Класификация месторождений

Проблема классификации МПИ имеет более, чем 400-летнюю историю. Первой попыткой создания научной классификации была группировка Г. Агриколы месторождений по морфологическому признаку. Подобные классификации неоднократно создавались и позже. Они были удобны для горных инженеров, но мало пригодны для целей прогноза и поисков МПИ.
В 1920-ые годы появился ряд генетических классификаций, предполагавших наличие связей между породо – и рудообразующими процессами (Обручева, Линдгрена, Ниггли, Шнейдерхена и др.). В 1970-1980-ые годы в СССР признание получила классификация В.И. Смирнова, излагаемая здесь с некоторыми дополнениями, заимствованными из работ ЦНИГРИ и ВСЕГЕИ.
А. Эндогенная серия I. Собственно магматические а. раннемагматические – аккумулятивные, сегрегационные (хромиты, платина в ультрабазитах, редкие земли в щелочно-ультраосновных породах, алмазы в кимберлитах) б. позднемагматические – гистеромагматические (хромиты, платина, ванадиеносные титаномагнетитовые и магнетитовые руды в габбро, норитах, анортозитах, апатит, магнетит, редкие земли в щелочно-ультраосновных породах и карбонатитах) 2. Ликвационные (сульфидные медно-никелевые с платиноидами в габбродиабазах) II. Пегматитовые (керамические и слюдоносные пегматиты чистой линии и редкометальные линии скрещивания) III. Карбонатитовые IV. Постмагматические 1. контактово-метасоматические (скарновые) 2. гидротермальные а. умеренных и значительных глубин – - высокотемпературные (альбититовые и грейзеновые), - средне- и низкотемпературные б. малых глубин и приповерхностные – высоко-, средне- и низкотемпературные V. гидротермально-осадочные (колчеданно-полиметаллические, железо-марганцевые, баритовые в донных илах и неметаморфизованных эффузивах)
Б. Экзогенная серия 1. россыпи 2. кор выветривания 3. зон окисления и вторичного сульфидного обогащения) 4. Осадочные а) механические осадки (ПГС, глины, пески) б) химические осадки (соли, гипсы, известняки, доломиты, железные руды) в) месторождения каустобиолитов 5. инфильтрационные - гидрогенные (медистые песчаники, урановые и уран-ванадиевые песчаники, сереброносные песчаники, железные и марганцевые руды)
В. Метаморфогенная серия 1. метаморфизованные 2. метаморфические 3. гидротермально-метаморфогенные
Дополнительные сведения Месторождения многих видов минерального сырья классифицируются на геолого-промышленной основе. Покажем это на примере месторождений золота. Б.И. Беневольским (2002) предложена типизация геолого-промышленных типов зо­лотых месторождений России, СНГ и Мира, основанная прежде всего на структурно-мор­фологических критериях, определяющих масштаб оруденения, учитывающая также гео­тектоническую позицию, генезис, формационную принадлежность, литологический со­став и механические свойства вмещающих пород, вещественный состав и технологич­ность руд. Таблица 1.1 Общая характеристика основных геолого-промышленных типов эндогенных золоторудных месторождений России и СНГ Показатели Геолого-промышленный тип жильные минерализованных зон штокверковые (мегаштокверковые) 1 2 3 4 Геотектоническая обстановка Эв- и миогеосинкли­нали, зоны активиза­ции завершенной складчатости, вулка­нические пояса Миогеосинклинали, вулканические