Геологические структуры месторождений полезных ископаемых В мировой практике

Геологические структуры месторождений полезных ископаемых В мировой практике в настоящее время существуют три типа классификаций геологических структур: морфологическая, геолого-генетическая и геодинамическая. Исторически их возникновение произошло в отмеченной выше последовательности.

Морфологическая классификация Основы существующих в настоящее время классификаций этого типа были заложены В. М. Крейтером, который использовал в качестве ведущего признака морфологический тип геологической структуры, вмещающий или контролирующий локализацию рудного вещества. Выделено пять типов структур м-ний: 1) складчатые, 2) разрывные с перемещением, 3) трещинные, 4) кливажные микротрещинные, 5) трубчатые и более сложные.

• Подобный подход с рядом вариаций, связанных с большей детализацией и выделением дополнительных типов и подтипов, характерен для большинства предложенных в последующие годы общих классификаций. • В систематике Ф. И. Вольфсона и П. Д. Яковлева (1975, 1985) дополнительно выделено пять типов: 1) осложненные разрывными нарушениями контакты интрузивных массивов, 2) расслоенные интрузии, 3) кольцевые многофазовые интрузии, 4) вулканические сооружения, 5) трубки взрыва. • Морфологический признак дополнен элементами интрузивной и вулканической тектоники.

Геолого-генетическая классификация Нужно было «привязать» структурную типизацию к промышленно-генетической классификации рудных м-ний. Этот принцип воплощен в работе Г. Ф. Яковлева (1982), который выделил три серии структур рудных полей и месторождений: тектоногенную, тектоно-магматогенную и тектоно-экзогенную. • Среди экзогенных структур Г. Ф. Яковлев выделил три класса: континентальный, шельфовый и тектоно-экзогенный, в каждом из которых намечены типы и подтипы. •

• Шичжуюань

Металлогенограмма для осадочных бассейнов слабоактивизированных частей древних платформ 1 – конгломераты; 2 – пески, песчаники; 3 – алевролиты; 4 – глины; 5 – мергели; 6 – пластоокисленные породы; 7 – урановое оруденение

• Параллельно с общими классификациями создаются обширные и разнообразные частные классификации, объектами которых являются не только различные семейства, классы, типы и виды минерального сырья, но и отдельные морфологические типы структурных форм. Так, существуют систематики структур гидротерм. , штокверковых, кольцевых, стратиформных, медно-порфировых и других типов м-ний. • Все они в качестве ведущего признака при типизации структур используют обобщенный современный облик рудного объекта, т. е. морфологический облик.

• Недостаточность такого подхода обнаруживается при исследовании метаморфизованных м-ний. Например, к какому типу или классу отнести структуры колчеданных м-ний Урала, Рудного Алтая, Скандинавских каледонид и других провинций? • Первоначально они образовались в разнообразных геотектонических позициях и характеризовались широким спектром первичных рудоносных структур. В последующем процессы регионального метаморфизма не только существенно изменили их структуры, но и привели к ремобилизации и переотложению рудного вещества в новых структурных обстановках.

• На одном и том же объекте мы имеем рудные тела стратиформного типа и жильные эпигенетические, локализованные в складчатых и разрывных нарушениях. • Эти м-ния можно отнести и к пластовым, и к складчатым, и к разрывным со смещением. Все зависит от взглядов исследователя.

• Геодинамическая систематика Нужно дополнить характеристику рудных объектов геодинамической систематикой структур м -ний. Для этих целей в качестве признаков используют параметры, влияющие на генезис геологических структур. Таких параметров шесть: • 1. -петрофизические свойства среды, • 2 - термодинамические условия структурообразования, • 3. -полихронность палеотектонических обстановок, • 4. -механизмы деформирования, • 5. -структурные парагенезисы и • 6. -региональная геотектоническая позиция.

