Введение
Вулканогенные массивные месторождения сульфидных руд, также известные как месторождения VMS, являются типом месторождений сульфидных руд, преимущественно медно-цинковых, которые связаны с вулканически-ассоциированными гидротермальными процессами в подводных средах и образуются в результате этих процессов. Эти месторождения также иногда называют вулканически-хозяинными массивными сульфидными (VHMS) месторождениями. Их плотность обычно составляет 4500 кг/м³. Они представляют собой преимущественно слоистые скопления сульфидных минералов, которые осаждаются из гидротермальных флюидов на или под морским дном в широком диапазоне древних и современных геологических обстановок. В современных океанах они синонимичны серосодержащим шлейфам, называемым "черными курильщиками". Они встречаются в средах, где преобладают вулканические или вулканогенные (например, вулканогенно-осадочные) породы, и формирование месторождений происходит одновременно с формированием этих вулканических пород. Как класс, они являются значительным источником мировых руд меди, цинка, свинца, золота и серебра, а также кобальта, олова, бария, серы, селена, марганца, кадмия, индия, висмута, теллура, галлия и германия в качестве сопутствующих или побочных продуктов. Вулканогенные массивные сульфидные месторождения формируются и сегодня на морском дне вокруг подводных вулканов вдоль многих срединно-океанических хребтов, а также в междуговых бассейнах и передних рифтовых зонах. Компании, занимающиеся разведкой полезных ископаемых, ведут поиск массивных сульфидных месторождений на морском дне; однако большая часть разведочных работ сосредоточена на поиске наземных эквивалентов этих месторождений. Тесная связь с вулканическими породами и центрами извержения отличает месторождения VMS от аналогичных типов рудных месторождений, которые имеют схожие процессы источника, переноса и аккумуляции. Вулканогенные массивные сульфидные месторождения уникальны тем, что рудные отложения формируются в тесной временной связи с подводным вулканизмом и образуются в результате гидротермальной циркуляции и выделения сульфидов, независимых от осадочных процессов, что отличает месторождения VMS от осадочно-экзгаляционных (SEDEX) месторождений. Существует подкласс месторождений VMS – вулканически- и осадочно-хозяинные массивные сульфидные (VSHMS) месторождения, которые сочетают в себе характеристики, являющиеся гибридными между VMS и SEDEX месторождениями. Примечательными примерами этого класса являются месторождения Батерстского горнодобывающего района, провинция Нью-Брансуик, Канада (например, Brunswick #12); месторождения Пиритического пояса Иберии, Португалия и Испания, и месторождение Вольверин, Юкон, Канада.
Volcanogenic massive sulfide ore deposits, also known as VMS ore deposits, are a type of metal sulfide ore deposit, mainly copper zinc which are associated with and produced by volcanic associated hydrothermal events in submarine environments. These deposits are also sometimes called volcanic hosted massive sulfide (VHMS) deposits. The density generally is 4500 kg/m3. They are predominantly stratiform accumulations of sulfide minerals that precipitate from hydrothermal fluids on or below the seafloor in a wide range of ancient and modern geological settings. In modern oceans they are synonymous with sulfurous plumes called black smokers. They occur within environments dominated by volcanic or volcanic derived (e. g., volcano sedimentary) rocks, and the deposits are coeval and coincident with the formation of said volcanic rocks. As a class, they represent a significant source of the world's copper, zinc, lead, gold and silver ores, with cobalt, tin, barium, sulfur, selenium, manganese, cadmium, indium, bismuth, tellurium, gallium and germanium as co or by products. Volcanogenic massive sulfide deposits are forming today on the seafloor around undersea volcanoes along many mid ocean ridges, and within back arc basins and forearc rifts. Mineral exploration companies are exploring for seafloor massive sulfide deposits; however, most exploration is concentrated in the search for land based equivalents of these deposits. The close association with volcanic rocks and eruptive centers sets VMS deposits apart from similar ore deposit types which share similar source, transport and trap processes. Volcanogenic massive sulfide deposits are distinctive in that ore deposits are formed in close temporal association with submarine volcanism and are formed by hydrothermal circulation and exhalation of sulfides which are independent of sedimentary processes, which sets VMS deposits apart from sedimentary exhalative (SEDEX) deposits. There is a subclass of VMS deposits, the volcanic and sediment hosted massive sulfide (VSHMS) deposits, that do share characteristics that are hybrid between the VMS and SEDEX deposits. Notable examples of this class include the deposits of the Bathurst Mining Camp, New Brunswick, Canada (e. g., Brunswick #12); the deposits of the Iberian Pyrite Belt, Portugal and Spain, and the Wolverine deposit, Yukon, Canada.
