ЛЕКЦИЯ № 2

ТЕМА:«ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ»

Изучение геологических условий образования месторождений полезных ископаемых включает в себя вопросы, касающиеся их генетической систематики, связи с определенными геологическими структурами и комплексами горных пород, источников и способов отложения полезных минеральных масс, а также физико-химических параметров процессов рудообразования.
1. Генетическая классификация месторождений.
Классификация любых объектов заключается, как известно, в объединении их в группы, близкие по определенным признакам, которые являются принципами классификации. Следовательно, выделение групп месторождений, сходных по условиям формирования, основано на генетическом принципе. Генетическая систематика месторождений имеет важное научное и практическое значение, поскольку именно условия образования месторождений определяют закономерности их размещения в земной коре, основные пространственно-морфологические и объемно-качественные характеристики.
Существует достаточно большое число вариантов классификаций месторождений по их генезису; это, например, классификации В. А. Обручева (1922 г.), Е. Е. Захарова (1953 г.), С. С. Смирнова (1955 г.), С. А. Вахромеева (1975 г.), В. И. Смирнова (1976, 1985 гг.), многие из которых приводятся в соответствующих учебниках и учебных пособиях.
При составлении предлагаемого варианта генетической классификации месторождений полезных ископаемых авторы исходили из следующих основных посылок. Во-первых, поскольку процессы становления месторождений полезных ископаемых не являются самостоятельными, изолированными, а скорее представляют собой отдельные «эпизоды» на фоне общегеологического развития нашей планеты, классификация должна четко увязывать их с более общими породообразующими геологическими процессами. Как отмечено В. И. Смирновым (1982 г., с. 56), «месторождения полезных ископаемых формируются в процессе дифференциации минеральных масс при круговороте в осадочном, магматическом и метаморфическом циклах образования горных пород и геологических структур». Во-вторых, во всей классификации желательно сохранение единого принципа: она должна быть генетической на уровне выделения всех ее основных единиц. В-третьих, в классификации должны существовать переходные группы, включающие месторождения сложного генезиса, возникшие в результате взаимодействия двух или нескольких геологических процессов. В-четвертых, отражая в целом уровень современных знаний о генезисе месторождений, классификация должна быть достаточно простой.
Таблица3
Генетическая классификация месторождений полезных ископаемых

Серия
Группа
Класс
Подкласс

Э н д о г е н н а я

Магматогенная

Магматический
Раннемагматический
Позднемагматический
Ликвационный
Пегматитовый
Простых пегматитов Перекристаллизованных пегматитов
Метасоматически замещенных пегматитов
Гидротермальный
Плутоногенный (глубинный) Вулканогенный (приповерх­ностный)
Магмато-генно-мета-морфоген-ная
Контактово-метасома-тический
Альбититовый
Грейзеновый
Скарновый (известково- и
магнезиально-скарновый)

Метаморфогенная


Метаморфизованный
Регионально-метаморфизованный
Контактово-метаморфизо-ванный
Метаморфический
Регионально-метаморфический Контактово-метаморфический
Эндогенно-экзогенная
Магмато-генно-седи-ментоген-ная
Вулканогенно-осадочный
Гидротермально-осадочный
Не выделены » »
Экзогенная
Седимен-тогенная
Выветривания
Остаточный Инфильтрационный