пояса Эв- и миогеосинкли­нали, зоны активиза­ции завершенной складчатости Генетическая группа Плутоногенные, вулканогенные Плутоногенные, вулканогенные Плутоногенные, метаморфогенно-плу­тоногенные Рудная формация Золотокварцевая, зо­лото-кварц-сульфид-ная, золото-серебря­ная, золото-антимо­нит-кварцевая Золотосульфидная, золото-серебряная, золото-теллуридная (халцедон-кварцевая) Золотокварцевая, Золото-кварц-суль­фидная Главные и второ­степенные полез­ные компоненты Золото, серебро, сви­нец, цинк, теллур, сурьма, висмут и др. Золото, серебро, сви­нец, цинк, медь, сурьма и др. Золото, серебро, сви­нец, цинк, висмут и др. Содержание главных рудных компонентов, г/т Золото от 10 до 40, серебро от 20 до 100, Аu:Аg = 10:1-1:20 Золото от 3 до 10, се­ребро от 20 до 400, Аu:Аg = 5:1-1:20 и более Золото от 2 до 5 Морфология и параметры руд­ных тел Секущие, соглас­ные, трубо-, плито- и столбо­образные не­большой мощности, в среднем 1,0 м (0,2-5,0 м), реже мощности до 10-15 м Протяженные линей­ные круто- и полого­залегающие, значи­тельной мощности, в среднем 10-30 м, вы­держаны на глубину Штокверки разных размеров, мощностью до 100 м и более, зна­чительной площади, изометрической формы, параметры устойчивые Способ отра­ботки, произво­дительность В основном подзем­ный, производитель­ность 10-600 тыс. т руды, 0,5-3,0 т золота Открытый, подзем­ный, комбинирован­ный, производитель­ность 600-3000 тыс. т руды, 5-6 т золота. Открытый до глу­бины 500-600 м, про­изводительность 1-20 млн. т руды, 5-50 т золота Технологический тип руды Легкообогатимый гравитационным, амальгамационным, рентгено-радиметрическим способами Легкообогатимый флотационным, гравифлотационным, гидрометаллургиче­ским, реже упорный Легкообогатимый (пирит-кварцевый); упорный (вкраплен­ные мышьяковистые руды) Крупность по за­пасам главных рудных компо­нентов Небольшие, мелкие, средние, редко круп­ные, от 0,1-1,0 до 100 т зо­лота, серебро по­пут­ное Мелкие, средние и крупные, от 10-50 до 1000 т золота и до 40-50 тыс. т серебра Средние, крупные и очень крупные, от 50-100 т до 1,5 тыс. т зо­лота и более Таблица 1.2 Распределение мировых запасов и добычи золота по геолого-промышленным типам месторождений Геолого-промышленный тип месторождений
Общие за­пасы, т (доля в мировых, %) Добыча, т (доля в ми­ровой, %) Обеспе­ченность запасами, лет Примеры крупных месторождений 1 2 3 4 5 Месторождения главных геолого-промышленных типов Гидротермального класса 34000 (35,4) 1200 (47,8) 28 В том числе: эпитермальные золото­серебряные и золототел­луридные руды, связан­ные с вулканотектони­ческими постройками 11700 (12,2) 370 (14,7) 32 Лихир, Поргера (Папуа-Новая Гвинея); Много­вершинное, Кубака* (Россия), Кочбулак* (Узбекистан), Янакоча* (Перу), Пуэбла-Вьеха* (Доминиканская Республика). Золото-сульфидно-квар­цевые в углеродистых песчаниково-сланцевых формациях фанерозоя 10400 (10,8) 180 (7,2) 58 Мурунтау (Узбекистан); Сухой Лог (Россия); Ашанти (Гана), Бендиго (Австралия) Золото-кварц-сульфид­ные в метатерригенно-вулканогенных породах докембрийских зеленос­ланцевых поясов 6500 (6,8) 410 (16,3) 16 Калгурли, Кулгарди* (Австралия); Керкленд, Хемло (Ка­нада); Мор­роу-Велью (Бразилия), Колар* (Индия) джаспероидные в