Месторождение Чукикамата (Чили)

Месторождение Чукикамата, расположенное в пустыне Атакама на севере Чили, — одно из крупнейших месторождений меди в мире. Рудник расположен в 130 милях северо-восточнее Антофагасты, примерно в 90 милях от побережья океана, на высоте 9500 футов над уровнем моря в предгорьях главного хребта Анд. Поскольку району свойствен резко выраженный аридный климат, в зоне окисления в большом количестве сохраняются растворимые в воде сульфаты. Чукикамата представляет собой яркий пример прожилково-вкрапленного, «порфирового» медного месторождения и наряду с другими месторождениями этого типа может быть отнесено к мезотермальным. Медные украшения, обнаруженные в местных индейских погребениях, свидетельствуют о том, что месторождение разрабатывалось, конечно, в незначительном объеме, еще до прихода в Америку испанских конкистадоров. В незначительном количестве вдоль поверхностных выходов рудных тел обнаружены также веерообразные агрегаты бирюзы. Промышленная разработка руд, сосредоточенная в первый период главным образом на неглубоких, но богатых жилах, начата английскими и чилийскими компаниями между 1879 и 1912 гг. В настоящее время основную массу добываемых руд составляют рассеянные медновкрапленные руды, разрабатываемые «Чили эксплорэйшн компани», филиалом «Анаконда майнинг компани».

Развитие процессов минерализации относится к позднемезозойскому или раннетретичному времени, т. е. ко времени развития складок, образования разломов и проявления интрузивной активности. Верхнеюрские осадки и более древние метаморфические породы первоначально были смяты в пологие складки и затем в результате ряда последовательных извержений вулканов перекрыты потоками лавы. В последующий период породы были интенсивно деформированы вследствие внедрения батолита Анд. После значительной эрозии, обнажившей изверженные породы, район вновь претерпел поднятие, сопровождавшееся мощными вулканическими извержениями и отложением эффузивов. Слабые вертикальные перемещения и вулканизм продолжались и в течение новейшего периода геологической истории.

Вблизи Чукикаматы батолитовый комплекс Анд представлен тремя обособленными штоками, которые, возможно, соответствуют трем фациям единого батолита. Интрузивные породы, внедряясь вдоль гребня и восточного крыла широкой антиклинали, образовали вытянутый массив меридионального или северо-восточного простирания длиной около 20 миль и шириной 4 мили. Сходные выходы гранитных пород вдоль узкого пояса, прослеживающегося на протяжении 95 миль, позволяют предполагать, что это отдельные куполы глубоко залегающего батолита и что в настоящее время мы наблюдаем начало его эрозии. Среди трех типов гранитных пород Чукикаматы известны две резко различающиеся разновидности гранодиоритов — гранодиориты Фортуна и гранодиориты Елена. В районе рудника (фиг. 13.10) между ними залегают сильно измененные кварцевые монцониты, или так называемые порфиры Чукикамата, образующие вытянутое плоское тело. Между кварцевыми монцонитами и гранодиоритами наблюдаются либо тектонические контакты, либо измененные зоны постепенного перехода от одной породы к другой, что не позволяет выяснить генетические соотношения между ними. Гранодиориты Фортуна не затронуты изменениями и отделены от измененных порфиров Чукикамата мощной зоной разлома. Восточнее этого разлома, известного под названием Западного, порфиры Чукикамата, а часто и гранодиориты Елена минерализованы. Наиболее интенсивная разработка руды производится открытым способом в пределах зоны повышенной трещиноватости, т. е. в порфирах Чукикамата, между двумя массивами гранодиоритов.

В порфирах Чукикамата можно выделить несколько типов изменения. Одни участки характеризуются содержанием фенокристаллов плагиоклаза или ортоклаза, другим свойственна почти аплитовая структура. Эти последние пронизаны сетью прожилков ортоклаза и кварца. Измененные порфиры Чукикамата в целом чрезвычайно похожи на вмещающие породы других прожилково-вкрапленных медных месторождений.

