ГлавнаяГеологические условия размещения рудных залежей, связь их с тектоникой, вулканизмом, рельефом дна рассмотрены во многих работах. Минералогия и структурно-текстурные характеристики руд описаны по результатам изучения отдельных образцов, данные по изменчивости состава руд и внутреннему строению рудных тел пока полностью отсутствуют. В ряде работ проведены сопоставления между современными океанскими сульфидными рудами и древними колчеданами, находящимися на суше. Аналогии между разрезами офиолитовых комплексов и разрезами океанической коры, между конкретными тектоническими позициями современных и древних руд, сходство структур и минеральных ассоциаций руд дают основания для сопоставления условий формирования современного оруденения в Тихом океане и оруденения кипрского типа в офиолитах. Общепризнанное отнесение большинства офиолитов к обдуцированным образованиям древних зон окраинно-океанического (тылового по отношению к островным дугам) спрединга не меняет существа дела: действующие в этих обстановках геологические механизмы, видимо, достаточно сходны с таковыми срединно-океанических хребтов. Дополнительное подтверждение правомерности аналогии получено недавно с открытием в рудах Омана остатков фауны, характерной только для гидротермальных «оазисов» в океане.
Упомянутые геологические данные наряду с результатами экспериментов позволили построить и достаточно детально обосновать модель современного океанического гидротермального рудообразования. Возможность прямого наблюдения описываемых ею процессов делает эту модель особенно убедительной. Цель настоящей работы состоит в том, чтобы определить, какие выявленные закономерности формирования современных океанских сульфидных руд могут иметь более общее значение и применимы для разработки генетических моделей древних колчеданных месторождений.
1. Рудообразующим флюидом, формирующим сульфиды в рифтовых зонах Тихого океана, а также в некоторых окраинно-океанических обстановках (табл. 1), является морская вода, измененная в результате взаимодействия с нагретыми базальтами. Главнейшими направлениями изменений являются исчезновение из воды сульфат-иона и Mg, появление H2S резкое повышение содержаний ряда щелочных и щелочно-земельных, а также тяжелых металлов. B результате вода превращается в слабокислый (pH порядка 3—6) восстановительный флюид. Изменения морской воды, соответствующие наблюдавшимся в природе, еще до открытия океанских гидротермальных систем моделировались в лабораторных экспериментах по взаимодействию базальт — вода. Первично морская природа воды, производившей гидротермальные изменения в океанической коре, доказывается исследованиями изотопии кислорода. Аналогичные результаты получены при изотопных исследованиях зеленокаменных пород офиолитовых комплексов. В частных случаях гидротермы могут приобретать рассольный характер. В настоящее время доказано, что основой высокоминерализованных гидротерм Красного моря является морская вода, взаимодействовавшая с миоценовыми эвапоритами.
Абсолютное преобладание в океанских рудообразующих гидротермах морской воды отвечает общей закономерности, согласно которой основой всех известных на Земле гидротерм являются воды поверхностного происхождения. Они могут содержать примесь магматических вод, значимую, однако, лишь при дефиците поверхностных вод в гидротермальной системе. Естественно, что в обстановке избытка океанской воды, при выплавлении магм из «сухой» океанической мантии ожидать существенной примеси ювенильных флюидов не приходится. На островодужных условиях рудообразования, где магмы могут содержать ~2,5% воды, этот вывод не может быть экстраполирован в столь категоричной форме, хотя морская вода там также преобладает над ювенильной.
2. Главным источником рудных элементов в залежах океанических хребтов являются молодые базальты океанической коры, выщелачиваемые конвективно циркулирующей морской водой. Геальность конвекции, предсказанной на основании данных изучения теплового потока еще до открытия океанских гидротерм, подтверждается зафиксированным в скважинах глубоководного бурения падением давления ниже гидростатического. Изотопные данные по Sr и Fb не противоречат концепции выщелачивания. В экспериментах по взаимодействию базальт — вода при выносе из базальта рудных элементов происходило изменение их минерального состава в направлении зеленокаменных преобразований (девитрификация, альбитизация плагиоклазов, хлоритизация темноцветных минералов и т. д.). Водный гидроксилсульфат Mg (каминит), полученный в ходе этих экспериментов, был открыт позже и в океанских сульфидных рудах.
