Генетические модели рудно-магматических систем медномолибденовых рудных узлов, рудных полей и месторождений

Проблемам моделирования порфировых рудно-магматических систем при прогнозировании и поисках промышленных месторождений посвящены работы Г.М. Власова, А.С.              Калинина,              Р.              Силитоу,              А.И.              Кривцова,              В.С.              Попова,              И.Г.              Павловой,

М.А.

При моделировании медно-порфировой (нередко с золотом, платиноидами) рудной формации надо учитывать разную специализацию магматитов: золотосеребряную, медно-молибденовую и молибденовую.

Модель рудного узла. Структурами, определяющими размещение рудных узлов, служат пересечения региональных тектонических структур, согласных с направлением вулканических поясов, крупными сквозными зонами поперечных дислокаций. Эти зоны глубокого заложения служили дренирующими структурами для глубинных флюидопотоков [Сотников и др., 1988]. Для расшифровки особенностей развития глубинных частей рудно-магматических систем в рудных узлах важное значение имеет анализ генетических соотношений между «порфирами», с которыми ассоциируют рудно-метасоматические образования, и породами вмещающих плутонов. Порфиры малых интрузий и породы плутонов являются частями одной вулканоплутонической ассоциации, проявляющейся в орогенах или в структурах тектоно- магматической активизации. Но отмечается определенная генетическая автономность порфирового магматизма. Более вероятна связь их с различными магматическими камерами или с различными частями сложно развивавшегося глубинного очага.

Глубинные расплавы первоначально формировали на гипабиссальном уровне мощные гранитоидные интрузивы-вмещающие плутоны, а затем после перерыва- породы субвулканической фации-малые тела порфиров. Становление плутонов происходило по гомодромной схеме, а развитие порфирового магматизма было гомо- дромно-антидромным. При этом отдельные ритмы порфировых образований повторяют многофазную эволюцию магматитов крупных плутонов. Гранитоиды плутонов формировались в условиях высокой газонасыщенности магм. При этом имелись относительно благоприятные условия для накопления и концентрации летучих компонентов в гранитоидах на позднемагматической и раннепослемагматической стадиях. Формировались легковыщелачиваемые ореолы рассеяния рудных элементов. Тем самым создавались предпосылки для экстрагирования и мобилизации рудных компонентов щелочно-хлоридными высокотемпературными растворами, порожденными порфировыми интрузиями.

Важной особенностью рудно-магматической системы является многофазный характер развития металлоносного порфирового магматизма, находящегося в различных соотношениях с оруденением. Определяющая рудогенерирующая роль принадлежит промежуточным магматическим очагам, развитие которых обеспечивало формирование восходящих потоков флюидов и общее повышение температуры системы в области рудообразования. Кристаллизация магмы и отделение флюидов из промежуточных очагов наиболее свойственны периоду общего затухания магматической деятельности и массового отделения «порфировых» интрузий. Дополнительный флюидный поток в нижележащие горизонты земной коры связан с кристаллизацией глубинного анатектического магматического очага в регрессивный период развития всей магматической мегасистемы рудного узла. Инициирующим началом развития системы является взаимодействие подкоровой базитовой магмы и отделяющихся от неё флюидов с магматическим расплавом, сформированным в земной коре в зонах повышенной эндогенной активности (рис.26, 27).

Молибденово-медные месторождения локализованы в региональных зонах пропилитов, облекающих гранитоидные плутоны и рассекающие их. Эти околоинтрузивные метасоматиты образованы в основном в результате миграции растворов из глубинного очага по ослабленным зонам. Непосредственное воздействие плутона вносит свой вклад в формирование пропилитов.

Внедрение магм и становление рудообразующих порфировых интрузий завершающей фазы происходило на фоне воздымания крупных блоков пород, вмещающих гранитоидные плутоны, и сопровождалось их эрозией.

Рассматриваемая модель рудного узла проявляется также в характере геофизических полей и в первичном региональном геохимическом ореоле на различных уровнях эрозионного среза. Например, зоны региональной пропилитизации, контролирующие размещение молибденово-медных порфировых объектов, могут быть выявлены и закартированы по данным электроразведки методом ВП (вызванных полей), магниторазведки, гравиразведки.