терри­генно-карбонатных фор-мациях фанерозоя 5400 (5,6) 240 (9,6) 22,5 Карлин, Голдстрайк, Голд-Кворри, Мейкл, Пайплайн (США) Россыпи 3800 (3,95) 250 (10,0) 15 Месторождения Се­веро-Востока России, Ленского, Амурского, Уральского районов Золотоносных конгломе­ратов 35000 (36,45) 490 (19,5) 71 Витватерсранд (ЮАР); Тарква (Гана); Жако­бина (Бразилия) Всего 72800 (75,8) 1940 (77,3) 37,5 Месторождения второстепенных геолого-промышленных типов Контактово-метасоматического класса 900 (0,9) 40 (1,6) 22,5 Ольховское, Чигиж­бек (Россия) Жильные гидротермального класса, в том числе : 6800 (7,1) 160 (6,4) 42,5 -в терригенно-вулкано­генных породах фанеро­зойских складчатых сис­тем 2300 (2,4) 40 (1,6) 57,5 Сарылах*, Россия -в тектонически дефор­мированных эндо- и экзоконтактовых зонах гранитогнейсовых мас­сивов 2100 (2,2) 70 (2,8) 30 Форт-Нокс (США); Дарасун* (Россия) -в хрупких геологиче­ских образованиях (ма­лых интрузиях, штоках, дайках, слоях кварци­тов) 1100 (1,2) 20 (0,8) 55 Васильковское, Бес­тюбе (Казахстан); Ка­ральвеем*, Россия -в глубокометаморфизи­рованных кристалличе­ских породах 700 (0,7) 20 (0,8) 35 Болиден* (Швеция) -седловидных золото­рудных тел в шарнирах складок 600 (0,6) 10 (0,4) 60 Балларат (Австралия) Золотоносных кор выве- тривания 1500 (1,6) 55 (2,0) 30 Олимпиадинское (Рос-сия); Боддингтон (Ав­стралия) Золотосодержащих оки-сленных руд (железных шляп) 300 (0,3) 20 (0,8) 15 Майкаин* (Казахстан), Рио-Тинто* (Испания), Ок-Теди (Папуа Но­вая Гвинея) Золотосодержащие ме­сторождения комплекс­ных руд 13700 (14,3) 300 (11,9) 46 Грасберг (Индоне­зия); Алмалык* (Узбекистан), Норильское, Гайское* (Россия) Итого 96000(100) 2515 (100) 38 примечание: * - дополнения В.Н. Никонова Приведенную характеристику гидротермальных месторождений сульфидно-кварцевого состава в магматических и осадочных породах, на наш взгляд, целесообразно дополнить положениями геолого-промышленной классификации месторождений золота ГКЗ СССР (Сборник руководящих материалов по геолого-экономической оценке месторождений полезных ископаемых», 1985). Последней предусматривается разделение золоторудных месторождений по количеству сульфидов, определяющему технологические характеристики руд. По этому признаку руды, независимо от формационной принадлежности и минерального состава, разделяются на убого сульфидные (сульфидов до 2 %), мало сульфидные (2-5 %), умеренно сульфидные (5-20 %) и сульфидные (более 20 %). Относительно эпитермальных золото­серебряных и золототел­луридных халцедон-кварцевых руд, связан­ных с вулканотектони­ческими постройками, авторами классификации ГКЗ подчеркивается, что они имеют преимущественно убого и мало сульфидный состав. Термин «кварцевый, сульфидно-кварцевый» применительно к определению формационной принадлежности золотого оруденения означает преимущественную концентрацию золота в кварце, в меньшей степени в сульфидах, «сульфидный, кварц-сульфидный» - локализацию частиц золота, в основном, в сульфидах. С учетом того, что многие месторождения золота являются комплексными, к собственно золоторудным рекомендуется относить месторождения, в которых стоимость золота составляет более 50 % суммарной стоимости извлекаемых металлов, к золотосодержащим – менее 50 %.
