Эндогенные геохимические горизонты стратисферы

г 'БесшЯик., май, 2008 г., № 5

ЭНДОГЕННЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ГОРИЗОНТЫ СТРАТИСФЕРЫ

Согласно концепции Я. Э. Юдови-ча [1] геохимические горизонты — «это сравнительно узкие стратиграфические интервалы осадочной оболочки, существенно обогащенные каким-либо химическим элементом (или их группами) по сравнению с кларковым уровнем» (с. 21). По источнику создающего их материала Я. Э. Юдович выделяет шесть их типов. К ним, как мне кажется, следовало бы добавить эндогенные геохимические горизонты, обусловленные привносом материала из глубины, из магматических очагов, развивающихся под воздействием на них восходящих потоков трансмагматических флюидов. Именно эти горизонты и приобретают в своем развитии метал-логеническое значение (Купфершифер и др.), что определяет их как геохими-ко-металлогенические горизонты.

Магматизм неизменно развивается на глубине в геоструктурной обстановке, способствующей образованию де-прессионных структур и накоплению в них осадочных и вулканогенно-осадочных отложений. Депрессионные структуры континентальной коры образуются благодаря флюидному выщелачиванию гранитного слоя, замещающегося толщами осадочных пород, что и определяет деструкцию континентальной коры, уменьшение ее мощности вплоть до превращения ее в маломощную континентальную кору или в кору океанического типа [2]. Погружение поверхности фундамента в этих структурах кор-релируется со встречным по направлению воздыманием поверхности Мохо-ровичича (Мохо, М), например в Вилюй-ском прогибе [3]. Этот прогиб кристаллического фундамента на юго-востоке Сибирской платформы формировался на протяжении почти всего фанерозоя (с верхнего протерозоя до мела включительно), заполняясь терригенными и карбонатно -терригенными отложениями, но в девоне и нижнем карбоне к ним присоединились излияния базальтов. В

* Институт экспериментальной минералогии РАН, г. Черноголовка

Академик РАН А. [А. Маракушев*

marakysh@igem.ru

этом проявляется связь платформенных депрессий с развитием траппового (покровного) базальтового вулканизма. Вытеснение осадками (скорость продольных волн 4.6 км/с) фундамента платформы (6.3 км/с) в подобных структурах сопровождается неуклонным воздыманием мантийного субстрата (8.4 км/с), поверхности Мохо, замещающего базальтовый слой (6.8 км/с). В результате мощность континентальной коры в Вилюйском прогибе сократилась в два раза. Аналогично, например, в Черноморской впадине гранитный слой континентальной коры заместился осадочными породами практически полностью на глубину 18 км, что сопровождалось встречным воздыманием мантийного субстрата до глубины 30 км (при исходном залегании его в регионе на глубине ниже 50 км).

Обрисованные соотношения, возникающие при образовании всех де-прессионных структур континентальной коры, были названы украинским геофизиком С. И. Субботиным «обращенностью рельефа Мохо» [4]. Он дал им правильную генетическую интерпретацию, связав с «действием магматического очага, возникающего при образовании прогибов земной коры» [4, с. 16].

Магматизм во всех его проявлениях развивается в сопровождении восходящего потока флюидов (трансмагматических по Д. С. Коржинскому), так что действие глубинного магматического очага проявляется в двух аспектах [2]: распространяется на всю континентальную кору и подстилающую ее мантию.

На глубине с ним связывается развитие гипербазитового магматизма с замещением гипербазитами базальтового слоя коры, что и вызывает подъем поверхности Мохо, а в коре происходит флюидное выщелачивание ее гранитного слоя, определяющее его замещение осадочными породами. Поскольку флюиды фильтруются на глубине через гипербазитовые магмы, они приобретают агрессивность по отношению к сиалическим породам, способность выщелачивать гранитный

слой коры, что и служит причиной образования всякого рода платформенных депрессий.