Рис.26. Схема рудно-метасоматической системы в медно-молибденовых рудных узлах

(по В.И.Сотникову и др.,1988):

1 - зона повышенной проницаемости; 2 - глубинный очаг; 3 - вмещающий плутон (ранний промежуточный очаг); 4 - рудогенерирующий промежуточный очаг; 5 - порфировые образования; 6 - эксплозивные брекчии; 7 - флюидные потоки; 8 - метеорные воды; 9 - отработанные растворы; 10 - рудоносная зона

При моделировании учитывались следующие особенности рудных узлов: 1) приуроченность к линейным наложенным структурам-поясам, зонам глубинных разломов; 2) широкое развитие среди интрузивных пород гранитоидов повышенной основности; 3) проявление эксплозивных брекчий в рудномагматическом процессе; 4) значительная роль калиевого метасоматоза.

В. И. Сотниковым использована модель анатексиса. Для неё были сделаны расчеты с помощью усовершенствованной программы ЭВМ, где теплоёмкость существенно водного флюида определялась как Ср=7,30+0,00246 Т ккал (град.моль), а увеличение флюидного потока за счет его концентрации в сужающемся разломе по формуле Рфл; = Рфлк-Ьк/Ь;, где Рфл; - величина потока на рассматриваемой глубине; Рфлк - величина флюидного потока на нижней границе системы, H;Lk - ширина проводящего глубинного разлома на H;L; - ширина глубинного разлома на рассматриваемой глубине. Результаты численных расчётов показаны на рис.27. Здесь показаны распределение температур в поперечном сечении разлома и границы областей плавления при указанных условиях. Для рассчитанных температур нанесены поля минеральных фаз, подвергшихся плавлению: для PH^O = 2 кбар и линии солидуса- ликвидуса для андезита. Границы минеральных фаз даны только для центральной части разреза, далее они идут параллельно соответствующим изотермам.

В зоне глубинного разлома реализовалось два очага плавления, которые по мере развития процесса анатексиса слились в один сложный очаг с магмами различного состава.

Рис. 27. Условия магмообразования (а) и схема рудномагматическоий системы (б) в зоне глубинного разлома переменного сечения (по В.И.Сотникову и др.,1988):

1-3 - магмы кислого (1), гранодиоритового (2), диоритового (3) состава; 4 - разрывы; 5 - движение магм по магмоводам; 6 - изотермы (°С); 7 - солидус андезита при РН2О = 2 кбар; 8 - ликвидус андезита при РН2О = 2 кбар; 9 - верхняя граница плавления для гранитоида; 10 - границы полей плавящихся фаз; 11 - границы областей анатексиса

Транспорт расплава в гипабиссальную зону осуществлялся по магмоводам - трещинным каналам различного происхождения. Как показали специальные расчёты движения расплава по каналу (с учётом кристаллизации магмы на стенках канала и снижения пропускной способности), при температуре магмы 800°С и мощности канала 50 м достаточны скорости для движения расплава 3-5 см/год, чтобы из перемещённого количества магмы могло сформироваться гипабиссальное тело объёмом в сотни кубических километров. Появление магмоводов, передвижение магм в верхние горизонты коры и неизбежная при этом частичная кристаллизация расплавов в результате охлаждения и потери флюида ведут к развитию дренирующих структур. В основании гипабиссального интрузива формировалась зона подтока глубинного флюида. В результате возникала магматогенная гидротермальная система, развивающаяся в процессе кристаллизации расплава. Это в значительной степени предопределяло место формирования рудного узла и достижение расхода гидротермально

го потока не менее 10"7 г/см2с, необходимого для образования промышленных концентраций металлов.

И.Г.Павловой, М.Л. Сахновским и В.Т. Покаловым разработаны другие модели молибденово-медных порфировых систем и месторождений (рис.28, 29). Эти модели учитывает представления о зональности метасоматитов и о характере взаимодействия между порфировыми телами, метасоматитами и оруденением. Модели отражают, кроме того, зависимость первичного геохимического поля от уровня эрозионного среза месторождения, а также физических полей и от мощности покровных отложений. Это позволяет эффективно применять модели при решении поисковых задач на закрытых территориях.

Рис.28.модель зональности молибден-медно-порфирового месторождения (И.Г.Павловой и М.Л. Сахновскому, 1988):

1 - зона пропилитизации; 2 - зона березитизации; 3 - зона березитизации с наложенной пропилитиза- цией; 4 - зона калишпатизации; 5 - Oиотит-гумOеитовая зона; 6 - внешний контур вкраплено- штокверковых руд; 7 - богатое рудное тело

