ГлавнаяНесмотря на определенные различия в рудопродуцирующем магматизме и вещественном составе руд, молибденовые месторождения названных формаций имеют общие черты: гипабиссальную глубину формирования месторождений и ответственных за их образование плутонов, зависимость масштабов и концентраций оруденения от размеров и морфологии рудопродуцирующих плутонов, многофазное становление рудоносных интрузивов при наибольшей обогащенности кремнеземом и щелочными металлами поздних интрузивных фаз, отсутствие изначальной обогащенности гранитоидных магм молибденом, широкое развитие предрудных щелочных метасоматических изменений материнских гранитоидов, связь месторождений преимущественно с апикальными частями интрузивов, сопряженность во времени и пространстве процессов рудоотложения и дайкообразования, невыдержанность объемных соотношений метасоматоза и рудоотложения, стадийный характер рудоотложения.
Опыт поисков и разведки молибденовых месторождений показывает, что преобладает оруденение, расположенное в экзо- и эндоконтактовых зонах апикальных частей плутонов. При этом эмпирически установлено, что строение кровли плутона выступает в качестве фактора концентрации оруденения. Наиболее крупное и концентрированное оруденение наблюдается в ассоциации с апикальными частями крупных плутонов, характеризующихся простой куполообразной верхней поверхностью. Оруденение малоконцентрированное и небольших масштабов связано с плутонами небольших размеров (площадь горизонтального сечения до нескольких квадратных километров), а также с плутонами хотя и крупными, но имеющими уплощенную верхнюю поверхность, осложненную большим количеством мелких куполов. В последнем случае наблюдаются многочисленные, но незначительные рудопроявления — следствие отсутствия хорошо проявленного фактора концентрации оруденения.
Такое преимущественное расположение оруденения естественно объяснить обогащением подкровельного пространства магматических камер рудоносными флюидами и растворами, которые затем переносили и откладывали рудные компоненты. Вместе с тем нередко встречаются месторождения, не обнаруживающие такой видимой тесной пространственной связи с апикальными частями интрузивов. Они также тяготеют к плутонам рудоносных комплексов, но расположены в далеком экзоконтакте интрузивов, относительно глубоко эродированных и обнаженных на больших площадях. Такая позиция оруденения, на первый взгляд, как будто противоречит ранее высказанному представлению о причинной связи месторождений с куполообразными выступами плутонов и поэтому требует специального рассмотрения.
Вторая особенность гидротермальных плутоногенных месторождений, которую нельзя не учитывать при построении их генетической модели, — происхождение воды в рудоотлагающих растворах. Изучение изотопного состава кислорода, водорода и углерода на многих медно-порфировых, молибденовых, вольфрамовых и других месторождениях показывает, что ранние высокотемпературные, а также среднетемпературные растворы имеют магматический или преимущественно магматической источник, может быть, с небольшой примесью метеорной воды; поздние низкотемпературные растворы, с которыми связано отложение сульфидов и карбонатов, — метеорные. Эта особенность должна учитываться при построении моделей рудно-магматических систем.
Последовательность событий при формировании рудно-магматических систем. Опыт изучения рудных месторождений показывает, что основными этапами формирования рудно-магматических систем являются: 1) образование и интрудирование магматического расплава, плавление и магматическое замещение вмещающих пород; 2) ороговикование, базификация и фельдшпатизация пород экзоконтакта при взаимодействии магматического расплава с вмещающими породами в условиях открытой системы; 3) образование кристаллической корки в верхней части магматической камеры, дифференциация магматического расплава, «дополнительные» интрузии расплава в затвердевшую часть интрузива из его более глубоких частей; 4) затухание активности магматического очага, постепенное ослабление глубинного подтока тепловой энергии, продвижение фронта кристаллизации внутрь магматической камеры с образованием очагов остаточных расплавов и постмагматических растворов, находящихся под избыточным (относительно литостатической нагрузки) давлением; 5) выделение избытка (против котектического состава магм) щелочных металлов и кремнезема (дорудные калишпатизация, альбитизация, окварцевание); 6) формирование даек и рудно-кварцевой минерализации в результате вскрытия очагов остаточных расплавов и постмагматических растворов; стадийная стандартная последовательность в развитии гидротермального процесса — от наиболее ранних высокотемпературных кислородных, бор- и фторсодержащих соединений к сульфидному и карбонатному минералообразованию на поздних стадиях.
