Раннемагматические оксидные месторождения

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

Основное значение в образовании оксидных рудных концентраций имеет высокотемпературный отжиг сульфидного расплава, протекающий под воздействием высокотемпературных паров воды, доля которых резко возрастает на финальных стадиях раскристаллизации материнских массивов.

В качестве примера рассмотрим формированиe стратиформных оксидных руд (Бушвельдского интрузива -мощность интрузива – 10 км, мощность перекрывающей толщи вмещающих пород 5 км, т.е. интрузив в момент формирования находится на глубинах 5–15 км). Bероятный уровень флюидного давления пятикратно превышает литостатический эквивалент, что обеспечивает активное перемещение флюидных потоков как в пределах интрузива, так и их выход во вмещающие породы. О высокой активности летучих в процессе формирования интрузива свидетельствует наличие в его пределах пегматоидных пород. Mаксимальная концентрация серы в исходном магматическом флюиде соответствует среднему уровню для ультраосновных пород и составляет 20% от общей массы флюида.

Температурный профиль (Тр) преимущественной раскристаллизации пород интрузива – 1000°С для нижней ультраосновной части разреза и 800°С для верхней габброидной. Температурный профиль магматического расплава (Тм) принят исходя из тех соображений, что в кровле и подошве интрузива он должен непосредственно смыкаться с профилем преимущественной раскристаллизации, т.к. здесь образуются зоны закаленных пород. Максимальные температуры магматического расплава значения не имеют. Важно то, что они заведомо и существенно превышают температуры начала конденсации серы (Тк). Ради определенности Тм ограничивается предельным значением температуры магматического расплава 1300°С. Последним соображением, которое учтено при построении этого профиля, является его обязательная вертикальная асимметрия. Это обусловлено более высоким теплоотводом с кровли интрузива по сравнению с его подошвой.

B исходном состоянии интрузива профиль температур начала конденсации серы соответствует линии ее критической температуры.

Выделяющиеся из расплава магматогенные летучие эволюционируют по температурному профилю Тм и при пересечении изотермической поверхности 1040°С оказываются в условиях интенсивного сброса (<50%) серы, входящей в состав флюида. Поскольку температура массового сброса существенно превышает температуру раскристаллизации пород, то внутри интрузива в его верхних частях образуется постоянная висячая зона серной отгонки и массового сульфидообразования. Постепенный сброс серы с уменьшающейся интенсивностью продолжается и в условиях более низких температур, т.е. в более высоких горизонтах. Поэтому четкой верхней границы зона сброса серы не имеет, постепенно затухая к кровле интрузива.

По мере сульфидизации серного расплава происходит нарастание его плотности и начинается процесс осаждения. При этом как только обособления серно-сульфидного расплава уходят глубже нижней границы зоны отгонки, так сразу они оказываются в условиях воздействия высокотемпературного апорасплавного метасоматоза.

Можно выделить три стадии процесса. На первой стадии происходит удаление из серно-сульфидного расплава остаточной серы, которая улетучивается и возвращается в зону отгонки. Остаточный расплав становится сульфидным. На второй стадии начинается апорасплавный метасоматоз сульфидных соединений. Сера частично замещается на кислород из состава высокотемпературных паров воды и в составе летучих соединений удаляется из расплава. Частично меняется комплекс рудообразующих металлов.

Поскольку метасоматоз обусловлен погружением во все более высокотемпературные области, то возрастает вероятность, что образующиеся оксидные соединения также выделяются в расплавленном состоянии, образуя вместе с остаточными сульфидами сульфидно-оксидный расплав. На третьей стадии завершается удаление серы из состава рудного расплава, и по мере концентрации оксидных соединений происходит кристаллизация минералов шпинелевой группы. На разрезе эти стадии показаны изменением заливки осаждающегося рудного расплава. Oбразованные в ходе апорасплавного метасоматоза и осажденные хромиты образуют выдержанный стратиформный горизонт у дна магматической камеры.

Повторяемость подобных горизонтов тесно связана с автоколебательным режимом формирования магматических тел; флюидное давление в интрузиве варьирyeт относительно среднего уровня, в качестве которого принят пятикратный литостатический эквивалент. Кратковременные повышения флюидного давления влияют на зоны сброса серы постольку, поскольку вызывают сброс серы и сульфидообразование на изотерме критической температуры.

Ситуация сброса давления до его литостатического уровня- температурный профиль серной конденсации Тк резко смещается из своего первоначального положения к кровле интрузива; флюидная активность в интрузиве резко падает и зона отгонки серы в новом положении не формируется, a cтарая зона отгонки оказывается сразу в неравновесных условиях и попадает под воздействие процессов апорасплавного метасоматоза. Избыток серного конденсата возгоняется и в составе летучих соединений возвращается в зону отгонки, тогда как остаточный рудный расплав под воздействием силы тяжести осаждается на дно магматической камеры, одновременно подвергаясь метасоматозу.

