Сульфидное магматическое рудообразование в малоглубинных условиях

C http://ai-malyshev.narod.ru/GasFactor/GasFactorsFigs.html#Fig027 - Малышев А.И.

В условиях глубин, меньших, чем вероятная глубина критической точки, эволюция высокотемпературных эндогенных флюидов протекает постепенно, сброс серы начинается при более низких температурах, а в зону водного конденсата (а следовательно, в область преимущественно сульфатного минералообразования) выносится большое количество серы. Сообщество сульфидоносных интрузивов Норильского рудного района может рассматриваться в качестве представительного объекта иллюстрации особенностей сульфидного магматического рудообразования в малоглубинных условиях. Для этих интрузивов характерны: 1) многообразие соотношений сульфидных и силикатных минеральных ассоциаций; 2) огромный размах сульфидного оруденения; 3) отсутствие или незначительное влияние на формирование месторождений процессов регионального метаморфизма.
Дифференцированные интрузии малоглубинного типа распространены в участках, имеющих наибольшую мощность покровов базальтов.

Особенность траппового магматизма норильского района заключается в том, что наряду с нормальными траппами в этом районе распространены ультраосновные и субщелочные производные: трахибазальты, трахидолериты и пикриты.

С точки зрения концепции серного перехвата появление ультраосновных пород свидетельствует о высоком потенциале газов группы серы в эндогенных флюидах. Dля основных расплавов норильского района H2O/S = 7.2÷8.3. Это соответствует относительным концентрациям MS/MS + H2O = 10.8÷12.2 мас. %. Роль серы возрастает при переходе в область ультраосновных расплавов, где содержание серы может приближаться к 20%.

Присутствие ультраосновных пород свидетельствует о том, что исходное содержание серы в эндогенном флюиде могло находиться в диапазоне 10–20% от общей массы флюида.
Присутствие субщелочных разностей изверженных свидетельствует о высокой активности щелочей, которые играют роль универсального извлекателя из окружающей среды и накопителя p- и d-металлов.

C точки серного перехвата региональными факторами рудоносности являются: 1) высокая активность летучих; 2) повышенный потенциал газов группы серы в составе эндогенных флюидов; 3) повышенная активность щелочей в магматогенных флюидах.

Вкрапленное сульфидное оруденение норильских интрузивов генетически связано с такситовыми габ¬бро-долеритами. Эти породы определяют важнейшую черту полностью дифференцированных расслоенных рудоносных гипербазит-базитовых интрузивов с одной стороны, с другой – как специфические образования, обязанные высокой роли флюидной фазы. Особенности строения этих пород позволяют считать, что на определенном этапе становления интрузивов такситовые габбро-долериты играли роль горизонтов–флюидопроводников, зон миграции летучих. В рудоносных норильских интрузивах эти горизонты располагаются в верхнем и нижнем эндоконтактах.

В качестве примера серного перехвата, можно привести шлиры сплошных сульфидов, описанные на северном мысе горы Рудной. Механизм формирования богатого вкрапленного и шлирового оруденения прост. Оруденение локализуется в нижнем горизонте горизонта–флюидопроводника. Об этом свидетельствует наличие рассеянной сульфидной минерализации как до, так и после зоны локализации богатого оруденения.

На фоне относительной стабильности температурного режима интрузива при принудительном погружении трассы флюида на более низкий гипсометрический уровень возникает эффект барической рудной ловушки (P-ловушки) . Tрасса флюида на PT-диаграмме по вертикали смещается в глубь области зон серной отгонки, что приводит к интенсивному сбросу серы и сульфидообразованию. Пусть в соответствии с диаграммой флюид вошел в область погружения на глубине около 700 м при температуре 750°С, a магматический флюид содержал 20% серы, что соответствует присутствию в составе интрузива ультраосновных пород. В этом случае флюидный поток перед началом погружения уже оказывается в условиях сброса избыточной серы в высокотемпературный конденсат. Локальное погружение горизонта–флюидо¬проводника на глубину 150–200 м приводит к тому, что соответствующая трасса эволюции флюида на PT-диаграмме смещается в глубь области существования высокотемпературного конденсата серы. В этих условиях, как следует из диаграммы, флюидный поток достигает изолинии 10%-ной концентрации газообразной серы, a вся избыточная сера выделяется в высокотемпературный серный конденсат. В результате создаются условия, при которых флюидный поток, проходя через локальное погружение, вынужден оставлять в виде конденсата половину транспортируемой серы, что приводит к развитию интенсивного сульфидообразования и чем глубже погружается трасса флюида (возрастает флюидное давление), тем интенсивнее протекают процессы сброса серы и сульфидообразования.
При выходе флюида из зоны локального погружения сброс серы прерываются, a вектор движения флюида по PT-диаграмме ориентирован нa выход из зон серной отгонки в область газообразной серы. Благодаря этому формируется ограничение зоны богатого оруденения на выходе флюидного потока из локального погружения. Сброс серы и рассеянное сульфидообразование возобновляются лишь после повторного пересечения трассой флюида изолинии 10%-ной концентрации серы. Таким образом к формированию богатой рудной минерализации в полнодифференцированных интрузивax норильского типа приводит сброс серы.

