Метаморфизм руд

В литературе, посвященной метаморфизму рудных минералов, очень много неясного и противоречивого, особенно в той ее части, где речь идет о метаморфизме сульфидов, сульфосолей и самородных металлов. Пределы устойчивости рудных минералов при высоких температурах и давлениях по существу неизвестны, в связи с чем редко удается провести грань между рудами, которые испытали лишь слабый метаморфизм, и рудами, сильно метаморфизованными. Пока мы не располагаем достаточными данными о пределах устойчивости и условиях распада большей части рудообразующих минералов, в дискуссиях о метаморфизме руд нет особого смысла.

Существующие в настоящее время критерии метаморфизма сульфидных рудных тел нельзя считать удовлетворительными. Полагают, что некоторые структуры отражают динамотермальный метаморфизм руд, но все эти структуры, как правило, можно интерпретировать и по-другому. Например, полосчатость многих так называемых метаморфизованных руд, действительно, может быть следствием динамометаморфизма, но может быть и реликтом сланцеватости, сохранившимся при замещении рудами кристаллических сланцев или гнейсов.

Споры о происхождении и геологической истории свинцовоцинкового месторождения Брокен-Хилл в Новом Южном Уэльсе свидетельствуют о той неопределенности, которая царит в вопросе о метаморфизме руд. Месторождение Брокен-Хилл описано многими выдающимися геологами, которые полагают, что оно сформировалось за счет переотложения и перекристаллизации руд древних месторождений в период интенсивного регионального метаморфизма. Руды Брокен-Хилла приурочены к смятым в складки слоям докембрийских осадочных пород. Интенсивный метаморфизм вмещающих толщ, аплиты и пегматиты — все это свидетельствует о большой интенсивности процессов деформации, совпадающих во времени с процессами метаморфизма. Складкообразование происходило в тот период, когда деформируемые породы были в значительной мере пластичными; формирование разломов началось позднее, но пластическое течение вещества все еще было возможным. Кинг и Томсон, сторонники сингенетичного происхождения металлов, считают, что в период метаморфизма свинцово-цинковые руды подвергались перекристаллизации и концентрировались вдоль осей отдельных складок. Рамдор также считает, что руды испытали интенсивный метаморфизм одновременно с метаморфизмом вмещающих осадочных толщ, но сфалерит и галенит, по его мнению, отлагались до метаморфизма, образуя метасоматические эпитермальные тела. Другие исследователи относят руды Брокен-Хилла к группе гидротермальных, а их возраст определяют как постметаморфический. Согласно этой интерпретации, жильные и рудные минералы замещали уже смятые в складки метаморфизованные породы, в силу чего руды обладают унаследованной полосчатостью. Густафсон отмечает, что рудные минералы не деформированы; поэтому, если считать их доскладчатыми, придется признать, что в последующий период перекристаллизации руд направленных тектонических напряжений не было.

Такая же борьба мнений идет вокруг вопроса о происхождении месторождений золота района южный Пидмонт, поскольку не ясно, предшествовало ли оруденение главной стадии метаморфизма или оно развивалось после него. Парди и Парк обратили внимание на то, что руды местами раздроблены и перемяты, но в то же время эти авторы могут привести многочисленные доказательства и в пользу постметаморфического возраста оруденения. Золотоносный кварц замещает уже деформированные слои, а иногда рудные прожилки явно пересекают плоскости напластования. В большинстве случаев в рудах нет следов действия направленных тектонических напряжений. Другие исследователи полагают, что в период метаморфизма руды были полностью перекристаллизованы; убедительным доводом в пользу последнего утверждения послужили дометаморфические кварцевые жилы в пидмонтских породах Виргинии, описанные Клоосоми Хитаненом.

Тонкополосчатые сульфидные руды, по-видимому, образуются как в процессе метаморфизма и рассланцевания сульфидных тел, так и в результате замещения сланцеватых вмещающих пород. Полосчатость течения в сульфидных массах описана для руд Кер-д’Ален в Айдахо, которые содержат пластически деформированный галенит с тонкими струйчатыми выделениями сфалерита, тетраэдрита и пирита. Подобный же «стальной галенит» («Steel galena») образуется и вдоль зон разломов под действием незначительных подвижек по ним. Такой же галенит добывался и в районе Слокан, в Британской Колумбии. В противоположность приведенным примерам полосчатые руды месторождения Мэмэс в округе Шаста в Калифорнии унаследовали полосчатость рассланцованных аляскитовых порфиров; реликты первичных полос сохранились при замещении породы пиритом, сфалеритом и халькопиритом.