Две резко выраженные зоны скалывания ограничивают участок проявления минерализации с востока и запада. Простирание зон меняется от северо-восточного 10° до северо-восточного 76°, в связи с чем рудное тело в плане имеет как бы форму скрипки, обращенной грифом к югу. Между основными зонами скола расположено несколько второстепенных зон, а также сложная система трещин растяжения, большая часть которых представляет собой ответвления типа конского хвоста, направленные к северо-востоку от зон скола. Лопес предположил, что сколы и трещины растяжения возникли в результате действия простой пары сил, ориентированной горизонтально в меридиональном направлении. В этом случае максимальные напряжения должны были быть ориентированы в направлении северо-восток — юго-запад, т. е. так же, как ориентированы наиболее распространенные трещины растяжения. Другая заметная система трещин растяжения имеет северо-западное простирание; она располагается под прямым углом к трещинам, образующим структуру конского хвоста. Во время формирования основных зон скола второстепенные напряжения растяжения должны были проявиться с противоположной стороны плоскости скалывания. Весьма вероятно, что эта вторая система трещин растяжения обусловлена действием этих второстепенных сил; особенно это относится к тем случаям, когда трещины загибаются в сторону зоны скола.

На месторождении Чукикамата описано несколько взаимосвязанных типов изменения вмещающих пород — окварцевание, серицитизация, хлоритизация, альбитизация и эпидотизация (фиг. 13.11). Тейлор выделил здесь пять групп пород по характеру их изменения: 1) окварцованные, 2) серицитовые, 3) нормальные неизмененные, 4) насыщенные кварцем и 5) переходные. Окварцованные породы почти нацело сложены кварцем и серицитом, следов первичной структуры в них совершенно нет. Повторное окварцевание выражается в формировании интерстициального кварца, а также секущих кварцевых прожилков. Широкий пояс окварцованных пород тянется почти параллельно Западному разлому вдоль западной границы порфиров Чукикамата. Серицитовые породы приурочены к периферическим частям зон окварцевания; обычно это порфиры Чукикамата с серицитизированными полевыми шпатами и прожилками кварца. Нормальные породы характеризуются первичной порфировой структурой, несмотря на то что некоторая часть полевого шпата альбитизирована или серицитизирована. Считают, что крупные кристаллы ортоклаза и «глазки» кварца, свойственные неизмененным породам, скорее следует относить к первичным реликтовым образованиям, чем к продуктам последующего изменения порфиров. Породы, насыщенные кварцем, сходны с нормальными, но в отличие от последних пронизаны множеством жилок гидротермального кварца. Между неизмененными гранодиоритами Елена, залегающими на востоке месторождения, и нормальными фациями порфиров Чукикамата протягивается узкая зона переходных пород. Это гранодиориты, в которых магнезиально-железистые минералы подверглись хлоритизации, а полевые шпаты слабо альбитизированы и серицитизированы; в переходных породах в незначительном количестве присутствуют эпидот и прожилки спекулярита. Если рассматривать участок месторождения в целом, окажется, что наиболее интенсивному изменению подверглись породы, залегающие вдоль западной границы порфиров Чукикамата, и что в восточном направлении интенсивность изменения постепенно ослабевала.

Доступное для открытой разработки рудное тело достигает в длину 2 мили, а его максимальная ширина равна 3600 футам. Минералы меди отложились после того, как породы были разбиты трещинами, изменены и вновь деформированы с образованием новых трещин. Эти минералы выполняют системы открытых трещин, а также пронизывают всю массу пород сетью мелких прожилков. Основная масса руд, добытых за весь прошедший период, получена из зоны окисления, но на месторождении известны как первичные гипогенные руды, так и руды из зоны вторичного сульфидного обогащения. Если перечислять минералы гипогенных прожилков в парагенетической последовательности, первым следует назвать кварц, а затем пирит, энаргит, халькопирит, борнит и тетраэдрит — теннантит. Основная масса гипогенной меди сконцентрирована в энаргите. В пределах рудного поля установлено зональное распределение различных типов минерализации: молибденовая минерализация сосредоточена на западе, энаргит — в серицитизированных породах, а теннантит и тетраэдрит преобладают на востоке. Подобный характер распределения рудных компонентов, по-видимому, можно объяснить тем, что рудоотложение началось на западе, а затем распространилось к востоку. В процессе формирования зоны вторичного сульфидного обогащения за счет всех сульфидных минералов образовывались халькозин и ковеллин. В зоне окисления обнаружено множество редких минералов; большая их часть растворяется в воде, но сохраняется лишь благодаря исключительно засушливому климату Атакамы. Для зоны окисления характерны сульфаты, окислы и карбонаты. Минералы меди представлены здесь купритом, теноритом (CuO), самородной медью, брошантитом [Cu4SO4(OH6)], антлеритом [Cu3SO4(OH)4], крёнкитом [Na2Cu(SO4)2*2Н2O], халькантитом (CuSО4*5H2О), натрохальцитом [NaCu2(SO4)2OH*H2O], купрокопиапитом [CuFe4(SО4)6(ОH2*nH2О], салезитом (CuIO3OH), бирюзой, лейтонитом [K2Ca2Cu(SО4)4*2H2О], линдгренитом [Cu3(MoO4)2(OH)2], дженевикситом ICu2Fe2(AsO4)2(OH)4*H2O], беллинджеритом [ЗСи(IO3)2*2Н2О], атакамитом [Cu2Cl(OH)3] и многими другими. Столь же широко распространены в зоне окисления сульфаты железа. Наличие хлора и иода в составе ряда соединений объясняется, с одной стороны, переносом их ветром с океана, с другой — недавними вулканическими извержениями.

