ГлавнаяДанная статья является логическим продолжением предыдущей статьи авторов, в которой была изложена принципиальная схема развития рудно-магматической системы в вулканоплутоническом процессе (рис. 1); впервые обосновывалось влияние фактора глубинности на эволюцию железоносного вулканоплутонического магматизма, а также было указано на несомненное сходство в химизме магматитов железоносных вулканоплутонических комплексов подвижных складчатых областей и островных дуг.
Здесь же на базе анализа соотношений петрохимических особенностей магматитов вулканической серии, обычно ранее не включавшихся в систему магматизм — рудообразование, и комагматичных им интрузивных аналогов рассматриваются, по существу, некоторые следствия, вытекающие из изложенной нами ранее модели (Там же) и имеющие научное и прогнозно-металлогеническое значение.
До сих пор характер связи железооруденения с магматизмом остается дискуссионным. Одни исследователи решающее значение отводят интрузивному магматизму, другие — вулканизму. Такое противопоставление представляется малооправданным. Достигнутые за последние годы определенные успехи в анализе петрохимических особенностей вулканоплутонических ассоциаций и сопряженных с ними скарново-магнетитовых месторождений со всей очевидностью свидетельствуют о тесной пространственной и временной связи вулканоплутонических процессов и железооруденения и позволяют рассматривать их как единую рудно-магматическую систему, составные части которой находятся между собой в парагенетических отношениях. Как показывает опыт исследований железорудных месторождений, наиболее удобной элементарной единицей для выяснения генезиса месторождений, и особенно для прогнозно-металлогенических целей, является рудоносный вулканоплутонический комплекс (рис. 1, б). Такой комплекс характеризуется, как правило, свойственными лишь ему петрогеохимическими особенностями, отражающими основные закономерности формирования составных его частей.
Главными факторами, способствующими возникновению рудно-магматической системы, вероятно, являются степень вертикальной расслоенности (докристаллизационная дифференциация) и глубина исходного флюидно-магматического очага, насыщенность его летучими компонентами, в частности хлором. Эти факторы определяют петрохимические особенности конкретной вулканоплутонической ассоциации, например закономерные различия в составе комагматов (более лейкократовый состав вулканитов за счет обогащения щелочами и глиноземом и обеднения, в том числе и железом по сравнению с их интрузивными эквивалентами) и антидромную направленность в развитии отдельных фаз магматизма. Наиболее приемлемым механизмом, объясняющим закономерные и вполне определенные различия в химизме вулканитов и соответствующих им интрузивных аналогов, является модель докристаллизационной дифференциации, заключающейся в том, что в расплаве благодаря флюидно-магматическому взаимодействию в протяженной магматической камере происходит разделение компонентов расплава на жидкостной (докристаллизационной) стадии эволюции магматического очага. Как показывает статистический анализ, процесс докристаллизационной дифференциации приводит к накоплению щелочей, алюминия и марганца совместно с летучими компонентами преимущественно в верхней части магматического очага, а магния, кальция и железа (не всегда) соответственно в нижней его части. Формирование пород эффузивной фации из расплава верхней части флюидно-магматического очага, а интрузивной, наоборот, — нижней и дает искомые различия в составе комагматов, устанавливаемые при петрохимическом сопоставлении.