Галенит особенно подвержен пластическому течению в условиях тектонического сжатия, и весьма часто в нем можно видеть искривленные плоскости спайности, тогда как никаких других признаков деформаций в окружающих породах не обнаружено. Пластические деформации в галените хорошо видны простым глазом и под микроскопом. Изгибы плоскостей спайности, по-видимому, свидетельствуют лишь о проявлении второстепенных тектонических сил, а грануляция галенита вдоль сколовых плоскостей с образованием тонкозернистого «стального галенита» — о продолжительном динамическом воздействии. Деформации галенита и других сульфидов в начальные стадии сводятся к трансляции, т. е. к перемещениям вдоль кристаллографически ориентированных сколовых плоскостей без разрушения зерен минерала.

Многие особенности рудных месторождений могли бы быть объяснены мобилизацией сульфидов в условиях метаморфизма, но вопрос о поведении и устойчивости сульфидов при высоких температурах и давлениях все еще изучен недостаточно. Галенит, например, плавится при 1130° С и присутствует в металлургических шлаках, поэтому можно говорить о принципиальной возможности его образования при высоких температурах; однако пределы устойчивости галенита в условиях динамического и термального метаморфизма — совершенно другой вопрос, для решения которого мы не располагаем количественными данными. Все сказанное в полной мере относится и к другим сульфидам. Если, как утверждает большинство геологов-рудников, рудные минералы накапливаются в остаточном магматическом растворе вплоть до заключительной фазы магматической активности, когда возможны такие проявления метаморфизма, как реоморфизм или анатексис (частичное плавление), а также активизация летучих, то те же рудные минералы будут первыми компонентами, способными к мобилизации и миграции. Мы вправе ожидать, что сульфиды будут способны к миграции в большей степени по сравнению с основной массой силикатов. Вероятно, сульфиды должны при этом разлагаться на составные части с обособлением серы и металлических компонентов. Подобное метаморфическое происхождение приписывается уникальным месторождениям окиси цинка Франклин-Фэрнес и Стерлинг-Хилл в Нью-Джерси.

Поведение самородных металлов в процессе метаморфизму почти аналогично поведению сульфидов, но зависит, как можно предполагать, от того, с Каким именно металлом мы имеем дело. При обычных атмосферных условиях один из наиболее устойчивых элементов — золото, однако, судя по отсутствию сколько-нибудь ярко выраженных самородков в докембрийских россыпях, золото в условиях метаморфизма также способно мигрировать по крайней мере на небольшие расстояния. He удалось обнаружить никаких характерных особенностей золота из докембрийских метаморфических пород, которые помогли бы точно определить, мобилизовано ли золото в ходе процессов метаморфизма или оно привнесено гидротермальными растворами после завершения метаморфизма. Метаморфизованные месторождения серебра и меди исключительно редки, а может быть, вообще неизвестны. Самородное серебро способно к перекристаллизации уже при очень небольших давлениях; даже в процессе изготовления полированных шлифов искажается поверхностный слой кристаллов — досадное явление, сильно затрудняющее изучение первичной структуры серебра под микроскопом. Перекристаллизация самородной меди начинается при 450—500° С, несмотря на то что она не плавится вплоть до 1083° С. Платина, которая на месторождении Витватерсранд в Южной Африке обнаружена в виде ярко выраженных первичных самородков, по-видимому, в условиях интенсивного метаморфизма сравнительно устойчива.

Окислы железа при высоких давлениях и температурах более устойчивы, чем сульфиды и самородные металлы. В рудном районе озера Верхнее, а также в других районах, где распространены железорудные формации, породы местами интенсивно метаморфизованы вплоть до превращения их в гематитовые кристаллические сланцы; однако общее содержание железа в процессе метаморфизма сохраняется практически на одном и том же уровне. В некоторых случаях окислы железа превращены в силикаты, рудные минералы полностью перекристаллизованы с перераспределением компонентов, но при этом общее количество железа опять-таки остается постоянным.