При образовании геохимико-метал-логенических горизонтов в вулканогенно-осадочных и осадочных депрессиях земной коры, сопряженные с ними глубинные магматические очаги аналогичны рудоносным стратиформным интрузивам, так как только они соответствуют им по разнообразию парагенезисов, генерируемых в интрузивах рудных металлов. Формирование таких интрузивов начинается с базит-гипер-базитового расслоения, показанного на рис. 1 расходящимися стрелками. Им определяется самое начальное контрастное разделение металлогенической специализации магматизма стратифор-мных интрузивов. Эта специализация определяется образованием на различных горизонтах стратиформных интрузивов богатых железом дифференциа-тов, теряющих устойчивость по отношению к флюидам и подвергающихся сульфуризации или окислению с привносом меди и халькофильных и окси-фильных металлов.

Богатые железом горизонты стратиформных интрузивов различаются по магнезиальности, щелочности и другим химическим особенностям, так что их сульфуризация и окисление сопровождаются концентрацией большого разнообразия металлов, формирующих горизонты рудной генерации.

В нижней (гипербазитовой) части интрузивов возникают магнезиальножелезистые дифференциаты, сульфу-ризация которых приводит к образованию моносульфидных расплавов, например по реакции, выраженной в нормативных минералах: М£ре8Ю4 + + Н28 = MgSiOз + Бе8 + Н20, и сопровождается привносом никеля и платиновых металлов благодаря их высокому химическому сродству к магнию.

С переходом к бедным магнием железистым дифференциатам более высоких (базитовых) горизонтов сульфуризация приобретает дисульфидный характер, что порождает генерацию водоро-

Рис. 1 Модель формирования магматических очагов с кислыми (риолитовыми) магмами в их апикальных частях и непосредственно подстилающими их железистыми диф-

ференциатами.

I — исходный расплав, подвергавшийся базит-гипербазитовому расслоению (показано расходящимися стрелками), II—III — гранит-феррогаббровое расслоение магмы, показанное на основе изучения риолит-ферробазальтовых вариолитов

да или углеводородов: 0.5Бе28Ю4 + + 2И28 + 0.25С02 = Ре§2 + 0.58102 + + 1.5И2О + 0.25СИ4. При этом принципиально изменяется и металлогеничес-кая специализация сульфуризации. Происходит образование медных (халь-ко пирито вых) кварце во -су ль фидных расплавов, нередко богатых золотом, а на более высоких горизонтах развиваются медно-цинковые (колчеданные) и медно-свинцово-цинковые (полиметаллические) расплавы, богатые золотом и серебром. Они тяготеют к верхам магматических очагов, к границе с венчающими их кислыми дифференциатами. Эти самые продуктивные горизонты на рис. 1 показаны по аналогии с расслоенными интрузивами, расслоение которых (II—III) моделируется соотношением пород в риолит-ферробазальтовых вариолитах (в скобках состав вари-олей, мас. %): 8102 = 39.80 (78.49), ТЮ2 = 4.24 (0.21), А1203 = 2.46 (12.74), Бе0 = 37.65 (2.78), МпО = 0.33, 1^0 = = 0.56, СаО = 11.28 (1.50), №20 = 0.10 (3.21), К2О = 0.33 (0.96), Р205 = 3.35 (0.11). Железистые дифференциаты в подобных очагах подвергаются сульфуризации, генерирующей кварцево-сульфидные (колчеданные), по реакции

Ре2§Ю4 + 4^8 = 2Бе§2 + 8Ю2 + + 2(И20 + И2), а также баритово-сульфидные (полиметаллические) расплавы с флюидным привносом меди и халь-кофильных металлов.

Ощелачивание расплавов ведет к развитию окислительных процессов, в которых сульфиды могут частично или полностью вытесняться магнетитом (3Ре2§Ю4 + 2^0 = 2Бе304 + 38102 + 2^) или гематитом ^28104 + 0.5^0 + + 0.25С02 = Бе203 + 8102 + 0.25СИ4). Окислительная обстановка благоприятствует накоплению в расплавах урана, определяя устойчивость его анионных миграционных комплексов, стабилизирующихся в режиме повышения щелочности.