По экспериментальным и расчетным данным, флюидные компоненты по способности растворяться в расплавах основного состава могут быть представлены следующим рядом (в порядке возрастания): N2 — H2 — CO2 — HCl — H2S — H2O — HF. Этим рядом, естественно, определяется характер распределения не только флюидных компонентов в магматической камере, но и петрогенных и рудных, поскольку флюиды обладают неодинаковым химическим сродством к петрорудообразующим элементам и способностью отделяться из расплава во флюидную фазу. Поэтому естественно, что флюидномагматическое взаимодействие в конечном счете должно приводить к дифференцированному (в вертикальном разрезе) распределению не только флюидов, но петрогенных и рудогенных компонентов. В глубинных условиях при высоких значениях P и T основные компоненты сложного по составу флюида (NaCl, KCl, HCl и др.) в соответствии с экспериментальными и расчетными данными находятся преимущественно в молекулярной форме. В соответствии с этими данными нами проведены термодинамические расчеты, моделирующие флюидно-магматическое взаимодействие (рис. 2). В реакциях равновесий при вычислении относительной молярной свободной энергии флюидных компонентов мольная доля воды принималась равной 0,9, а доля остальных компонентов флюида в сумме составляла 0,1. Одинаковые соотношения воды и остальных компонентов флюида в реакциях равновесий, записанных таким образом, дают возможность сравнивать при одинаковых условиях способность железа и других компонентов (Mg, Na, К) переходить из расплава во флюидную фазу в зависимости от изменения состава флюидной фазы. Как видно из диаграммы (см. рис. 2), по способности экстрагировать железо из расплава летучие компоненты располагаются в следующий ряд (в порядке убывания):
HCl >> HF > H2O >>> (Na, К)Сl > (Na, K)F >>> (CO2 + H2),
т. е. наибольшей способностью обогащать флюидную фазу железом обладает HCl и наименьшей — такие труднорастворимые газы, как CO2 и H2. Несколько неожиданным но, по-видимому, закономерным является практически инертное поведение железа (и магния) в присутствии хлоридов щелочных металлов во флюиде. Уменьшение степени экстрагирования железа и магния из базальта при взаимодействии его с растворами NaCl по сравнению с HCl отчетливо устанавливается и в экспериментах. Согласно полученным данным, с увеличением глубинности флюидно-магматического взаимодействия при высоком химическом потенциале хлора должна увеличиваться интенсивность выноса из расплава железа с обогащением им флюидной фазы. В этом случае остаточный расплав будет эволюционировать с возрастанием калиевости, глиноземистости и магнезиальности. Такая направленность в изменении состава пород, как известно, свойственна известково-щелочным сериям. В соответствии с этими данными представляется совершенно закономерной приуроченность крупных скарново-магнетитовых месторождений к вулканоплутоническим комплексам, изменение железистости которых соответствует известково-щелочному направлению. И, наоборот, мелкие месторождения, как правило, приурочиваются к магматическим комплексам, характеризующимся толеитовой направленностью в изменении железистости (рис. 3). Именно механизмом флюидно-магматического взаимодействия можно удовлетворительно объяснить указанные выше отчетливые различия, так как в формационном отношении магматические серии этих рудных районов принадлежат к единой габбро-гранитной серии.
Совершенно естественно, что при продвижении флюидно-магматического очага на верхние горизонты земной коры состав флюидов будет обедняться плохо- и малорастворимыми компонентами (N2, CO2, HCl) с соответствующим увеличением мольной доли воды, способствуя тем самым проявлению в эволюции магматических расплавов как толеитовой тенденции, так и вертикальной неоднородности протяженной магматической камеры. В частности, толеитовая направленность подтверждается экспериментами по выплавлению парциальных расплавов с изменяющимся составом флюидной фазы. Вертикальная неоднородность магматической камеры обнаруживается при сравнении средних составов комагматичных пород вулканической и интрузивной серий и по антидромной направленности в развитии отдельных фаз вулканизма (рис. 4, 5). Эти различия лучше всего объяснимы с позиции флюидно-магматической (докристаллизационной) дифференциации магматического очага в глубинных условиях. Именно различиями в составе флюидов и в их режимах при взаимодействии с магматическими расплавами удается удовлетворительно объяснить эмпирически наблюдаемые тренды магматических серий, принадлежащих к единому формационному типу в отдельных рудно-магматических центрах в пределах одной структурно-формационной зоны.
В соответствии с развиваемой моделью распределение железа, в частности, в вулканоплутонических ассоциациях должно характеризоваться следующими закономерностями: 1) «продуктивность» рудоносных вулканоплутонических комплексов и их железистость в принципе должны быть связаны обратной зависимостью; 2) породы интрузивной серии должны быть обогащены железом относительно эффузивных эквивалентов. Эти положения хорошо подтверждаются примером Валерьяновской зоны в Тургае. Здесь, как видно из рис. 6, действительно, магматиты северной части зоны (Курганское Зауралье), с которыми генетически связаны преимущественно мелкие и средние месторождения, имеют большую железистость по сравнению с центральной частью (Кустанайское Зауралье), где, как известно, сосредоточены крупнейшие месторождения зоны. Таким образом, в распределении железа в вулканоплутонических сериях наблюдается отражение не только первичных особенностей состава базальтоидных магм, но и докристаллизационной дифференциации. О тесной генетической связи вулканоплутонических ассоциаций и железооруденения свидетельствуют коррелируемость К2О/(К2О + Na2O) рудовмещающих магматитов, хлороносности скаполита и акцессорного апатита с масштабами месторождений, а также возрастание азотной составляющей во флюидных включениях из руд крупных месторождений (рис. 7). Все эти данные приводят к выводу о том, что главным источником рудообразующих флюидов и рудных элементов является глубинный базальтоидный очаг, а не интрузивные массивы, в пространственной связи с которыми находятся месторождения. О парагенетической связи интрузий с оруденением свидетельствует тот факт, что на ряде месторождений (Магнитогорское, Ауэрбахо-Турьинское рудное поле) процессам скарно-рудообразования непосредственно предшествует внедрение серии жильных пород основного состава (преимущественно диабазов) после становления гранитоидных плутонов и отсутствует четкая зависимость между степенью дифференццрованности интрузивных массивов и их размерами с масштабами железооруденения.