Осадочный
Механический
Химический
Биохимический
В предлагаемой классификации (табл. 3) авторами вслед за рядом других исследователей рассматриваются следующие соподчиненные единицы (таксоны): серии, группы, классы и подклассы месторождений полезных ископаемых.
Наиболее крупными единицами классификации являются серии – эндогенная, эндогенно-экзогенная и экзогенная, выделенные по принципу источников энергии, за счет которой совершаются геологические процессы, приводящие к формированию месторождений полезных ископаемых.
Объединение месторождений в группы связнных с тремя основными процессами петрогенеза, а, следовательно, и рудообразования – магматизмом, метаморфизмом и седиментогенезом. При этом наряду с традиционно описываемыми магматогенными, метаморфогенными и седиментогенными месторождениями дополнительно предложены переходные магматогенно-метаморфогенная группа в эндогенной серии и магматогенно-седиментогенная – в эндогенно-экзогенной.
Поскольку каждый из названных процессов очень сложен по характеру развития во времени и пространстве, формам и условиям проявления, физико-химическому механизму обособления и накопления минеральных масс, именно на этих генетических принципах основано выделение более дробных единиц классификации – классов и подклассов.
Так, магматогенные месторождения подразделяются на классы в соответствии с основными этапами эволюции и дифференциации магматических расплавов, в течение которых меняется и характер среды минералообразования. Подклассы связываются со временем и механизмом обособления полезных минеральных масс, глубиной формирования месторождений. Метаморфогенные месторождения классифицируются согласно основным типам метаморфизма. Для седиментогенных классификация базируется на основных этапах седиментогенеза – мобилизации вещества в коре выветривания и последующем осадконакоплении, а также на физико-химическом механизме протекания этих процессов.
2. Геологические и физико-химические факторы, определяющие условия образования и размещения месторождений
Все характеристики месторождений (форма, условия залега­ния, размеры, вещественный состав) определяются историей и" процессами геологического развития тех участков земной коры, которые вмещают месторождения. Поэтому месторождения по­лезных ископаемых необходимо изучать во взаимосвязи с окру­жающей их геологической средой путем анализа условий, геоло­гических факторов, благоприятствующих образованию полезных ископаемых. Для формирования различных генетических групп месторождений ведущими факторами являются магматические, стратиграфические, литологические и тектонические.
Магматические факторы.Различные эндогенные месторожде­ния полезных ископаемых связаны с определенными по составу комплексами изверженных горных пород.
С ультраосновными породами (дунитами, перидотитами, пироксенитами) ассоциируют магматические месторождения ме­таллов платиновой группы, хромитов, никель-кобальтовых руд, титаномагнетита, алмазов. Кроме того, к этим породам приуро­чены гидротермальные месторождения асбеста, магнезита, талька.
Основные породы (габбро,нориты,анортозиты) продуци­руют магматические месторождения титаномагнетитовых и суль­фидных медно-никелевых руд. Для щелочных пород (нефели­новые сиениты) характерны магматические месторождения апа­тита и нефелина.
Граниты являются материнскими породами для пегматито­вых месторождений мусковита, драгоценных камней и редких элементов. К умеренно кислым гранитоидам тяготеют контактово-метасоматические (скарновые) месторождения железа, вольфрама, молибдена, а также гидротермальные месторожде­ния золотых, медных, оловянных, полиметаллических и урано­вых руд.
Связь месторождений полезных ископаемых с изверженными породами бывает генетическая (прямая, явная) и парагенети- ческая. В первом случае магматические, пегматитовые и скар-­ новые месторождения непосредственно ассоциируют с конкрет­- ными массивами изверженных пород, а рудные тела залегают, как правило, в их пределах. Парагенетическая связь отмечается для многих гидротермальных месторождений, рудные тела ко­- торых могут не иметь прямой связи с интрузивами, но те и другие являются производными единых глубинных магматических очагов.
Литологические факторыобнаруживаются в приуроченности постмагматических месторождений к горным породам, которые характеризуются специфическим составом, физико-химическими и физико-механическими свойствами. В этом случае свойства и состав горных пород выступают как факторы, способствующие развитию оруденения.
Известны гидротермальные месторождения, которые форми­руются при замещении рудным веществом карбонатных пород. Крупные месторождения медных, свинцово-цинковых, сурьмяно-ртутных и других руд часто локализуются в породах с повышен­ной пористостью и трещиноватостью, в горизонтах, сложенных хрупкими горными породами.
Стратиграфические факторыобусловливают приуроченность экзогенных месторождений к определенным стратиграфическим частям геологического разреза. Месторождения и вмещающие их породы образуются в результате одних и тех же процессов и входят в состав конкретных геологических формаций.