В развитии депрессионных структур земной коры медно-никелевые сульфидные расплавы обычно остаются в интрузивной фации и только изредка вовлекаются в вулканические извержения, образуя согласные залежи в составе коматиитовых комплексов (Камбал-да в Австралии, Абитиби в Северной Америке). В отличие от них колчеданные и полиметаллические месторождения возникают в вулканической фации, формируя горизонты сульфидных

руд в осадочно-вулканогенных толщах. Их пластовые и линзовидные массивные тела закономерно и согласно вписываются в стратиграфические разрезы, расслаиваясь на медные (нижние) и цинковые (верхние) слои, тогда как секущие обычно более бедные залежи в сопровождении метасоматических пород служат звеном связи их с материнскими глубинными магматическими очагами [5]. По существу их можно рассматривать в качестве крайне продуктивных геохимико-металлогеничес-ких горизонтов.

Генерация железистых дифферен-циатов расслоенных интрузивов нередко сопрягается с концентрацией марганца. Это наглядно фиксируется изменением примеси Мп в оливине, например по разрезу снизу вверх в интрузиве К^ІараН на Лабрадоре (мас. %, в скобках молекулярный процент форстерита): 0.32 (70)—0.30 (67)—0.38 (65)—

0.37 (63)—0.42 (56)—0.43 (54)—0.95 (15)— 1.46 (2)—1.62 (1) [6]. Такие дифференциаты проявляют неустойчивость по отношению к трансмагматическим флюидам даже при отсутствии в них серы и окисляются с образованием титаномаг-нетитовых или кварц-магнетитовых расплавов, дающих начало железистым и марганцовистым кварцитам, что в символах нормативных минералов выражается реакцией 3Бе28і04 + 2Н20 = = 2Бе304 + 3 8і02 + 2Н2. Известны их ассоциации с кварцево-сульфидными и баритово-сульфидными, медно-цинковыми и свинцово-цинковыми рудами, образующими протяженные горизонты и месторождения, например атасуй-ского типа [7, с. 224]. Флюидная сульфу-ризация железистых дифференциатов генерирует сульфидные расплавы, в которые, в отличие от магнетитовых марганцовистых расплавов, марганец практически не входит, а выносится флюидами (по реакции Беї 9Мп0 18і04 + + 3.8Н28 = І.9Бе82 + 8і02 + Мп(0Н)2 + + 1.9(Н20+Н2) на земную поверхность в сопряжении с формированием колчеданного и полиметаллического оруденения. Например, в океанических хребтах марганец выносится флюидными струями или вовлекается в образование осадков с медными и медно-цинковыми сульфидами и железомарганцевых конкреций. Обширные поля этих конкреций на океаническом дне в какой-то мере коррелируются с размещением колчеданных месторождений в срединно-океанических хребтах (рис. 2 [8, 9]). Металлоносные осадки с синге 3

3

Рис.\2. Схема размещения полей железомарганцевых конкреций

нетическими и эпигенетическими сульфидами меди, цинка, свинца, содержащие золото и серебро,только в незначительной мере показаны на рис. 2. Они входят и в состав углеродистых отложений депрессий океанических хребтов, например в хребте Хуан де Фука. В океанах очевидна связь их с флюидными потоками, фильтрующимися на глубине через сульфидные расплавы и выходящими на океаническое дно в виде так называемых курильщиков, нередко вместе со струями (vents) или просачиваниями (seeps) углеводородов [10]. Подобные образования, развивавшиеся в депрессиях на глубине, и служили источниками металлоносных осадков, в том числе сульфидных.