Среди известных классификаций золоторудных месторождений Уральского региона наиболее полная предложена В.Н.Сазоновым с соавторами (1993), выделившими: 1) собственно золоторудные формации, в том числе золото-сульфидная (зон рас­сланцевания), золото-сульфидно-кварцевая, золото-кварцевая, золото-теллуридно-суль­фидно-кварцевая, золото-порфировая; 2) золотосодержащие формации, объединяющие колчеданную, колчеданно-полиме­таллическую, железо- и медноскарновую, меднопорфировую. Золоторудные и золотосодержащие формации подразделяются по преобладающему типу околорудных пород (скарновая, хлограпитовая, антигоритовая, лиственитовая, бере­зитовая, пропилитовая, гумбеитовая, джаспероидная, аргиллизитовая, биотитовая – та­башковая и их комбинации). Внутри породно-метасоматических типов выделяются мине­ральные подтипы (полиметаллический, магнетитовый, халькопиритовый, теллуридный, реальгаровый и др.). Сильной стороной этой классификации является выделение золото-порфировой формации, на наш взгляд, представляющей собой «интрузивный вариант» кварцевых, сульфидно-кварцевых линейных и площадных штокверков в терригенных и вулканогенных комплексах. Подобное оруденение, имеющее крупномасштабные аналоги в России и мире (месторождения Урала, Аляски и других регионов), распространено в Башкирском Заура­лье. Существуют схемы типизации золоторудных объектов Башкортостана, предложен­ные В.А. Прокиным (1962 ф), П.Ф. Сопко (1977). В них сделан акцент на особенностях минерального состава руд с выделением множества минералого-геохимических типов. На наш взгляд, попытки практического их использования сопряжены с трудностями, обу­словленными, с одной стороны, слабой минералогической изученностью многих золото­рудных объектов, а следовательно, спорностью их отнесения к тому или иному типу, а с другой – конвергентным характером многих минералов – спутников золота, способных образоваться в месторождениях совершенно различных структурно-морфологических и генетических типов. В итоге в одной выборке оказываются месторождения и рудопрояв­ления, разные по структурной позиции, строению, генетическим особенностям, масшта­бам и практическому значению. Автор лекции в своей работе придерживался положений вышеприведенной классификации на геолого-промышленной основе Б.И. Беневольского, с дополнением её важными для Уральского региона типами, выделенными в формационной классификации В.Н. Сазонова - золото-порфиро­вым и золотосодержащим сульфидно-магнетитовым (контактово-метасоматическим, из­вестково-силикатным медно-железо-скарновым). При классификации объектов исследуемой территории учитывалось отсутствие четкой грани между золото-сульфидной и золото-кварц-сульфидной формациями (в обеих в том или ином объеме присутствуют сегрегации кварца, в том числе золотоносные). Не имеет смысла также разделять сульфидно-кварцевую и кварцевую формации, поскольку то или иное количество сульфидов всегда присутствует в золоторудных объектах.
Лекция 5.