В.Т. Покаловым показано, что оруденение размещается в экзо- и эндоконтактовых зонах апикальных частей интрузивов. Строение кровли плутона выступает в качестве фактора концентрации оруденения: наиболее крупные объекты находятся в апикальной части интрузивов простой куполообразной поверхности, а мелкие связаны с штоками и мелкими куполами. Т акие особенности размещения руд объясняются обогащением подкровельного пространства магматических камер металлоносными флюидами. Другие месторождения располагаются в удалённых экзоконтактах интрузий. Изотопные исследования кислорода, углерода гидротермальных минералов свидетельствуют о смешанном составе гидротерм. Выявлены следующие этапы формирования рудно-метасоматических систем: 1) образование и внедрение магматического расплава, плавление и магматическое замещение вмещающих пород; 2) орогови-

кование, фельдшпатизация и базификация пород экзоконтакта при взаимодействии магматического расплава с вмещающими породами в условиях открытой системы; 3) образование кристаллической корки в верхней части магматической камеры, дифференциация расплава, дополнительные инъекции расплава более глубоких её частей; затухание магматической активности, ослабление глубинного подтока тепловой энергии, продвижение фронта кристаллизации внутрь магматической камеры с возникновением очагов остаточных расплавов и растворов, выделение избытка щелочных металлов и кремнезёма от котектического состава магм образование дорудных калишпатовых, альбитовых, кварцевых метасоматитов; 5) формирование даек и

вов-рассолов, рудный процесс - от ранних существенно бор-фторных к поздним сульфидно-карбонатным растворам.

Развитие эксплозий при внедрении даек, контроль рудной минерализации свидетельствует о большой роли газов в формировании рудно-магматических систем. В сублиматах обнаружены F, Br, B, P, As, Sb, Zn, Cu, Pb, Mn, Sn, Be, Mo. Дегазация летучих компонентов происходила по всему объему магматической камеры. Причиной движения флюидов являлись сочетание развития трещин, вскрывавших остаточные очаги с избыточным давлением летучих в расплаве. Избыточное давление в остаточных очагах могло приводить к эксплозиям - образованию брекчиевых трубок, зон, служивших путями движения металлоносных растворов (рис.29).

Экспериментальные исследования выявили повышенную растворимость Мо в водных щелочно-кремнекислых растворах. Вероятно молибден экстрагировался и транспортировался водными растворами щелочного состава в виде молибдатных форм. Отделение Мо от магматического расплава могло происходить вместе с выделением паровой фазы без прямого влияния на этот процесс F и S, а его отложение - при участии реакционноспособной серы.

Изотопный состав кислорода, водорода, углерода в средне-низкотемпературной минерализации свидетельствует о преимущественно метеорном происхождении воды в растворах. Изотопный состав серы в сульфидах свидетельствует об её магматическом происхождении. Вероятно развитие внутрирудной трещиноватости вокруг и внутри интрузива приводило к притоку в зоны поровых растворов и их движению по зонам трещиноватости. Моделирование процессов, выполненное Д.Нортоном и М. Кэтлсом, показало, что поровые растворы будут двигаться к интрузиву и входить в состав его нижней части (рис.29). Они будут двигаться вверх по трещинам и нагреваться в соответствии с режимом температурного поля. Эти нагретые «воды» резко агрессивны по отношению к гра- нитоидам и мобилизуют из них металлы: до 20-60 мас.%. Рудоотложение следовало в интрузиве и за его пределами.

Рис.29. Модель притока метеорной воды

из окружающих пород в нижние части

остывающего плутона

(по В.Т.Покалову, 1988):

1 - остывающий плутон; 2 - вмещающие породы; 3 - направление движения поровых растворов

Строение теплового поля, созданного остывающим плутоном, в сочетании с физическими, химическими свойствами пород и их трещиноватостью и определило размещение оруденения. Поскольку причиной отложения полезных компонентов являлось падение температуры, то в тепловом поле должна быть критическая изотерма, отражающая скорость отложения рудного вещества, равной скорости его растворения. В области пониженной температуры происходило отложение и накопление рудного вещества. Для различных рудных компонентов критические изотермы будут разными. Вследствие этого могла формироваться температурная рудная зональность. Она хорошо иллюстрируется монотонно меняющимися сверху вниз и с флангов к центру зон отношениями Cu:Mo и W:Mo. Анизотропия термобарического поля могла определять распределение и морфологию оруденения при формировании месторождений. Трёхмерное моделирование на ЭВМ динамики процессов, сопровождавших становление интрузивов (В. Г. Золотарёв) показало, что морфология изотерм теплового поля зависит от формы исходного интрузива в условиях изотропной вмещающей среды. Сложение вертикальных и горизонтальных тепловых потоков способствовало возникновению горизонтальной ориентировки изотерм в области плоской кровли массива. В аномальных локальных участках создавались условия стабильных температур, сохранявшихся в течение длительного периода времени.