Многие окислы металлов образуются при высоких температурах и давлениях, в силу чего эти минералы могут быть устойчивыми и в условиях интенсивного метаморфизма. Характерным минералом магматических сегрегаций является хромит. Рутил, циркон и монацит также могут быть отнесены к наиболее обычным составным частям изверженных пород. Корунд, ильменит и шпинель обнаружены в породах, претерпевших интенсивный метаморфизм, и, по-видимому, их также можно считать устойчивыми в метаморфических условиях. В противоположность перечисленным минералам окислы марганца для зон проявления метаморфизма не характерны; марганец вступает в реакцию с кремнеземом, образуя тефроит (Mn2SiO4) и другие силикаты.

Де-Вор предположил, что рудообразующие растворы возникают, как правило, в результате мобилизации металлов и сульфидов в процессе метаморфизма. В связи с этим считается, что металлы могли мигрировать во внешние зоны от центров наиболее интенсивного метаморфизма, а ассоциирующие с рудными месторождениями плутонические породы представляют собой результат реоморфизма. При этом геосинклинали играют роль плавильных печей, в которых образуются гидротермальные растворы. Эта гипотеза пользуется распространением среди геологов-практиков и в ряде случаев рассматривается как наилучшее объяснение генезиса некоторых месторождений. Характерным примером является меднорудный район Мичигана, где самородная медь концентрируется вдоль кровли докембрийских базальтовых покровов. Стойбер и Дэвидсон располагают многочисленными полевыми и лабораторными данными, подтверждающими, что глубинный метаморфизм способствовал превращению базальта в пумпеллиит с освобождением меди и других компонентов, вошедших затем в состав месторождений самородной меди. Эта минерализация тесно связана с миндалекаменными альбитизиро-ванными породами; миндалины выполнены кальцитом, хлоритом, эпидотом, кварцем, пренитом и ломонтитом (CaAl2Si4O12*4H2O). Если бы здесь же в изобилии присутствовала сера (например, из сапропелитов, также подвергавшихся метаморфизму), можно было бы ожидать, что образуется обычная ассоциация сульфидов.

Гипотеза метаморфического происхождения гидротермальных растворов оказывается слишком узкой, если ее применять при рассмотрении месторождений явно позднемагматического происхождения. Кроме того, принято считать, что процесс метаморфизма больше сводится к рассеиванию вещества, чем к его концентрации. Если подойти к этой проблеме с более реальных позиций, придется допустить частичную возможность образования гидротермальных растворов в зонах анатексиса геосинклинальных блоков осадочных пород. Если есть каналы, по которым в этих условиях могут подниматься мобилизованные растворы, такие растворы будут вынесены из зоны высокого давления и высокой температуры в более холодную зону, где могут образоваться жилы или метасоматические руды. Именно по такому пути идет концентрация рассеянных металлов вдоль каналов, по которым поднимались растворы. Вместе с тем полное плавление геосинклинальных осадочных пород приводит к образованию жидкой магмы и объединению всех металлов, которые не успели мигрировать; к тому же в очень пластичной среде существование открытых трещин вряд ли возможно. Следовательно, магма, образованная в процессе анатексиса, будет содержать металлы в виде растворенных в ней ионов, которые могут быть обособлены и вынесены на последних стадиях кристаллизации расплава. Такое заключение соответствует классической гипотезе происхождения гидротермальных растворов. Вполне допустимо, что оба отмеченных способа отделения растворов могут проявиться в одном и том же районе. В результате того, что при метаморфизме или магматической деятельности активизируются огромные массы осадочных концентраций различных металлов, могут образовываться целые металлогенические провинции. Например, образование многочисленных массивов меденосных кварцевых монцонитов на юго-западе США, возможно, обусловлено переплавлением осадочных пород с сульфидами меди в более глубоких частях геосинклинального блока. Можно предполагать, что эти осадочные породы были обогащены медью так же, как обогащены ею медистые сланцы Германии.