При зеленокаменных изменениях, обнаруживаемых в океанских базальтах, фиксируется вынос из пород Cu, Sr, менее четко — Ca, Si, В. Li, Zn, Mn, Fe, Co, хотя неоднократное переотложение рудного вещества на путях миграции вод за счет локальных перепадов физико-химических условий «смазывает» результирующую картину процесса.
Надежно установленная в последние годы связь зеленокаменных изменений базальтов, происходящих вблизи осей рифтовых хребтов и распространяющихся за счет спрединга на всю площадь океанской коры, с воздействием гидротерм позволяет говорить о принципиальной общности процессов, приводящих к океанскому региональному метаморфизму и к околорудным изменениям пород. Как источник металлов рудных залежей рифтовых зон океана может рассматриваться вся толща коры над магматическим очагом (мощностью, по геофизическим данным, от 1 до 3 км), в которой идет гидротермальная конвекция, а не только околорудная зона (см. рисунок). Это обстоятельство ослабляет остроту вопроса о количественном аспекте заимствования вещества из вмещающих пород, который еще в сравнительно недавнем прошлом был камнем преткновения для концепции рециклинга. С аналогичных позиций рассматривается в последнее время и происхождение рудного вещества древних колчеданных месторождений.
3. В весьма сходных геологических условиях возможно формирование в океане массивных сульфидных руд, отличающихся резко различными соотношениями Cu и Zn (порядка 20 : 1 для Галапагосского хребта; 1 : 50 для хр. Хуап-де-Фука и ВТП вблизи 21° с. ш.) (табл. 2). Этим подтверждается правомерность наметившейся в последнее время тенденции объединения в одну группу колчеданных руд Cu и Cu — Zn специализации. Соотношение в рудах Fe, Cu и Zn интерпретируется как следствие различной степени подповерхностного разбавления гидротерм вблизи выхода на дно холодной водой, определяющего их конечную температуру при рудообразовании, в момент попадания в водную толщу. Температура гидротерм, формирующих руды Cu специализации, оценивается в ~380°С, замеренная температура растворов при образовании руд Zn — 320—350°С. При образовании на поверхности дна массивных руд Zn отложение сульфидов Cu происходит в штокверках в толще базальтов. При сильной нарушенности осевых частей хребтов разломами, что типично для зон медленного спрединга (Срединно-Атлантический,. Аравийско-Индийский хребты), степень подповерхностного разбавления гидротерм весьма велика. В этих условиях отложение сульфидов происходит только в штокверках, а на поверхности из «отработанных» растворов формируются металлоносные осадки и корки с силикатно-гидроокисным составом рудной фазы.
4. Данные по океанским гидротермам, как и по изученным гидротермам суши, показывают, что процессы рудообразования не обязательно связаны с предельно высокими содержаниями металлов в рудообразующих растворах, а определяются главным образом спецификой условий рудоотложения. Формирование руд в океане в областях развития «обычных» толеитовых базальтов в сочетании с экспериментальными данными подтверждает высказывавшееся ранее положение о том, что первичное обогащение выщелачиваемых пород субстрата не является условием рудообразования как такового. В то же время некоторые особенности состава руд зависят от соотношения рудных элементов в субстрате. Даже имеющиеся отрывочные данные по сульфидным рудопроявлениям окраинных зон Тихого океана, где преобладают породы андезитоидных формаций, показывают, что отношение Pb/Cu + Zn, составляющее обычно в рудопроявлениях срединно-океанических хребтов 1:100 и меньше, здесь увеличивается до 1:10. Таким образом, для современного рудообразования характерна та же, что и для древнего, тенденция увеличения относительного содержания Pb в рудах с переходом от базальтоидных к андезитоидным формациям.