Естественно, в зависимости от интенсивности потока щелочных мантийных флюидов и уровня формирования мантийного диапира флюидномагматические очаги будут формироваться на различных глубинах. Изучение закономерностей формирования магнетитовых месторождений в зависимости от инициальной глубинности процесса и флюидного режима позволяет в какой-то мере приблизиться к пониманию природы давно выделенных по минеральному составу околорудных пород скаполитового, скарнового и гидросиликатного типов месторождений, соответствующих уменьшающейся глубине становления флюидно-магматических очагов, производными которых они являются. Если признать глубинный очаг в качестве главного источника железа и флюидов, при формировании месторождений, несомненно, определенное значение имеет «местное» железо. Как хорошо известно, на большинстве скарново-магнетитовых месторождений Урала оруденение сопровождается широким ореолом альби-тизированных (осветленных) пород, при формировании которых, как было показано еще Д.С. Коржинским, Л.Н. Овчинниковым и Я.П. Баклаевым, происходит вынос железа, в какой-то степени участвующего в дальнейшем в образовании рудных залежей.
Изучение скарново-магнетитовых месторождений Урала, Северного Казахстана и других регионов показывает, что в каждом конкретном случае может преобладать какой-либо один источник железа (вулканогенноосадочные месторождения) или их может быть несколько. В последнем случае возможно образование полигенных и полихронных скарново-магнетитовых месторождений. Полигенность заключается в том, что конкретными источниками железа являются как магматические расплавы на стадии их деферризации, так и зоны автометасоматоза. Конечно, в более широком аспекте источник железа здесь генетически единый — мантийный, связанный с проникновением в земную кору глубинных базальтоидных расплавов, являющихся источником флюидов и рудного вещества для различных генетических типов железорудных месторождений; полихронность же связана с различными, оторванными во времени, этапами выноса и отложения рудного вещества, в благоприятных структурно-фациальных условиях.
Таким образом, вполне обоснованно можно говорить о полигенности рудообразующих процессов. Сочетание различных генетических типов руд, наблюдаемое нередко в пределах одного рудного поля (от позднемагматических до вулканогенно-осадочных), свидетельствует о том, что формирование и развитие рудно-магматической системы в вулканоплутоническом процессе начинается еще на магматической (докристализационной) стадии эволюции флюидно-магматического очага и заканчивается на постмагматической, включая и вулканогенно-осадочную стадию рудообразования.
Предлагаемая геолого-генетическая модель, основанная на закономерной сопряженности петрохимических особенностей вулканоплутонических ассоциаций и эндогенного оруденения в зависимости от глубинности флюидно-магматического взаимодействия и степени докристаллизационной дифференциации, позволяет также разработать некоторые качественно новые критерии оценки потенциальной рудоносности отдельных вулканоплутонических ареалов с элементами количественного прогнозирования. Можно выделить следующие геологические, петрогеохимические признаки, свидетельствующие о возможной перспективности отдельных рудномагматических центров на обнаружение значительных по запасам месторождений.