Раннемагматические месторождения В раннемагматических месторождениях рудные минералы кристаллизуются ранее или одновременно с образованием породообразующих силикатных минералов. Важнейшими процессами обособления рудных минералов являются кристаллизация и гравитация. Например, в дунит-перидотитовых массивах характерно скопление хромита с удельным весом 5 г/см3, в то время как вмещающие породы имеют вес 3,0-3,4 г/см3. Тяжелые рудные минералы погружаются в расплаве и накапливаются на определенных уровнях магматического резервуара. Возникают рассеянные вкрапленники, шлиры (гнезда) бедных руд. Если возникают условия для действия конвективных потоков, то они захватывают рассеянные рудные агрегаты, переносят и иногда формируют пласты богатых руд (пример - хромиты, титаномагнетиты, никель-медные руды и платина м-ия Бушфельд в ЮАР). Названное месторождение приурочено к гигантской расслоенной интрузии площадью 480х250 км. В её основании лежат монооливиновые (дуниты), монопироксеновые (бронзититы) и моноплагиоклазовые (анортозиты) породы. Среди них залегает серия пластов богатых платиноносных хромитовых руд мощностью от сантиметров до 1 м, прослеживаемые на десятки километров. Среднее содержание Cr2O3 в них 43 %. В верхах расслоенной пачки ультрабазитов, на контакте с габбро, залегают также платиноносные медно-никелевые сульфидные руды, а в расслоенных габбро и норитах – титаномагнетитовые руды. Верх разреза интрузии слагают гранитоиды, в которых обнаружено олово-вольфрамовое оруденение. Примеры крупных раннемагматических месторождений титаномагнетитовых и ванадий-титано-магнетитовых руд в пироксенит-габброидных массивах Урала – Качканар (крупнейшее в мире), Кусинское, Копанское, Первоуральское. Руды в Качканарском месторождении вкрапленные, содержание железа всего 16 %, но его бедность компенсируется огромными параметрами рудной залежи, позволяющими развернуть производительную технику в карьере, и высоким содержанием ванадия – до 1 %. В Кусинском и Копанском месторождениях произошла перегруппировка сегрегаций магнетита и ильменита в пласты мощностью порядка 3 м. В расслоенных массивах щелочного-ультраосновного состава накапливаются горизонты апатита, а также лопарита – минерала редких земель. К раннемагматическим относят также месторождения алмазов в особых породах – кимберлитах и лампроитах, прорывающих кристаллические щиты и чехлы древних платформ. Кимберлиты представляют собой высокомагнезиальную оливин-флогопит-хромдиопсид-пироповую породу со вторичными серпентином, карбонатами и цоизитом, акцессорные минералы – алмаз, ильменит, хромит, апатит, перовскит, барит, магнетит, гематит, сульфиды никеля, циркон, минералы редких земель. Большинство алмазоносных кимберлитов – среднепалеозойские (Якутия, Архангельская область), или верхнемеловые-палеогеновые (Южная Африка). Лампроиты – высококалиевые ультраосновные породы жерловой фации вулканов мезокайнозойского возраста (Австралия). Они отчасти сходны с кимберлитами по составу минералов, отличаясь наличием щелочных роговых обманок, калиевого полевого шпата. И те и другие – результат глубинных взрывных процессов в мантии, с выбросом расплавленных продуктов в вихревом потоке раскаленных газов. Позднемагматические месторождения Позднемагматические месторождения образуются в завершающий этап кристаллизации магмы. Рудные минералы выделяются между затвердевшими силикатами (сингенетичные руды) или в остаточных рудных расплавах (инъекционные руды). В сингенетичных рудах рудные минералы в виде полос, шлиров, вкрапленности цементируют межзерновые пространства силикатных минералов, образуя горизонты бедных руд – магнетитовых и др. Часто пласты магнетита ассоциируют с сульфидами - халькопиритом, пиритом, а также апатитом и платиной (Волковское м-ие, рудопроявление Барон).
Инъекционные руды кристаллизуются из обогащенных газами, водой, серой, металлами легко подвижных остаточных расплавов, частично покидающих материнскую интрузию. К ним относятся наиболее богатые руды хромитового, апатит-магнетитового, апатит-нефелинового состава. Рудные тела тяготеют к кровле массивов, выходят за их пределы, заполняют трещины в интрузивных породах. Наиболее подвижны расплавы сульфидов. Они проникают в тончайшие микротрещины, раздвигают их стенки и превращают в более широкие каналы. По мере слияния каналов в единую структуру возникают зоны сплошных руд. Примеры позднемагматических месторождений - апатит-магнетитовое Кируна (Швеция), хромитовые Кемпирсай (Казахстан), Даг-Арди (Турция). Примером крупного, хотя и считающегося непромышленным, месторождения платины является Соловьева гора на Урале. В крупном массиве дунитов рассеяны линзы и гнезда хромитов, содержащих вкрапленность разнообразных минералов платины ,вплоть до образовния крупных самородков. Интересной петрологической особенностью массива является наличие в дунитах пустот, заполненных водородом и метаном. С массивом связаны россыпи, давшие многие десятки тонн платины. Ранее рудные гнезда и линзы в массиве были объектом старательской отработки, но сейчас такая выборочная отработка рассматривается как нерентабельная. Среднее содержание платины в минерализованных дунитах порядка 0,6 г/т, считается слишком низким для отработки на массу. Возможно в близком будущем, в связи с устойчивым ростом цены на платину, достигших уровня 35-40 $/г и более, будет возможна сплошная отработка платины в массиве. Таким образом, отличия ранне- и позднемагматических месторождений, имеющих сходство породо- и рудообразующих процессов и состава руд, заключаются в том, что в первых рудные минералы образуются до или одновременно с породообразующими, а во вторых – после породообразующих.
