никелевых ликвационных месторождений, сформировавшихся на активизированных платформах являются месторождения района Садбери в Канаде (провинция Онтарио). Они приурочены к обширному дифференцированному массиву, в плане имеющем форму овала с длинной осью субширотного простирания до 60 км и короткой – 25 км. (рис. 9.2.)

В разрезе он представляет опрокинутый конус, вершина которого находится на глубине от 10 до 25 км от земной поверхности. Массив сложен дифференцированной серией пород: в подошве находятся кварцевые нориты, выше – габбро-нориты, габбро и кварцевые габбро, переходящие в гранофиры.

Рудные залежи имеют пласто-, жило- и линзовидную форму. Они, как правило, окаймляют массив Садбери по его периферии, отходя иногда в подстилающие породы на несколько километров. Размеры рудных тел варьируют в значительных пределах и на отдельных месторождениях достигают в длину по простиранию до 700 м и по падению до 600м при мощности до 20 м. Развиты два типа руд: 1) бедные вкрапленные, образующие донные залежи пластообразной и линзовидной формы в основании ранних норитов; 2) богатые, слагающие инъекционные тела жилообразной формы среди поздних норитов, брекчий и диоритовых паек подстилающих пород. Главные рудные минералы: пирротин, пентландит, халькопирит и кубанит, второстепенные – герсдорфит, никелин, маухерит, магнетит, борнит, валлериит и др. Срелнее содержание Ni в рудах изменяется от 0,7 до 1,45 %, Cu – от 0,8 до 1,9 %. Кроме никеля, меди и кобальта руды месторождений района Садбери содержат золото, серебро, платиноиды, селен и теллур, которые извлекаются попутно.
9.4. Раннемагматические месторождения

Они встречаются чаще ликвационных. Среди них известны месторождения хромитов, в том числе в перидотитах геосинклинальной стадии развития, содержащих также платину и алмазы. К раннемагматическим относятся также титаномагнетитовые месторождениягабброидов и чешуйчатого графита в щелочных породах (месторождение Ботогол в Восточном Саяне). Однако единственным представителем крупных объектов этого класса являются коренные месторождения алмазов, генетически связанные со своеобразной формацией кимберлитов или лампроитов, выполняющей трубки взрыва (рис. 9.3.).

Для месторождений ранней кристаллизации (аккумулятивных) характерны следующие основные признаки:

1. 
   неправильная или пластообразная форма рудных тел;
   
2. 
   затухающие контакты, т.е. постепенный переход между рудой и вмещающей породой;
   
3. 
   кристаллически-зернистые структуры руд.
   

В месторождениях этого типа в первую очередь кристаллизуются силикатные породообразующие минералы, а затем – рудные. При кристаллизации рудных минералов в почти затвердевшем геологическом теле (интрузиве) будет находиться остаточный рудный расплав, который может несколько перемещаться в пределах интрузии как под влиянием внешних тектонических сил, так и вследствие своего внутреннего фазового напряжения. Образующиеся при этом позднемагматические месторождения характеризуются следующими чертами:

1) вытянутой, жилообразной или плитообразной формой рудных тел;

2. 
   резким, как правило, контактом между рудой и вмещающей породой;
   
3. 
   сидеронитовой структурой руд (рудный минерал располагается в промежутках между нерудными и цементирует последние).
   

Примером позднемагматических месторождений могут служить титаномагнетитовые Кусинское и другие на Урале, хромитовые Сарановское, Кемпирсайское, Хибинское апатит-нефелиновое Кольского полуострова и др.

В Беларуси выявлено Новоселковское месторождение ильменит-магнетитовых руд. Оно контролируется интрузией габброидов, испытавшей метаморфизм в условиях амфиболитовой толщи. Возраст интрузии раннепротерозойский (около 2 млрд лет). Руды образуют единую зону в лежачем боку интрузии, которая прослеживается в северо-восточном направлении на 1200 м и на глубину 720 м. Падение рудной зоны юго-восточное, крутопадающее. Разломами типа сбросов территория разбита на три блока с амплитудой смещения около 100 м. Границы рудных тел с вмещающими амфиболитами и мегагабброидами постепенные, нечеткие и определяются только по данным опробования. Главными рудными минералами являются магнетит (до 60 %)и ильменит (до 30 %), второстепенными – пирит, пирротин (до 1–5 %), редко встречающимися – халькопирит, марказит, галенит, сфалерит, титаномагнетит. Из породообразующих минералов в рудах широко развиты амфиболы, плагиоклаз, пироксены, встречаются биотит, гранат, шпинель, скаполит и др.

Они приурочены к обширному дифференцированному массиву, в плане имеющем форму овала с длинной осью субширотного простирания до 60 км и короткой – 25 км. В разрезе он представляет опрокинутый конус, вершина которого находится на глубине от 10 до 25 км от земной поверхности. Массив сложен дифференцированной серией пород: в подошве находятся кварцевые нориты, выше – габбро-нориты, габбро и кварцевые габбро, переходящие в гранофиры.

Рудные залежи имеют пласто-, жило- и линзовидную форму. Они, как правило, окаймляют массив Садбери по его периферии, отходя иногда в подстилающие породы на несколько километров. Размеры рудных тел варьируют в значительных пределах и на отдельных месторождениях достигают в длину по простиранию до 700 м и по падению до 600 м при мощности до 20 м. Развиты два типа руд: 1) бедные вкрапленные, образующие донные залежи пла-стообразной и линзовидной формы в основании ранних норитов: 2) богатые, слагающие инъекционные тела жи-лообразной формы среди поздних норитов, брекчий и дио­ритовых даек подстилающих пород. Главные рудные минералы: пирротин, пентландит, халькопирит и кубанит, второстепенные – герсдорфит, никелин, маухерит, магнетит, борнит, валлериит и др. Среднее содержание Ni в рудах изменяется от 0,7 до 1,45 %, Сu – от 0,8 до 1,9 %. Кроме никеля, меди и кобальта руды месторождений района Садбери содержат золото, серебро, платиноиды, селен и теллур, которые извлекаются попутно