Рассмотренные реакции дисуль-фидной сульфуризации и окисления железистых магматических дифферен-циатов нормативного состава, близкого к Fe2SiO4, неизменно сопровождаются освобождением водорода, который, реагируя с оксидами углерода, генерирует углеводороды, например (в расчете на единичное количество этана): 3.5Fe2SiO4 + 14H2S + 2CO2 = = 7FeS2 + 3.5SiO2 + 11H2O + C2H6. Поэтому колчеданное рудообразование естественно сопряжено с развитием углеводородных струй. Это наглядно выражено в современном развитии этих процессов в океанах и окраинных морях. Неясно, в какой мере этот процесс участвует в развитии нефтеносных провинций, геохимия углеродистых и осадочных пород которых рассмотрена в работе [11, с. 524]: «Наряду с ураном рассматриваемые породы обога-

щены (на 1—2 порядка) относительно кларка для верхней коры П, V, Мп, N1, Си, гп, Л8, Бе, У, Мо, Ля, Са, Cs, КЕБ, Яе, Бс. Указанный набор геохимических показателей является типоморф-ным практически для всех черносланцевых формаций». Нефтеносные провинции генетически связаны с аналогичными депрессиями «обращенного рельефа Мохо», например в бассейне Паренти на юго-восточной окраине Бискайского залива [12]. Этим определяется общность процессов нефте- и рудообразования [13], развивающихся в связи с глубинным магматизмом, связанным с платформенными и шельфовыми депрессиями. Эндогенные процессы крайне разнообразны не только сами по себе, но и по их влиянию на развитие стратисферы в геохимическом и металлогеническом аспектах. Развитие депрессионных систем под воздействием восходящих трансмагматических флюидных потоков создавало телескопирование металлов, концентрировавшихся на различных горизонтах глубинных магматических очагов стратиформного типа. Это в какой-то мере объясняет подчеркнутые Я. Э. Юдовичем [1, с. 28] разнообразие и комплексный характер металлического состава геохимических горизонтов стратисферы.

Литература

1. Юдович Я. Э. Геохимические горизонты стратисферы // Вестник Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН, 2008. № 2. С. 27— 35 и № 3. С. 18—22. 2. Маракушев А. А. Новая модель формирования платформенных депрессий // Проблемы рудной геоло-

гии, петрологии, минералогии и геохимии. М.: ИГЕМ РАН, 2004. 533 с. 3. Артюшков Е. Е. Физическая тектоника. М.: Наука, 1993. 507 с. 4. Субботин С. И. О причинах обращенности рельефа и поверхности Мохо // Связь поверхностных структур земной коры с глубинами. Киев: Наукова думка, 1971. С. 14—18. 5. Маракушев А. А., Пане-ях Н. А., Зотов И. А. Петрологическая модель образования сульфидных месторождений // ДАН, 2007. Т. 416. № 2. 6. Simkin T, Smith J. V. Minor-element distribution in olivine of Kiglapait intrusion // J. Geology, 1970. V. 78. № 3. P. 304—325. 7. Авдонин В. В., Бойцов В. Е., Григорьев В. М. и др. Месторождения металлических полезных ископаемых. М.: Трикста, 2005. 720 с. 8. Андреев С. И., Аникеева Л. И., Вишневский А. Н. и др. Минеральные ресурсы Мирового океана, их потенциал и перспектива освоения // Геология и минеральные ресурсы Мирового океана. СПб.: ВНИИИОкеанология, 1995. С. 141—157. 9. БазилевскаяЕ. С. Источники поставки марганца для Fe-Mn-руд океана // Геология рудных месторождений, 2006. Т. 48. № 2. С. 155—166. 10. Cruse A. M., Seewald J. S. Chemistry of low-molecular weight hydrocarbons in hydrothermal fluid Middle Valley, Northern Juan de Fuka Ridge // Geochim. Cosmochim. Acta, 2006. V 70. P. 2073—2092. 11. Готтих P. П., Писоцкий Б. И., Журавлев Д. И. Роль эндогенных флюидов в формировании углеродсодержащих пород в геологическом разрезе нефтегазоносных провинций // ДАН, 2007. Т. 412. № 4. С. 524—529. 12. Pinet B., Montadert L., Mascle A. et al. New insights on the structure and formation of sedimantary basins from deep seismic profiling in Western Europe // Petroleum Geol. of North West Europe. L.: Graham and Trotman, 1987. P. 11—31. 13. Бескровный H. С. Нафтометаллогения: единство нефте-и рудообразования // Журнал ВХО им. Менделеева, 1996. Е. XXXI. № 5. С. 569—574.