Следует подчеркнуть, что образование кристаллической корки в магматических очагах приводит к относительной изоляции магматического расплава от трещиноватых вмещающих пород и его более медленной кристаллизации. Это, по-видимому, создает условия для его глубокой дифференциации, формирования рудоносных флюидов и гидротермальных растворов с экстракцией из расплава рудных компонентов и затем их накоплением в подсводовых частях магматических камер, на границе расплава и кристаллической корки. При этом в камере растет давление и нередко достигает уровней, превышающих литостатическое, что наряду с тектоническими нарушениями приводит к вскрытию очагов и движению рудоносных растворов к местам рудоотложения.
Высокотемпературная минерализация и роль газов. Развитие эксплозивных образований при внедрении даек и контроль ими рудной минерализации свидетельствуют о большой роли газов в формировании рудномагматических систем. Изучение фумарол и состава газовой фазы расплавных включений в магматических минералах выявило значительное разнообразие летучих эндогенного происхождения: H2O, HCl, HF, H2S, SO2, CO2, NH3, CO, CH4, H2, N2, Ar, He.
Среди твердых продуктов фумарольной деятельности (сублиматов) ведущая роль принадлежит хлоридам и сульфатам Na, К, Ca, Mg, Al, Fe, окислам Si и Fe, хлориду аммония и S. Устанавливается четкая зависимость состава сублиматов от температуры и состава их газовой фазы. В сублиматах наиболее часто встречаются следующие элементы-примеси: F, Br, В, Р, As, Zn, Cu, Pb, Mn, Sn, которые нередко образуют самостоятельные минеральные фазы. Реже встречаются Li, Be, Ag, Ni, Co, V, Mo, Ga, Ge, Ti, Zn, Cr, Sb, Cd, Ba, Se, Te. Как правило, набор элементов-примесей сублиматов определяется химическим составом лав, излияние которых сопровождала фумарольная деятельность.
Это со всей очевидностью подтверждает ранее неоднократно подчеркивавшуюся автором зависимость вещественного состава руд молибденовых, молибденсодержащих, а также других месторождений от химического состава рудопродуцирующей магмы. Все сказанное, безусловно, позволяет рассматривать летучие в качестве экстрагентов рудных элементов из магмы и их переносчиков. На это же указывает присутствие первичных и вторичных газово-жидких включений с рудными минералами в породообразующем кварце гранитов.
Отделение (дегазация) летучих компонентов происходит по всему объему магматической камеры, причиной чего, по-видимому, являются меняющееся градиентное термобарическое поле и все увеличивающееся насыщение расплава летучими по мере его раскристаллизации и увеличения в нем минеральной фазы. Движение летучих происходит под влиянием барического градиента путем миграции из областей высокого в области низкого давления — из глубоких частей магматической камеры они поднимаются вверх, из мест первоочередной кристаллизации (образование кристаллической корки в апикальных и других краевых частях магматической камеры) оттесняются в приграничные с ними слои магматического расплава. Миграции летучих в большой мере способствует нарушение фазового равновесия при интрудировании магматических расплавов в зоны с пониженным давлением. Обычная для рудных месторождений перемежаемость во времени стадий рудной минерализации и внедрения даек — весьма веское этому доказательство.
Из физики известно, что выпуклые и конусообразные части тел являются участками максимальной теплоотдачи. Это же показали расчеты А.А. Кадика и Е.П. Ступакова, выполненные ими применительно к магматическим телам. Поэтому именно в куполообразных апикальных частях магматических камер создавались условия для наиболее быстрой кристаллизации магматического расплава и образования кристаллической корки, трудно проницаемой для летучих и, следовательно, для их накопления под ней.
Таким образом, рудоносные флюиды обособлялись и накапливались под куполами не полностью закристаллизовавшихся плутонов на границе раздела кристаллической корки и кристаллизующейся магматической массы. Последовательным зарождением, вскрытием и ликвидацией очагов сосуществующих флюидов и расплавов по мере продвижения фронта кристаллизации в глубь остывающего интрузивного тела вполне удовлетворительно и непротиворечиво объясняются стадийность плутоногенного рудно-кварцевого минералообразования, телескопирование минерализации разных стадий и отсутствие следов рудоносных очагов (рис. 1).
Причиной движения флюидов и высокотемпературных гидротерм является сочетание развития трещин, вскрывающих остаточные очаги, и высокого давления, развивающегося в этих очагах до их вскрытия, вследствие концентрации летучих в расплаве. Часто давление в остаточных очагах начинает превышать литостатическое и тогда это приводит к эксплозии — образованию брекчиевых трубок, зон, линз, служащих хорошими путями движения флюидов и гидротермальных растворов и отложения в них рудных минералов.
