Эндогенные геохимические горизонты стратисферы



Coглacʜo концепции Я. Э. Юдовича [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 коррелируется со встречным по направлению воздыманием поверхности Мохоровичича (Мохо, М), например в Вилюйском 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 минeрa-лoгии РАН, г. Черноголовка

ЭНДОГЕННЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ГОРИЗОНТЫ СТРАТИСФЕРЫ

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 воз-дыманием 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 воздымани-ем 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 при-вносом меди и халькофильных и оксифильных металлов.

Богатые железом горизонты страти-формных 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, сульфуризация которых приводит к образованию моносульфидных расплавов, например по реакции, выраженной в нормативных минeрaлaх: MgFeSiO4 + + H2S = MgSiO3 + FeS + H2O, и coпрo-вождается привнocoм никеля и платиновых металлов благодаря их высокому химическому сродству к магнию.

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

Puc. 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: 0.5Fe2SiO4 + + 2H2S + 0.25CO2 = FeS2 + 0.5SiO2 + + 1.5H2O + 0.25CH4. При этом принципиально изменяется и металлогеничес-кая специализация сульфуризации. Происходит образование медных (халькопиритовых) кварцево-сульфидных 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-ферробазальто-вых вариолитах (в скобках состав вари-олей, мас. %): SiO2 = 39.80 (78.49), TiO2= 4.24 (0.21), А12O3= 2.46 (12.74), FeO = 37.65 (2.78), MnO = 0.33, MgO = = 0.56, СаО = 11.28 (1.50), Na2O = 0.10 (3.21), К2О = 0.33 (0.96), Р2O5 = 3.35 (0.11). Железистые дифференциаты в подобных очагах подвергаются сульфуризации, генерирующей кварцево-суль-фидные (колчеданные), по реакции

Fe2SiO4 + 4H2S = 2FeS2 + SiO2 + + 2(H2O + H2), а также баритово-суль-фидные (полиметаллические) расплавы с флюидным привносом меди и халькофильных металлов.

Ощелачивание расплавов ведет к развитию окислительных процессов, в которых сульфиды могут частично или полностью вытесняться магнетитом (3Fe2SiO4+ 2H2O = 2Fe3O4+ 3SiO2+ 2H2) или гематитом (Fe2SiO4 + 0.5H2O + + 0.25CO2 = Fe2O3 + SiO2 + 0.25CH4). 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 Мn в оливине, например по разрезу снизу вверх в интрузиве Kiglapait 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 дифференци-аты проявляют неустойчивость по отношению к трансмагматическим флюидам даже при отсутствии в них серы и окисляются с образованием титаномагнетитовых или кварц-магнетитовых расплавов, дающих начало железистым и марганцовистым кварцитам, что в символах нормативных минералов выражается реакцией 3Fe₂SiO₄ + 2H₂O = = 2Fe₃O₄ + 3SiO₂ + 2H₂. Известны их ассоциации с кварцево-сульфидными и баритово-сульфидными, медно-цинко-выми и свинцово-цинковыми рудами, образующими протяженные горизонты и месторождения, например атасуй-ского типа [7, с. 224]. Флюидная сульфуризация железистых дифференциатов генерирует сульфидные расплавы, в которые, в отличие от магнетитовых марганцовистых расплавов, марганец практически не входит, а выносится флюидами (по реакции Fe_l9Mn₀₁SiO₄ + + 3.8H₂S = l.9FeS₂ + SiO^.₂+ Mn^.(OH)₂ + + 1.9(H₂O+H₂) 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-цин-ковыми 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

Puc. 2. Схема размещения полей железомарганцевых конкреций (1), металлоносных сульфидосодержащих осадков (2) и сульфидных месторождений (3). 1.80, 1.60, 0.98 и 0.90 — средние значения отношения Mn/Fe в железомарганцевых конкрециях (по [7, 8])

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 дисульфидной 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- 4

щены (на 1—2 порядка) относительно кларка для верхней коры Ti, V, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Se, Y, Mo, Ag, Cd, Cs, REE, Re, Sc. Указанный набор геохимических показателей является типоморфным 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.