Повторное нарастание давления вновь приводит к возникновению на старом месте новой зоны образования рудного расплава, а последующий рост ведет ко все более концентрированному и массовому сбросу серы с сопутствующим интенсивным сульфидообразованием, повторяется ситуация, изображенная на рис. а. Новый сброс давления опять приводит к ситуации, показанной на рис. б. Таким образом автоколебательный режим формирования отражается в прерывистости рудообразующего процесса и, далее, в перемежаемости рудных и безрудных осадков на дне магматической камеры.

Изменения флюидного давления оказывают глобальное воздействие в пределах всего интрузива. Поэтому возобновление или прекращение рудообразования в висячих зонах серной отгонки происходит одновременно по всей площади интрузива и следует выдержанность чередования рудных хромитовых и безрудных слоев (наблюдающeeся в Бушвельдском интрузиве).

По мере завершения кристаллизации нижней ультраосновной части массива ситуация меняется, начинает сказываться двойной эффект прогрессирующего снижения парциального давления паров серы (речь идет об относительных, а не об абсолютных значениях содержания серы, о повышенной обводненности флюида, выделяющегося на этой стадии). Aбсолютные содержания флюидной серы меняются незначительно.

Перейдя в состав сульфидов в зоне образования рудного расплава, сера в процессах апорасплавного метасоматоза полностью освобождается и переходит в состав флюида, а затем вновь конденсируется в зоне отгонки и опять вступает в реакции с образованием рудного расплава. Благодаря подобному рециклингу одно и то же сравнительно небольшое количество флюидной серы может принять участие в образовании достаточно больших объемов оксидных руд.
Происходящее снижение относительного давления паров серы приводит к тому, что зона отгонки и сульфидообразования все больше начинает приближаться к линии преимущественной раскристаллизации пород интрузива и к потолку магматической камеры (рис. в). Осаждение образующегося рудного расплава не происходит - препятствуют малое количество и сравнительно высокая вязкость магматического расплава вблизи линии преимущественной раскристаллизации (профиль Тр). Осаждение может блокироваться также всплывающими и накапливающимися в вязкой прикровельной области кристаллическими фазами (например, плагиоклазом).

Медленное оседание сульфидных концентраций в вязком силикатном расплаве приводит к тому, что процесс их апорасплавного метасоматоза завершится задолго до того, как они успеют удалиться от зоны первичного рудообразования на сколь-либо значительное расстояние. Образующиеся оксидные соединения в условиях сравнительно низких температур (порядка 800°С) выделяются заведомо в твердом состоянии, в зависимости от условий создавая скрытно или явно кристаллические структуры. В результате на месте легкоплавкого и мобильного сульфидного расплава формируется жесткий каркас оксидной рудной минерализации.

Если сульфидный расплав сам по себе является прекрасным флюидопроводником, то висячий горизонт рудных оксидов оказывается серьезным препятствием на пути перемещающихся флюидов (рис. г). В результате у подошвы рудных оксидных горизонтов образуются повышенные концентрации магматогенных летучих.

Естественным следствием этого является “ржавая” поверхность нижних контактов, столь характерная для титаномагнетитовых слоев Бушвельда, а также повсеместные следы гидротермальных изменений, наиболее характерные для анортозитов, залегающих непосредственно под магнетититовыми пластами.

Hа поздних стадиях развития интрузива происходитвпаивание зоны рудообразования в близкие к раскристаллизации породы потолка магматической камеры. Как и на начальных стадиях, прерывистость протекания рудообразующего процесса полностью контролируется автоколебательной изменчивостью флюидного давления. Однако выдержанность верхних рудных горизонтов на обширных площадях интрузива обусловлена уже не столько осаждением рудных концентраций (которое из-за вязкости расплава было незначительным), сколько приуроченностью рудообразования к положению в пределах интрузива определенных изотермических поверхностей.

Hельзя исключить возможность частично синхронного образования верхних и нижних рудных горизонтов. Нижняя часть зоны серного перехвата может осаждаться, тогда как верхняя часть – оставаться в висячем положении и впаиваться в уже раскристаллизованные породы. Bисячая зона сульфидообразования все больше прижимается к потолку магматической камеры, поэтому соотношение осажденных и висячих руд должно с течением времени измениться в пользу последних.

B рудообразующем процессе моменту перехода от формирования осажденных руд к висячим соответствует специфическая ситуация. В этот момент, во-первых, при распределении образующихся сульфидов становится возможной дополнительная гравитационная сепарация: более легкие сульфидные соединения осаждаются медленно, и вероятность их впаивания в зону висячих руд возрастает; более тяжелые сульфидные соединения, осаждаясь более быстро, избегают впаивания и уходят в область формирования осажденных руд. Во-вторых, быстро осаждающиеся тяжелые сульфидные соединения хотя и подвергаются высокотемпературному отжигу, но полностью перейти в оксидную форму не успевают.

Этому способствует снижение температуры в магматической камере интрузива в процессе его раскристаллизации; это обеспечивает накопление в реликтовом сульфидном расплаве осажденных руд наиболее тяжелых и устойчивых к апорасплавному метасоматозу сульфидных соединений.