Для месторождения Чукикамата характерна сложная история окисления, выщелачивания и вторичного сульфидного обогащения. В период общего поднятия района в позднетретичное время гумидный климат сменился аридным, что, естественно, сопровождалось резким изменением уровня грунтовых вод. Медь, выщелоченная в зоне окисления, переносилась вниз до этого уровня и переосаждалась в результате реакции медьсодержащих растворов с первичными рудами. По мере развития на поверхности процессов эрозии уровень грунтовых вод и связанные с ним пространственно гипергенные руды перемещались вниз и все глубже проникали в первичные руды. Резкий переход к аридному климату привел к быстрому понижению уровня грунтовых вод, в результате чего обезвоженная зона окисления оказалась расположенной значительно выше этого уровня. В последующий период процесс выщелачивания меди, вообще говоря, протекал медленно, но там, где в рудах было столько пирита, что он мог вступать в реакцию с водой и давать серную кислоту, и где было мало полевошпатового материала, чтобы эту кислоту нейтрализовать, выщелачивание меди продолжалось. Именно поэтому в полосе окварцованных пород, следующей вдоль западной границы порфиров Чукикамата, нет руды. В тех же участках, где порфиры были нацело серицитизированы, они стали относительно непроницаемыми и способными предохранять отдельные участки гипогенных руд от выщелачивающего воздействия нисходящих водных растворов. Зона вторичного сульфидного обогащения, сформировавшаяся в период, непосредственно предшествовавший последнему поднятию района, по сравнению с гипогенными рудами содержит меньше пирита, так как в последнем случае отложение меди происходило метасоматическим путем за счет железа пирита. Когда же породы указанной зоны были обезвожены и приподняты выше уровня грунтовых вод, прекратилось образование серной кислоты в количестве, достаточном для растворения минералов меди и переноса их вниз, к горизонту, который соответствовал бы новой зоне вторичного сульфидного обогащения. Вместо этого медь в значительной мере окислялась на месте до сульфатов, слагающих в основном современные рудные тела зоны окисления. В гипогенных рудах, некогда подстилавших зону окисления, пирит содержался в таком количестве, что из руд могло происходить выщелачивание меди; действительно, в ряде мест богатые руды зоны окисления отделены от зоны вторичного сульфидного обогащения безрудным горизонтом, сложенным окислами железа. Кроме того, высота поднятия древней зоны сульфидного обогащения была различной: при общем наклоне пород северные участки месторождения оказались расположенными выше южных. В настоящее время уровень грунтовых вод пересекает эту наклонную поверхность, в результате чего граница зоны окисления и первичных сульфидов на севере обезвожена, а на юге частично насыщена водой.

Концентрация руд на месторождении Чукикамата зависела от ряда факторов. Во-первых, необходимо допустить сильное обогащение медью магматического источника — батолита. Во-вторых, большое значение имел Западный разлом, соединивший месторождение с этим источником и способствовавший движению рудоносных растворов вверх, в область купола. В-третьих, к существенным факторам подготовки участка рудоотложения относятся процессы окварцевания и брекчирования, которые чередовались между собой; рудоносные растворы поднимались по Западному разлому, а затем, достигнув участков, подвергшихся гидротермальному изменению и рассеченных многочисленными трещинами, распространялись в восточном направлении. И, наконец, в-четвертых, медь была выщелочена и переотложена при участии метеорных вод; не будь этого последнего фактора, медь присутствовала бы в зонах минерализации в рассеянном состоянии.

Говоря о горных работах, которые велись на месторождении Чукикамата в последнее время, следует сказать о дренажной штольне, пройденной на глубине 1300 футов от поверхности. Благодаря этой штольне уровень грунтовых вод понизился и стала возможной разработка зоны вторичного сульфидного обогащения. Теперь горнодобывающие работы сосредоточены в зоне сульфидных руд ниже зоны окисления. Все это говорит о том, что рудник «Чукикамата» на многие годы вперед обеспечен большими запасами меди.