1. Основные петрофизические типы сред структурообразования Понятие «Среда структурообразования» включает физические и механические свойства горных пород и тесно с ними связанные деформационные характеристики, которые в значительной мере до превышения порога ползучести, ведут себя как пластично-вязкие вещества и испытывают значительные по масштабам пластические деформации. • Температура и всестороннее давление сокращают предел упругих деформаций и благоприятствуют пластическому течению материала, нивелируя первичную контрастность в физико-механических свойствах различных типов горных пород. •

• Несмотря на то, что основная масса горных пород в земной коры относится к упругим хрупким образованиям, в реальных геодинамических обстановках они разделяются на петрофизические и геомеханические комплексы, группы и подгруппы, различающиеся интенсивностью трещинообразования, способностью брекчирования, испытывать синтектоническую перекристаллизацию и пластическую деформацию. • Выделяют три основных петрофизических типа среды структурообразования: упругий, упругопластичный и упруговязкий

• К первому отнесены хрупкие с высокой вязкостью (III категории) породы. Полевые признаки подобных образований: грубая слоистость, слабое развитие складчатых форм, повышенные макрои трещиноватость, широкое распространение брекчиевых структур, линзовидно-блоковый тип складчатости. • По составу среди пород этого типа выдеяются массивные кварциты, туфы кислого состава, гранитоиды, лавовые и субвулканические фации дацит-риолитового состава. К подобному типу относятся доломиты, скарноиды, роговики и др.

• Упругопластичный тип • Значительные пластические деформации, низкая вязкость и небольшие упруго-прочностные свойствами. ( I и II категории вязкости). По составу это тонкослоистые флишоидные терригенно-карбонатные толщи, эвапоритовые серии, серицитовые, хлоритовые и серпентинитовые сланцы, пачки глинистоалевролитовых пород и тонкослоистых туффитов. Для образований данного типа характерны высокие значения коэфф. Пуассона (0, 30 - 0, 45), широкое развитие дисгармоничной складчатости, проявление диапиризма и большие величины деформаций.

• К третьему, упруговязкому типу относятся наиболее вязкие, жесткие, плотные и малопористые образования. Они характеризуются максимально высокими среди коровых комплексов значениями упругопрочностных параметров. По составу это массивные габбро-диабазы, перидотиты, метаморфогенные образования амфиболитовой и гранулитовой фации (гранито -гнейсы, амфиболиты, кристаллические сланцы, эклогиты и др. ).

• 2. -Термодинамические условия структурообразования • Три зонами: эпизона, мезозона, катазона. Эпизона охватывает приповерхностные участки земной коры. Здесь низкие температуры (до 1001500 С) и давления (ед. , либо десятки мпа. ). Породы слабо метаморфизованы. Основной способ переноса рудного вещества - в минерализованных подземных и поровых водах и гидропластическое течение. Процесс контролируется : перепадами гидростатического давления, силы тяжести, сейсмоакустическ. , вибрамиграционными эффектами и др.

• Мезозона. • Преобладают тем-ры 100 -4000 С и давления (более 1 OO МПа); формируются зеленосланцевая и глаукофановая фации метаморфизма. Различают участки, спокойной глыбово-блоковой складчатости и линейные мобильные пояса. • Первым присущи средние параметры мезозоны. В мобильных поясах параметры варьируют и достигают 400 -600°С и (1 O 4 MПa). • Зеленосланцевый метаморфизм- ведущий фактор ремобилизации вкрапленного оруденения в больших объемах пород. Трещиноватость, кливаж, микрокатаклаз способствовали освобождению рудных компонентов из пород и минералов.

• В катазоне тем-ры > 400 0 С и давления >200, обычно 500 - 1500 МПа), амфиболитовая и гранулитовая фации и ведущий механизм деформир. - пластическое течение. Перенос рудного вещества : пластическим течением, диффузией и гидротермальным раствором. • К глубинным разломам приурочены высокотемпературные калиевые и калиевонатриевые метасоматиты с бериллиевым, ниобиевым, танталовым оруденением, а также магнезиально-скаполитовые м-ния магнетита и флогопита, мусковитовых и керамических пегматитов.