1. К геологическим факторам прогноза в первую очередь следует отнести внутренние зоны вулканоплутонических структур размером до нескольких десятков километров в диаметре, характеризующихся повышенной мощностью рудовмещающих комплексов. Именно к этим зонам таких воронкообразных структур приурочены все крупнейшие месторождения Тургая (рис. 8). Следует подчеркнуть, что фактор «мощности» имеет большое прогнозное значение и для оценки потенциальной рудоносности отдельных структурно-формационных зон. Это хорошо видно на примере структурно-формационных зон восточной окраины герцинид Урала: Александровско-Денисовской, Ир-гизской, Валерьяновской и Убаганской. Здесь наибольшие мощности эффузивно-пирокластических образований свойственны центральной — Валерьяновской — зоне, в которой сосредоточено, как известно, подавляющее большинство железорудных месторождений Тургая. Изучение петрохимических особенностей пород вулканической и интрузивной серий, относящихся к средне-верхнепалеозойскому этапу, позволило выявить петро-химическую зональность этого региона. В частности, в однотипных по кремнекислотности породах внешних периферических зон (Александровско-Денисовской, Иргизской и Убаганской) модальные содержания кремнезема выше, а щелочей меньше по сравнению с центральной (Валерьяновской) зоной. То есть эти зоны в петрохимическом отношении относятся к областям развития магматизма преимущественно известкового типа известково-щелочной серии. Характеризуются они, как известно, сокращенными мощностями вулканогенных пород и незначительным железооруденением. В Валерьяновской зоне, наоборот, магматические породы помимо указанных выше отличий характеризуются также и более высоким K/Na отношением. Эти породы в петрохимическом отношении принадлежат преимущественно к субщелочному типу известково-щелочной серии. С ними, как указывалось выше, генетически связаны крупнейшие железорудные месторождения, образующие главный железорудный пояс Тургая. Таким образом, наблюдается совершенно определенное соответствие между факторами «мощности» и «щелочности», указывающее на то, что формирование месторождений скарново-магнетитовой формации связано с углублением в недра земной коры флюидномагматических очагов, приходящим в переходные и поздние этапы развития подвижных зон, когда по мере консолидации магматизм приобретает субщелочной характер.
2. К петрохимическим критериям, как было показано ранее, относятся калиевость рудовмещающих комплексов и сопряженных с ними околорудных пород, петрохимические параметры b/(а + с) и (рис. 9). Их значение видно из изложенного выше материала, и подробнее останавливаться на этом нет необходимости. Следует лишь подчеркнуть, что применять их нужно комплексно, выдерживая при этом принцип «при прочих равных условиях», т. е. сравниваемые комплексы должны относиться к одной формации одной и той же структурно-формационной зоны, так как разные зоны характеризуются обычно свойственным только им уровнем содержаний отдельных компонентов.
3. К геохимическим критериям прогноза следует также отнести состав и количество летучих в газово-жидких включениях в минералах руд и пород. Имеющийся материал (см. рис. 7) показывает, что для крупных месторождений характерны преобладание восстановленных форм газов (N2, H2) в составе флюидной фазы и, следовательно, более высокое отношение (Н2 + N2)/(Н2O + CO2) и большее количество газов, в том числе и хлора. В частности, как было показано В.В. Холодновым, намечается вполне определенная связь между масштабами железооруденения и содержанием хлора в апатите из интрузивных пород ранней фазы внедрения (габброидов). Такая связь представляется совершенно закономерной, исходя из принципа флюидно-магматического взаимодействия. Главный фактор, определяющий интенсивность перехода железа и других рудных элементов во флюидную фазу,— суммарная концентрация хлоридов, поскольку для рудообразующих элементов группы железа (Fe, Mn, Ni, Co) основной формой переноса металлов во флюиде являются галогенсодержащие комплексы. Поэтому становится понятной наблюдающаяся прямая корреляционная зависимость между содержанием хлора в апатитах и запасами руд. «Хлорная» специализация тех или иных базальтоидных комплексов, несомненно, служит благоприятным фактором для обоснования площадей на скарново-магнетитовое месторождение. По-видимому, чем концентрированнее в отношении хлора были рудоносные флюиды, тем более насыщены они были комплексными соединениями железа и тем крупнее, в конечном счете, масштабы железооруденения.
Предлагаемые петрохимические и геохимические критерии относятся к типу новых прогнозных критериев. Конечно, мы отдаем себе отчет в их неравноценной обоснованности: если петрохимические особенности магматитов крупных месторождений подкреплены надежным в количественном отношении материалом, то в отношении геохимических критериев (по флюидам) этого сказать нельзя. Ho полученные первые результаты обнадеживают, хотя в этом направлении сделаны лишь первые шаги. Необходимость использования состава флюидов в прогнозных целях вытекает из достаточно обоснованных данных о физико-химической сущности процессов скарно-рудообразования. Все это и позволяет надеяться на эффективное использование предлагаемых методов оценки потенциальной рудоносности площадей на скарново-магнетитовое оруденение.