Известно, что распределение Cu, Zn и Pb в древних колчеданных рудах примерно соответствует их распределению во вмещающих породах. Обобщение данных по геохимии современных океанских массивных сульфидных руд показало, что порядок отношений содержаний в рудах и подстилающих базальтах выдерживается для большинства рудных элементов, у которых можно ожидать черты сходства в поведении при воздействии на породу гидротермальных растворов — Zn, Cu, Pb, Cd, Ag.
Для понимания генезиса руд, связанных с андезитоидными формациями, существенно отметить, что эксперименты по выщелачиванию средних и кислых пород дали результаты, в принципе аналогичные результатам экспериментов с базальтами. В сочетании со всем сказанным в пункте 4 это свидетельствует в пользу вероятного принципиального сходства процессов рудообразования в островодужных зонах с рифтовыми. Соответствующие модели, вполне согласующиеся с современными данными по рудообразованию в океанах, хорошо известны, например, для древних руд Куроко.
5. Главным фактором, предопределяющим возможность развития океанских рудообразующих систем, является наличие источника тепла, которым может быть только неглубоко залегающий магматический очаг. Известно, что «живые» магматические очаги существуют практически подо всеми гидротермальными системами суши. Второй фактор — наличие минерализованного исходного раствора — морской воды. Теоретические исследования и экспериментальные работы показывают, что соленость — один из основных параметров растворов, определяющих их возможности в выщелачивании и переносе рудных компонентов. Кроме того, принципиальное значение имеет наличие в морской воде иона Mg2+, обусловливающее ее раскисление при высокотемпературных взаимодействиях с породами за счет отложения магниевых соединений, содержащих гидроксильные группы (сепиолит, каминит и др.).
Океанские рудообразующие гидротермы дают реальное доказательство теоретически обоснованной возможности совместного переноса металлов и S в кислом высокотемпературном флюиде. Источником S могут быть, по изотопным данным, как восстанавливаемый Fe2+ сульфат морской воды, так и сульфиды базальтов.
6. Требование наличия активных близповерхностных магматических очагов определяет набор тектонических обстановок возможного рудообразования, перечисленных в табл. 3. В той же таблице приведены примеры современных гидротермальных проявлений, известных в каждой из этих обстановок, и древних колчеданных руд, которые с различной долей вероятности можно отнести к соответствующим палеообстановкам. В таблицу включены и те современные обстановки, в которых сульфидное оруденение в океане пока не известно, но обнаружена современная гидротермальная активность.
Достоверные древние аналоги могут быть в большинстве случаев указаны лишь для обстановок, связанных с конвергентными границами плит. Видимо, руды этих обстановок имеют наибольшую вероятность попадания в разрезы континентальной коры и сохранения в геологической истории. Кроме традиционно выделяемых обстановок тылового спрединга (кипрский тип) и островных дуг («тип Куроко» по зарубежной терминологии) мы, вслед за Л.П. Зоненшайном и др., выделяем промежуточную обстановку рудообразования, связанную с вулканизмом, наложенным на кору океанического типа в тыловых зонах островных дуг. Можно предполагать, что связь колчеданных руд с проявлениями кислого вулканизма в пределах офиолитовых комплексов наилучшим образом отвечает именно таким обстановкам формирования. Цепочки вулканов, в том числе сложенных кислыми лавами, выделяемые в тылу Курильской дуги, в рамках такой модели могут быть сопоставлены с цепочками рудоносных вулканических построек офиолитов Сумаиль в Омане.
Начало активного изучения гидротермального рудообразования знаменует новый этап морских геологических исследований. Широкое применение данных морской геологии для актуалистических реконструкций в литологии, начатое в нашей стране по инициативе Н.М. Страхова, позволило к настоящему времени существенно уточнить условия формирования древних осадочных толщ. Поскольку формирование 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.