• 3. -Полихронность палеотектонических обстановок. • На рудных полях обычно установлено несколько палеотектонических обстановок. В интенсивно метаморфиз. PCm формациях их не меньше 4. В связи с этим выделяются моногенные и полигенные (полихронные) м-ния. • 4. -Механизмы деформирования • Горизонтальное сдвигание, ротационный, поперечное сжатие, продольное сжатие, поперечное изгибание, пологое надвигание, гравитационное скольжение и взрывной.

• Горизонтальное сдвигание. Эшелонированные системы нарушения S - образной формой кулисных разрывов. В условиях общего сжатия в начальные стадии формирования эшелонов существовала обстановка растяжения и кулисные отрывы - места локализации рудных и дайковых тел и проницаемые зоны для гидротермального потока. • В упругопластичных породах зоны сдвига формируются сложные изогнутые складки и зонки плойчатости, осложненные мелкими сколовыми нарушениями. Важной чертой сдвигов являются складки с крутопадающими шарнирами.

• В упругохрупких породах сначала возникают кулисные системы сколов с последующим превращением их в раздвиги и появлением второй, третьей и др. генераций разрывов. В результате образуются блоки ромбовидной, Sобразной, прямоугольной и треугольной форм. • Механизм ротационного сдвига формирует структуры обширного спектра эндогенных и экзогенных м-ний полезных ископаемых.

• Пологое надвигание. Плоскость надвига приурочена к пласту (или пачке) упругопластичных пористостых пород с высоким поровым давлением. В кровле и подошве надвига - упруговязкие породы. Особую разновидность надвиговых образований составляют пологие оползни, олигостромы и турбидитовые потоки, развитые на вулканогенно -осадочных рудных полях. • К сопутствующим и оперяющим крупные надвиги структурам относятся системы секущих сбросов, чешуйчатых надвигов, складки волочения, встречные надвиги и поддвиги.

Поперечное изгибание происходит под воздействием сил, направленных поперёк удлинениям геологических тел. Подобные деформации происходят при вертикальных перемещениях блоков или при внедрении вязких магм в верхние горизонты земной коры. Возникающие структуры называют складками поперечного изгиба или штамповыми. Установлены жесткий и мягкий типы штампов. Жесткий широко распространен в верхних частях земной коры и представлен блоками пород.

• Мягкий штамп относится к пластичным и жидким образованиям, внедряющимся в твердые геологические среды. Различие между ними заключается в распределении направлений деформирующих усилий. В первом случае они ориентированы вертикально, а во втором веерообразно над куполовидными выступами внедряющихся пластично-жидких масс. • Поперечное сжатие- наибольшие сжимающие внешние силы направлены поперек слоистости. Ориентировка сжимающих усилий может изменяться от вертикальной до горизонтальной. Наибольшие растягивающие и промежуточные напряжения действуют вдоль слоистости.

• Типичные структуры - будинаж, послойный кливаж и поперечные к слоистости системы отрывов. Этот механизм проявился в слоистых толщах, состоящих из переслаивающихся контрастных по физ. -мех. свойствам прослоев пород. В пластичных средах развиваются микроскладки нагнетания и послойный кливаж, а слои и линзы упруговязких пород превращаются в будины. • Продольное сжатие. Для него характерно воздействие внешнего сжимающего усилия вдоль слоистости пород.

• В зависимости от физ. -мех. свойств и реологических характеристик слоистых комплексов, а также интенсивности деформирования различают два вида механизмов: продольное расплющивание и продольное изгибание. • Складки продольного изгибания с полостями отслаивания в шарнирах являются локализаторами эндогенного оруденения. Они контролировали миграцию ряда рудных и нерудных компонентов в породах и способствовали концентрации последних во внешних выпуклых частях складок и их выносу из пород нижних вогнутых частей этих структур.