Ликвационные месторождения Ликвационные месторождения характерны для сульфидных медно-никелевых руд. Рудоносными являются расслоенные массивы габбро-диабазового состава, характерные для палеозойского и докембрийского чехла древних платформ и щитов. Изредка рудные тела выходят за пределы материнских массивов. В магматическом расплаве с температурой более 1500° металлы находятся в виде растворенных жидких сульфидов. При снижении температуры их растворимость падает, и сульфиды начинают выделяться в виде рассеянных мелких жидких капель. При снижении температуры до 1170° начинается кристаллизация силикатов, а сульфиды остаются жидкими. Они накапливаются в жидком расплаве, обогащенном ионами ОН- и Н+, постепенно преращаемыми в водяной пар, растворенный в сульфидном растворе. Из этого раствора кристаллизуются сульфиды в порядке: пирротин, пентландит, халькопирит. Сульфиды железа, никеля и меди содержат также кобальт, платину и платиноиды, в меньшей степени золото и серебро. Обычно богатые сульфидные залежи тяготеют к подошве интрузии, сложенной породами наиболее основного состава, где они накапливаются под воздействием гравитации. Характерна поперечная зональность богатых залежей. Верхний горизонт обычно имеет пирротиновый состав, средний – пентландитовый, нижний – халькопиритовый. Иногда остаточный рудный расплав выжимается в трещины наложенных разрывов, секущих застывшую или полузастывшую интрузию, тогда он в виде иньекций мигрирует во вмещающие породы. Крупнейшие в мире месторождения ликвационного типа– Норильские (Талнах и др.). Крупными также являются Сэдбэри в Канаде, Мончетундра на Кольском полуострове. На примере норильских месторождений можно показать взаимосвязь оруденения, интрузий и вмещающих осадочных пород. Из множества интрузий габбро-диабазов рудоносны те, которые прорывают на своем пути соленосные горизонты, содержащие бораты. Из залежей гипсов магмой заимствуется сера, из каменных солей – бор. В результате околорудные породы месторождений норильской группы насыщены силикатами бора – летучего элемента. Его присутствие увеличивает растворимость и подвижность сульфидных расплавов и обеспечивает уникальное богатство данных месторождений. Недавно в Норильском районе открыты так называемые малосульфидные рудопроявления платины, приуроченные к маломощным интрузиям с убого вкрапленной минерализацией сульфидов. Возможно, они имеют широкое распространение в согласных интрузиях - силлах базальт-диабазовой трапповой формации на Сибирской платформе, и этим объясняются многочисленные русловые россыпи платины в бассейне р. Вилюй и других левых притоков Лены. Характерной особенностью ликвационных месторождений является то, что они образуются только в интрузивной фации пород базальтового состава. Вулканические покровы того же состава безрудны, возможно, из-за быстрой дегазации расплава на поверхности, что не обеспечивает концентрации металлов в магматическом теле. Нетрудно заметить, что по способу образовния ликвационные месторождения весьма сходны с позднемагматическими и фактически представляют собой особый «сульфидно-никелевый» вариант последних.