Такому механизму формирования оруденения отвечают растворы, отлагающие высокотемпературную (300—450°С) минерализацию — это продуктивные стадии месторождений молибдена, олова, вольфрама,, бериллия. Изотопный состав кислорода и водорода определенно свидетельствует о том, что эти растворы имеют магматическое происхождение. Газово-жидкие включения в жильных минералах указывают на щелочно-галоидный состав этих растворов (Cl—Na и F—Cl—К—Na) с переменным, но повсеместным содержанием гидросиликат-ионов. С. Д. Малинин и Н.И. Хитаров считают, что для подавляющей части металлов их переход в раствор определяется наличием в системе Cl-, при этом формами нахождения металлов во флюиде являются хлориды или гидрооксихлориды. Способствуют переходу металлов во флюид более высокое содержание Cl- во флюиде и более высокая кислотность флюида. В то же время отделение молибдена не зависит от содержания хлора в магмах и ассоциирующих с ними водных фазах. Экспериментальные исследования выявили повышенную растворимость молибдена в водных щелочно-кремнистых растворах. Вероятно, молибден экстрагируется и переносится водными растворами щелочного состава в виде молибдатных форм. Как показывают экспериментальные работы, отделение молибдена от магматического расплава происходит вместе с выделением паровой фазы без прямого влияния на этот процесс F и S, а его осаждение — при участии реакционноспособной серы, что полностью согласуется с геологическими наблюдениями.
Средне- и низкотемпературная минерализация и участие метеорной воды. В растворах средне- (220—200°С) и низкотемпературных (220—150°С) преобладающую роль играет углекислота и появляется гидрокарбонат-ион. Изотопный состав кислорода, водорода, углерода в средне- и низкотемпературной минерализации свидетельствует о преимущественно метеорном происхождении воды в растворах, отлагавших эту минерализацию. Вместе с тем изотопный состав серы в сульфидах свидетельствует об ее магматическом происхождении.
Очевидно, механизм формирования оруденения с участием метеорной воды будет иным, чем оруденения, связанного с высокотемпературными магматическими растворами. Его можно представить следующим образом. Развитие зон повышенной трещиноватости вокруг и внутри интрузива, согласно законам гидродинамики, приводит к притоку в них поровых растворов и их движению вдоль зон трещиноватости. На основании моделирования Д. Нортон и М.М. Кэтлс пришли к заключению, что поровые растворы будут двигаться к интрузиву и входить в него в его нижней части (рис. 2). При этом они будут двигаться вверх по трещинам и нагреваться в соответствии с режимом температурного поля. Нагретые растворы резко агрессивны по отношению к гранитам и вмещающим их породам и мобилизуют содержащиеся в них металлы. По некоторым расчетам предполагается, что мобилизация металлов из нетрещиноватых гранитов составляет 20%, а из сильно трещиноватых — 60%. Рудоотложение происходит как в интрузиве, так и за его пределами. Вероятно, таким образом формируются свинцово-цинковое, урановое и другие средне- и низкотемпературные оруденения.
Причина и место рудоотложения. Причиной рудоотложения становится неустойчивость тех или иных соединений в растворе, наступающая в связи с его движением в термоградиентном поле, т. е. понижение температуры растворов, их взаимодействие с окружающими породами, замедление движения вследствие более медленной фильтрации в малопроницаемой среде, падения давления при переходе из менее нарушенных зон в более нарушенные, изменение pH и Eh растворов, заполнение полостей трещин и др. Следовательно, строение теплового поля, обусловленного остывающим плутоном, в сочетании с особенностями физических и химических свойств пород и их трещиноватостью определяет в качестве главного фактора характер размещения оруденения.
Оруденение формируется на фоне неоднородного теплового поля, температура которого постепенно понижается, о чем можно судить по характеру процессов, развивающихся на магматической и послемагматической стадиях функционирования рудно-магматической системы. При этом снижение температур теплового поля можно представить как опускание изотерм. Поскольку причиной отложения полезного компонента в большинстве случаев является падение температуры, то в тепловом поле должна существовать критическая изотерма, где скорость отложения полезного компонента равна скорости его растворения. Вне этой изотермы, в сторону уменьшения температуры, происходит отложение и накопление полезного компонента. Скорость опускания такой изотермы меньше скорости фильтрующихся рудоносных растворов, поэтому около нее происходит накопление рудного компонента с постепенным опусканием зоны накопления. Для различных рудных компонентов критические изотермы будут разными, вследствие чего и возникает температурная рудная зональность.