• • Взрывной механизм объединяет всю гамму деформационных процессов, протекающих в горных породах под воздействием больших напряжений в высокоскоростном режиме. Причиной их могут быть либо газопаровые прорывы, либо гидравлические эффекты в тектонически напряженных участках. Разрушение хрупких пород в первом случае осуществляется путем развития сквозных трещин со звуковой рэлеевской скоростью.

• Гидравлическая тектоника исследует формы, пространственное положение и происхождение структурных элементов, объединяющих пластические и хрупкие деформации, возникающие под действием на горные породы жидкости, газа, магматического расплава или их смесей. Онa оказывает существенное влияние на перераспределение первичного рудного вещества.

• Это выражается в peaлизации благоприятного сочетания тектонофизических и гидродинамических явлений, приведших на ранних стадиях к возникновению трещин гидроразрывов и флюидных камер, а на поздних - к формированию в этих камерах полистадийных рудных тел. • 5. - Рудоносные структурные парагенезисы представляют собой совокупность складчатых и разрывных нарушений различных типов и масштабов, возникших в результате воздействия на породы и руды тектонического режима в течение определенного временного интервала.

• Структурные парагенезисы являются основным источником информации о последовательности и механизмах формирования м-ний. Они разделяются на три категории: механические, исторические и региональные. Кроме того, выделяются парагенезисы: дорудные, синрудные, пострудные, ранних, средних и поздних этапов. • 6. - Региональная палеотектоническая позиция определяется приуроченностью месторождений: 1) к локальным впадинам и депрессиям, 2) к рудно-магматическим и вулканогенно-рудным центрам.

• На пассивных континентальных окраинах, во впадинах краевых вулканических поясов, в интракратонных палеобассейнах в периоды тектонических режимов растяжения синхронно с формиронанием грабен-синклиналей, брахиформных мульд и авлакогенов образовались многочисленные классы и группы м-ний полиметаллических, драгоценных и радиоактивных руд. Наиболее значительные среди них - Мак-Артур-Ривер, Маунт-Айза, Салливан, Миссисипской долины, Наван, Раммельсберг, Жайремское, Каратауское, Малин и др.

• • Региональная позиция рудных объектов определяется также их приуроченностью к рудномагматическим или вулканогенно-рудным центрам. К ним отнесены долгоживущие участки магматической и металлоген. активности. Это звенья рудоносных вулканогенных поясов, сложенных последовательно дифференцир. или контрастными вулканогенными формациями. • Развитие таких центров определяется мозаичноблоковым строением земной коры, обусловленным системой физических неоднородностей на границе коры и мантии. Вулканогенно-рудные центры связаны с периферическими магматич. очагами, на глубинах от 2 до 7 км, которые в свою очередь магматич. колоннами соединяются с первичными магмогенерир. очагами на глубинах 20 -50 км в зоне разуплотнения.

Глобальная геотектоническая обстановка определяет особенности магматизма, осадконакопления и металлогении. Она контролирует положение и рудный потенциал провинций и районов. • В структуре земной коры главными типами геотектонических обстановок: активные и пассивные окраины континентов, зоны Беньофа, срединно-океанические рифты, островные дуги, глубоководные желоба, орогенные области и пояса, области тектоно-магматической активизации, краевые и внутриплатформенные бассейны и линеаменты. •

Геодинамическая систематика рудоносных структур • Две серии геодинамических режимов, формировавших структуры м-ний. Одна связана с вертикальной ориентировкой сжимающих усилий и вторая - со сдвиговыми деформациями. Каждая серия по петрофизическим параметрам, способу приложения тектонических сил и механизмам деформирования разделяется на классы. • Первая серия характеризуется взбросовыми и сбросовыми типами полей напряжений и состоит из классов: блокового, магматического внедрения, гравитационного расслоения, диапирового, рифтогенного и взрывного.