Осадконакопление было связано с колебательными тектони­ческими движениями земной коры и происходило ритмично. В пе­риод затухания горообразования при трансгрессии моря форми­ровались рудные месторождения железа, марганца, бокситов. В силу этого подобные месторождения залегают в низах транс­грессивных серий определенного возраста. В период поднятий и регрессии моря возникали месторождения каустобиолитов и минеральных солей. Поэтому они встречаются в верхних частях регрессивных серий осадков.
Для многих месторождений характерна связь с отложени­ями определенного возраста, которая хорошо выдерживается в пределах различных геологических структур. Такая связь на­блюдается в пределах угленосных бассейнов, месторождений минеральных солей, фосфоритов, бокситов, железных руд.
Тектонические факторы.Размещение месторождений полез­ных ископаемых, рудных полей и поясов контролируется, как правило, крупными тектоническими элементами. К ним отно­сятся глубинные разломы, складчатые зоны, предгорные про­гибы, внутригорные котловины, платформенные антеклизы и синеклизы.
Особенно большое рудоконтролирующее значение имеют глу­бинные разломы. Эти зоны протягиваются на многие сотни кило­метров при ширине до десятков километров. К глубинным раз­ломам тяготеют эндогенные месторождения полезных ископае­мых, реже — осадочные месторождения угля и минеральных со­лей. С зонами региональных надвигов, сбросов, сдвигов, смятия связаны месторождения цветных и редких металлов Рудного Алтая, Забайкалья, Кавказа. Многочисленные месторождения металлических и неметаллических полезных ископаемых и каустобиолитов (медь, соли, уголь и др.) часто приурочены к пред­горным прогибам, располагающимся на границе платформ и складчатых областей.
Глубина образования.Месторождения полезных ископаемых формируются на различных глубинах, под которыми понимают расстояние от земной поверхности, соответствующей времени рудообразования, до места локализации полезных минеральных масс. Можно выделить четыре основных глубинных зоны форми­рования полезных ископаемых: 1) поверхностно-приповерхностную; 2) малых глубин (гипабиссальная); 3) средних глубин (абиссальная); 4) больших глубин (ультраабиссальная).
Поверхностно-приповерхностная зона простирается от по­верхности земли до глубины 1—1,5 км. Здесь происходит станов­ление всех месторождений экзогенного генезиса, а также вулканогенно- и гидротермально-осадочных месторождений. Иногда в приповерхностных условиях образуются отдельные магматиче­ские и скарновые месторождения.
Зона малых глубин (гипабиссальная) охватывает интервал от 1 - 1,5 до 4 км. Это наиболее благоприятная для возникнове­ния эндогенных месторождений зона, характеризующаяся опти­мальными физико-механическими свойствами среды, поскольку в породах широко развиты разрывные нарушения, благоприят­ствующие перемещению рудообразующих растворов или распла­вов. С этой зоной связано формирование подавляющего боль­шинства плутоногенных гидротермальных месторождений, скарновых месторождений железа и меди, а также магматических месторождений сульфидных медно-никелевых руд и карбонатитов.
Зона средних глубин (абиссальная) распространяется при­мерно от 4 до 10 км. Низкая пористость и пластичность пород, отсутствие открытых трещин затрудняют просачивание раство­ров, всвязи с чем в этой зоне преобладает инфильтранионно-диффузионный массоперенос и широко распространены метасоматические процессы.
Здесь формируются преимущественно пегматитовые и контактово-метасоматические месторождения.
Зона больших глубин (ультраабиссальная) наименее благо­приятна для рудообразования, поскольку при высоком всесторон­нем давлении трещины полностью закрыты, породы обладают высокой пластичностью и слабопроницаемы для растворов. К этой зоне в основном приурочено становление метаморфогенных ме­сторождений.
Возникшие в различных условиях глубинности месторожде­ния могут быть неодинаково эродированы. Глубина эрозионного срезаопределяется положением тел полезных ископаемых отно­сительно современной земной поверхности. Можно выделить три степени эродированности месторождений:
начальную, когда руд­ные тела только вскрываются эрозией и месторождение пер­спективно на глубину; полную, когда на поверхности обнажа­ются корневые части рудных тел и перспективы месторождения уже ограничены, и среднюю - промежуточную. Обычно глубина эрозионного среза определяется при геологоразведочных рабо­тах с использованием различных геохимических и минералогиче­ских методов.
Температура и давление.Месторождения полезных ископае­мых формируются в локальных участках земной коры - рудообразующих системах, важнейшими термодинамическими пара­метрами которых являются температура и давление. Темпера­турный интервал становления различных месторождений дос­таточно широк - от 0-500 С для экзогенных и до 800-900 °С и даже 1200-1300°С для эндогенных. Определение температур рудного процесса за редким исключением производится косвен­ными методами, среди которых могут быть названы термометри­ческие (по газово-жидким включениям в минералах), минера­логические (с помощью минеральных термометров, основанных на фазовых переходах в различных минералах) и геохимические (базирующиеся на зависимости коэффициента распределения элементов в сосуществующих минералах от температуры их формирования).