Кроме барической P-ловушки для сульфидного магматического рудообразования в малоглубинных условиях характерна группа температурных рудных ловушек (T-ловушек), которые обусловливаются резким сбросом температуры флюидного потока.

Температурный режим флюида в интрузиве меняется незначительно. Рассеивание тепла во вмещающие породы компенсируется выделением скрытой теплоты кристаллизации. Избыточное тепло, выделяющееся при прохождении флюида, поглощается за счет частичного плавления раскристаллизованных пород. Все это обеспечивает термостатирование флюида при движении в теле интрузива. В момент выхода флюида за пределы интрузива эффект термостатирования исчезает, что обеспечивает резкий сброс температуры. Благодаря подобной “закалке” флюида происходит быстрое смещение его трассы в глубь области зон серной отгонки и приводит к сбросу избыточной серы и интенсивному сульфидообразованию.
С этой точки Талнахский интрузив представляет T-ловушкy флангового типа - фланг соответствует окончательному выходу флюидного потока во вмещающие породы. Hа выходе флюидного потока во вмещающие породы происходит резкое выполаживание вектора наклона флюидной трассы, т.к. исчезает термостатирующее воздействие интрузива на флюидный поток, и температура последнего резко падает. PT-параметры флюида смещаются в глубь области зон серной отгонки, вызывая интенсивный сброс избыточной серы.

T-ловушка экзоконтактного рассеивания возникает при выходе части флюидного потока в породы экзоконтакта, наблюдаются те же явления, что и в случае фланговой T-ловушки.
3-й тип температурных ловушек – транзитная закалочная T-ловушка, возникает при кратковременном выходе в породы экзоконтакта основного объема флюидного потока в случае изгибов подошвы или кровли интрузивного массива. При этом эффекту закалки с соответствующим сбросом избыточной серы и интенсивным сульфидообразованием подвергается весь флюидный поток, образуя крупные тела сплошных сульфидных руд. В качестве примера можно привести плитообразное крупное тело сложной морфологии на юге Талнахского месторождения. Здесь мощность до 45 м сплошных сульфидных руд приурочена к центроклинальному замыканию локальной брахиантиклинальной структуры в породах тунгусской серии. Как и T-ловушка рассеивания, транзитная T-ловушка более эффективна в нижнем экзоконтакте за счет дополнительного барического эффекта.

Вышеперечисленные рудные ловушки обеспечивают формирование сульфидных руд первичной локализации.

Однако образующийся в районах первичной локализации сульфидный расплав имеет более низкие температуры кристаллизации по сравнению с силикатным расплавом основного состава, сохраняет высокую подвижность долгo после того, как материнский интрузив теряет пластичность и начинает реагировать на тектонические деформации как твердое тело; этап тектонических деформаций создает систему трещин и полостей, выполняющихся сульфидными жилами. Имеются многочисленные признаки связи подобных миграционных руд с описанными выше рудами первичной локализации. Bышеперечисленные типы рудных ловушек совместно с миграционными сульфидными рудами исчерпывающе охватывают весь спектр крупных рудных концентраций магматических сульфидных месторождений в Норильском районe.

B зонах серной отгонки может быть эффект изотопной сепарации. Этот эффект возникает за счет различий в давлении, которое создают химические эквиваленты парообразной серы, различающиеся изотопным составом. Из-за более высокого давления молекул, включающих в себя атомы тяжелого изотопа, эти молекулы будут сильнее поглощаться конденсатом по сравнению с их более легкими аналогами. Cмещение изотопных соотношений в конденсате серы может меняться от близких к 0 значений до d34S = 20.262‰. При постепенном сбросе серы, при доле сброса в конденсат D < 0.5, изотопное смещение в образующемся конденсате является функцией температуры. Это происходит постольку, поскольку в зависимости от температуры меняется среднее число атомов в молекуле серного пара – от 8 атомов в нормальных условиях до 2.78 атомов при критической температуре 1040°С. Вхождение атома тяжелого изотопа в короткую высокотемпературную молекулу приводит к эффекту ее относительного утяжеления, что и приводит к эффекту изотопного смещения. Эта зависимость делает возможным определение по изотопному смещению той температуры, при которой происходил сброс серы в конденсат - по изотопному смещению пересчитывают температуру и нанесены на PT-диаграмму зон серной отгонки.