• В региональном плане первая серия геодинамических режимов проявляется в областях латерального растяжения, а вторая сжатия. Однако, в локальном плане для каждого геодинамического класса характерна частая смена интенсивностей и ориентировок осей главных нормальных напряжений и возникновение на отдельных стадиях и в участках геологических структур обстановок не только относительного, но и абсолютного растяжения. Именно эти участки наиболее благоприятны для рудообразования.

• Блоковый штамповый класс наиболее распространен в природе. С ним связаны брахиформные структуры и сопряженные с ними трещинных системы. Пример. Лениногорское рудное поле, сложенное пологими вулканог. осадочными породами D 2. В его пределах выделена серия брахиформных структур. • Здесь в тесной ассоциации с вулканическими процессами происходили клавишные перемещения блоков фундамента и формировались в куполах рудные колонны, которые обычно состоят из верхней части, где располагаются сплошные и вкрапленные стратифицир. залежи, и нижней- рои жил.

Класс магматического внедрения в отличие от блокового связан с воздействием мягкого штампа. С ним связаны кольцевые структуры с полистадий. м-ниями гранитоидных плутонов, монцонитовых штоков, вулканокуполов и субвулканов. При формировании структур м-ний штокверкового типа здесь проявляются оба класса режимов: сначала действуют механизмы магматического внедрения (мягкий штамп), а затем, в продуктивный рудный этап – вертикальных перемещений (жесткий штамп).

• Близкая модель структуры установлена для жильно-штокверковой Mo-W минерализации, в одним из выступов Караобинского гранитного массива. Возникло высокоградиентное поле напряжений; область сжатия заняла всю верхнюю часть кровли, а растяжение было локализовано в нижней части по периферии купола. Рудовмещающие сколовые трещины образовались под воздействием максимальных напряжений. Отмечается четкая корреляция между величиной мin и количеством прожилковой массы.

• Класс гравитационного расслоения - ведущий для м-ний, в расслоенных основных и ультраосновных интрузий. • Диапировый режим исследован слабо. Любые явления диапиризма активизируют гидротермаль. систему, формируют рудоносные трещинные и складчатые структуры. Наиболее исследованы системы соляных диапиров. • С ними пространст. и генетически связаны Pb-Zn м-ния Ю. Европы и С. Африки. Они локализованы в структурах, обрамляющих диапиры триасовых эвапоритов в меловые и юрские терригеннокарбонатные отложения (рис. 15. 7).

• Диапиризм развивается по механизму поперечного изгибания. Специфика в том, что на заключительной стадии происходит прорыв малоплотного и пластичного материала в верхние горизонты з. коры. Синхронно с деформациями функционирует гидротерм. система. Ее продуктами являются: • 1) жильные м-ния в трещинных структурах, обрамляющих диапиры ; 2) гидротермальные карсты в эвапоритовых выступах; 3) стратифициров. залежи, образованные флюидами, изливавшимися на морское дно; 4) стратиформ руды в пластах, примыкающих к бортам диапиров.

Рифтогенный класс • связан с расколами з. коры. Важны рифтовые системы областей тектоно-магматической активизации, срединно-океанических хребтов и краевых вулканических поясов. • Структуры формировались при сохранявшихся в течение основных этапов горизонтальных растягивающих усилий. В ранние стадии поля напряжений в локальных участках рифтов имели крутые ориентировки осей минимальных нормальных напряжений и радиальныммаксимальных

• В поздние стадии действовали сдвиговые поля напряжений. При этом формировались надвиги, взбросо-сдвиги, простые сдвиги и системы регионального кливажа и трещиноватости. • В истории рифтов выделяются два типа режимов - сжатия и растяжения. С первым ассоциируют приповерхностные и донноморские гидротермально-осадочные м-ния цветных и благородных металлов, а со вторым – магматич. м-ния хромитов, титаномагнетитов и платиноидов и скарновые - железа и меди.