Однако, поскольку тепловое поле динамично, полной пространственной разобщенности рудных компонентов обычно не наблюдается, большей частью меняется лишь их соотношение в пространстве. Это хорошо иллюстрируется монотонно меняющимися сверху вниз и с флангов к центру отношениями Cu : Mo и W : Mo в практически однородных породах экзо- и эндоконтактовых зон медно-молибденовых и вольфрам-молибденовых штокверковых месторождений (Каджаранское, Коктенкольское, Верхние Кайракты).
Следовательно, протяженность оруденения в пространстве, его зональность и морфология — в определенной мере следствие взаимоотношения неоднородного меняющегося во времени температурного поля с развивающимся на его фоне, также изменяющимся во времени, гидротермальным процессом.
Таким образом, следует признать, что анизотропия термобарического поля является важным фактором, обусловливающим распределение и морфологию оруденения при формировании месторождений. В этом отношении весьма интересной является работа В.Г. Золотарева, который на основе трехмерного моделирования на ЭВМ рассмотрел объемную динамику процессов, сопровождающих становление интрузивных тел. Этот исследователь пришел к выводу, «что морфология изотерм теплового поля зависит от формы исходного интрузива в условиях изотропной вмещающей среды и что в направлении гарполитообразного выступа изотермы высоких температур развиваются во вмещающие породы на значительные расстояния, тогда как со стороны вертикального контакта тела они, наоборот, смещаются внутрь интрузивного тела». Кроме того, он обосновывает мысль, что «сложение вертикальных и горизонтальных тепловых потоков способствовало, по-видимому, горизонтальной ориентировке изотерм в области плоской кровли массива», а «наличие разноориентированных потоков тепла в двух- и трехмерных средах, обусловленных геологическим строением и морфологией гранитного массива, приводит к тому, что в аномальных локальных участках возникают условия стабильных температур, сохраняющиеся в течение длительного периода времени» (рис. 3).
Такая стабильность температур, по мнению В.Г. Золотарева, обеспечивает высокую концентрацию рудного вещества.
В анизотропной среде условия развития рудного процесса и концентрации рудных компонентов будут еще более сложными. Данные, полученные В.Г. Золотаревым, делают понятной позицию оруденения, находящегося к относительно далеком экзоконтакте плутонов, обнаженных на достаточно большой площади, для которых можно предполагать существенную глубину эрозионного среза. Вероятно, такое оруденение связано с гарполитообразными выступами плутонов. Поскольку от формы интрузива зависит направление кристаллизации расплава в магматической камере, она во многом обусловливает не только характер температурного поля, но и движение рудоносных растворов и размещение оруденения. Поэтому выяснение морфологии интрузива с помощью геофизических методов имеет очень большое значение для прогнозирования оруденения. И даже в случае глубокоэроцированного плутона бесперспективность его далеких экзоконтактовых зон не является очевидной, все зависит от строения не вскрытой эрозией части плутона.
Выводы. Высокотемпературное рудообразование на молибденовых месторождениях связано с выделением тепла и летучих магматическим расплавом, и для него наиболее реальным является предположение эманационно-бародиффузионного механизма движения рудоносных флюидов с экстрагированием полезных компонентов (металлов) из магмы.
Более позднее средне- и низкотемпературное рудоотложение, по-видимому, происходило в результате конвективного или близкого к нему движения гидротермальных растворов с вовлечением в него поровых и трещинных вод как из самого интрузива, так и из вмещающих пород и мобилизацией из них металлов.
Причины рудоотложения — понижение температуры растворов при движении в термоградиентном поле, изменение их pH и Eh, падение давления, замедление движения, взаимодействие с окружающими породами. Строение термоградиентного поля плутона во многом определяется морфологией последнего и в сочетании с особенностями физических свойств пород и их трещиноватости обусловливает характер распределения оруденения в интрузиве и в его экзоконтактовых зонах.
В связи с этим актуальными задачами представляются моделирование температурного поля для плутонов различных форм и размеров и практическое изучение морфологии рудоносных интрузивов с составлением их объемных моделей и определением позиций реально наблюдаемого оруденения в их экзо- и эндоконтактовых зонах в целях использования накопленного таким образом опыта для локального рудного прогноза.