Давление при процессах рудообразования обычно колеблется от сотни до нескольких сотен мегапаскалей, достигая в редких случаях, например, для месторождений алмазов в кимберлитах, 5-7 ГПа. Надежных экспериментальных методов его опреде­ления в настоящее время нет, хотя делаются попытки количест­венной оценки давления в рудообразующих системах по замерам давлений во включениях в минералах.
Помимо температуры и давления, важными физико-химиче­скими параметрами рудообразующих систем являются кислот­ность— щелочность среды (рН), окислительно-восстановитель­ный потенциал (Еh), режим углекислоты, серы, химическая ак­тивность ионов.
Источники вещества и способы его отложения.Источники ве­щества, из которого формируются полезные минеральные массы месторождений, достаточно разнообразны. Основными из них считаются следующие: 1) магматические расплавы корового или мантийного происхождения; 2) газовые, газово-жидкие и жид­кие растворы, которые могут отделяться от магмы на опреде­ленных стадиях ее эволюции или возникать вне связи с магма­тическими расплавами; среди растворов немагматического гене­зиса следует назвать образующиеся путем дегазации из глубо­ких частей земной коры и верхней мантии («трансмагматические растворы» по Д. С. Коржинскому), а также минерализованные поверхностные и подземные воды; 3) горные породы различного происхождения,подвергающиеся механическому и химическому воздействию в экзогенных или эндогенных условиях и составля­ющие ту геологическую среду, в которой осуществляется пере­мещение расплавов и растворов, активно взаимодействующих с ней и заимствующих при этом многие ценные компоненты; 4) продукты жизнедеятельности различных животных и расти­тельных организмов; 5) вещество космического происхож­дения.
Отложение вещества полезных ископаемых из минералооб-разующих сред также имеет различный характер. Исходя из названных источников, можно говорить об отложении вещества из расплавов, растворов или его перегруппировке в твердом со­стоянии.
Отложение вещества, из расплавов, осуществляющееся при образовании магматических и пегматитовых месторождений, носит характер кристаллизации, происходящей при прогрессив­ном снижении температуры.
Наиболее распространенным способом является выделение вещества из водных и газово-водных природных растворов. Этот процесс обычно регулируется изменением температуры, давле­ния, концентрации и другими физико-химическими условиями среды. Поскольку вещество в растворах может находиться в ионно-молекулярной форме (в истинных растворах), в виде коллоидных частиц (в коллоидных растворах) или взвесей, спо­собы его отложения различны. Среди них следует назвать: 1) ме­ханическое осаждение; 2) самопроизвольную коагуляцию кол­лоидных растворов; 3) химическое осаждение, являющееся ре­зультатом различных химических реакций, а также испарения и пересыщения растворов; 4) биохимическое осаждение в ре­зультате жизнедеятельности и отмирания животных и расти­тельных организмов. Из газовых растворов вещество может на­капливаться путем сублимации или возгонки. В результате ука­занных способов выделения вещества образуются залежи от­ложения.
Особо необходимо отметить способ отложения вещества при обменных химических реакциях растворов с боковыми породами (процесс метасоматоза), наиболее широко распространенный при формировании контактово-метасоматических месторожде­ний. Массоперенос здесь имеет фильтрационно-диффузионный характер, а возникающие залежи полезных ископаемых явля­ются телами замещения.
Перегруппировка вещества в твердом состоянии, происхо­дящая при изменении температуры и давления, при фильтрации химически активных растворов — основной способ образования полезных минеральных масс в месторождениях метаморфогенного генезиса. Массоперенос при этом обладает диффузионным или фильтрационно-диффузионным характером.
Все вышеизложенное указывает на чрезвычайную сложность формирования месторождений полезных ископаемых, большое разнообразие геологических и физико-химических условий, опре­деляющих процессы рудогенеза.
Контрольные вопросы и задания
1. На каких принципах построена предлагаемая классификация место­рождений полезных ископаемых и какие единицы она содержит?
2. Дайте характеристику геологических факторов, определяющих усло­вия образования и размещения месторождений полезных ископаемых.
3. Назовите глубинные зоны формирования месторождений полезных ископаемых. Какие типы месторождений формируются в различных зонах?
4. Какие физико-химические параметры определяют условия образова­ния полезных ископаемых?
Назовите источники вещества и способы его отложения при формиро­вании полезных ископаемых