Взрывной класс • Взрывные явления влияют на образование автомагматических, эксплозивных и гидротерм. брекчиевых тел. Термодинам. обстановка, способств. развитию взрывных деформаций, возникает при режимах обеих серий. Однако геодинамические условия первой серии в большей степени способствуют возникновению всей гаммы взрывных структур, а палеотектон. режимы второй серии чаще приводят к формированию только приповерхностных гидравлических образований.

• Вторая серия режимов связана с горизонтальными тектоническими силами. Характерны деформации сдвигового типа в областях латерального сжатия. Эта серия включает шесть основных классов: сдвиговых разломов, кливажный, будинажный, ротационный, надвиговый и вязкого течения Класс сдвиговых разломов • Важен для локализации гидротермальных, скарновых и пегматитовых м-ний. Возникает в обстановке воздействия на породы горизонтальных как сжимающих, так и растягивающих сил. М-ния автономны и удаленны от материнских интрузивов и субвулканов. Тесная пространственно-временная ассоциация с дайковыми сериями, завершающими становление магматических комплексов.

Три типа рудных полей- линейный, изометричный и неравномерно рассредоточенный. • 1. Первый - узкие зоны прожилково-вкрапленной и штокверковой минерализации в зонах крупных разломов. Ag-Au м-ния Гуанахуата в Мексике. • 2. Изометричные участки (блоки) с жильными роями Марджанское полиметал. м-ния в Армении. • 3. Неравномерно рассредоточенному жильный в сколовых нарушениях. Полиметаллические м-ния Садонского рудного р-на на С. Кавказе. Рудовмещ. трещиноватость возрастает с увеличением упругости, прочности, твердости и уменьшению пористости и анизотропии вмещающих пород.

• Особенности: длительность и полистадийность развития, образование кулисных зон, ромбоидальных блоковых структур и оперяющих крупные разломы трещинных систем. Кливажный класс • Предшествует появлению шовной зоны или развивается на флангах и окончаниях сдвиговых разломов. К кливажному типу относятся зоны рассланцевания и трещиноватости, контролир. гидротермальные системы, образующие линейные штокверки. С ним связаны жильно-дайковые рои мний цветных, благородных и редких элементов. Особый подкласс составляют сопряженные системы сколовых нарушений в массивах хрупких пород.

Будинажный класс (механизм поперечного сжатия). Возникает в мобильных зонах глубинных разломов с высокими фациями регионального метаморфизма. В их пределах происходит расчленение на отдельные фрагменты жестких и вязких пластов, линз и другой формы тел, залегающих среди упругопластичных пород. Железорудные м -ния в докембрии Украинского щита, а также пегматитовые тела в метаморфизованных толщах. • Ротационный, или вихревой класс Образуется при горизонтальных или вертикальных сдвиговых перемещениях крупных массивов горных пород. В зонах сдвигов небольшие жесткие блоки обычно изометричной формы под действием пары сил испытывают вращение. Подобные структуры возникают и при формировании полифазных интрузивов, когда более поздние порции магматического расплава в обстановке сдвигового поля напряжений испытывают вращательно-поступательное движение, которое фиксируется в затвердевшем теле прототектоническими вихревыми трещинными системами.

Рудное поле Шакси

Надвиговый класс • Образуются надвиги и пологие взбросо-сдвиги. Поля напряжений, существовавшие при их формировании, контролировали флюидные потоки и рудообразование. Надвиговые структуры выполняли роль экрана для минерализованных растворов. Зоны пластического вязкого течения • Особая категория структурных парагенезисов развивается в зонах пластического вязкого течения. Такой тип формируется в эпизоне и катазоне. • В первом случае это синседиментационные гидропластические и гравитационные складки, во втором - исключительно сложные комплексы разномасштабных складок, возникших при неоднократных деформационных процессах в обстановке высоких температур и давлений.