Генетическая модель
Источником металла и серы в месторождениях VMS является сочетание несовместимых элементов, которые выщелачиваются из вулканического массива в зоне гидротермального изменения под морским дном посредством гидротермальной циркуляции. Гидротермальная циркуляция обычно обусловлена теплом в земной коре, часто связанным с глубоко залегающими интрузиями габбро. Транспортировка металлов происходит за счет конвекции гидротермальных флюидов, тепло для которой обеспечивает магматическая камера, расположенная под вулканическим сооружением. Холодная океаническая вода поступает в гидротермальную зону, нагревается вулканическими породами, а затем выбрасывается в океан, что обогащает гидротермальный флюид ионами серы и металлов. Рудные вещества осаждаются в фумарольных полях или полях черных курильщиков при их извержении в океан, охлаждении и осаждении сульфидных минералов в виде стратиформных сульфидных руд. Некоторые месторождения демонстрируют признаки образования путем осаждения сульфидов в результате замещения измененных вулканогенно-осадочных пород, а также могут формироваться в результате внедрения богатых серой рассолов в рыхлые осадочные отложения.
Геология
Типичное местоположение отложений VMS приходится на верхнюю часть фельсической вулканической последовательности, внутри последовательности вулканокластических туфообразных эпикластитов, чертов, осадочных пород или, возможно, тонких туфов, которые обычно связаны с нижележащими вулканическими породами. Висячая кровля месторождения в целом связана с более мафической последовательностью вулканических пород, либо андезитом (например, Уим Крик и Монс Купри в Западной Австралии или Милленбах в Канаде), либо базальтом (Хеллэр, Тасмания), либо вообще отсутствует, либо представлена только осадочными породами (Пещера Кенгуру, Западная Австралия). Отложения VMS пространственно и временно связаны с фельсическими вулканическими породами, обычно присутствующими в стратиграфии ниже месторождения и часто непосредственно под ним. Осадочные породы обычно соприкасаются с отложениями VMS в той или иной форме и обычно представлены (манганосодержащими) чертами и химическими осадками, отложенными в подводной среде. Висячая кровля месторождения может быть представлена вулканическими слоями, по существу соприкасающимися и синхронными с породами лежачей кровли, что указывает на то, что минерализация развивалась в перерыве между извержениями; она может быть вулканической породой, отличной от вулканических пород лежачей кровли в бимодальных вулканических подтипах, или же это могут быть осадочные слои, если минерализация происходила к концу извергательного цикла. Гибридные отложения VMS-SEDEX, связанные с силицикластическими ассоциациями (см. ниже), могут формироваться в межпотоковых отложениях или в слоях осадочных пород, которые прерывисто встречаются в более крупном и в целом сплошном вулканическом пакете. В целом, эти геологические особенности интерпретируются как свидетельство связи отложений VMS с гидротермальными системами, развивающимися над или вокруг подводных вулканических центров.
Морфология
Отложения VMS демонстрируют большое разнообразие морфологий, при этом наиболее распространены отложения в форме кургана и чаши. Чашевидные образования формируются в результате выхода гидротермальных растворов в подводные депрессии и во многих случаях могут быть спутаны с осадочно-экзалативными отложениями. Отложения в форме кургана формируются аналогично современным массивным сульфидным месторождениям – посредством создания гидротермального кургана, образованного последовательно возникающими черными курильщиками. Отложения, образовавшиеся в обстановках, где преобладают осадочные породы или высокопроницаемые вулканические породы, могут иметь табличную морфологию, повторяющую геометрию окружающих пород. Идеальное строение VMS-месторождения представляет собой конусообразную область сильно измененных вулканических или вулканогенно-осадочных пород в зоне питания, называемую жильным сульфидным или штокверковым комплексом, перекрытую куполом массивных экзалативов и обрамленную стратиформными экзалативными сульфидами, известными как "фартук". Штокверковая зона обычно состоит из сульфидов, заключенных в жилах (преимущественно халькопирита, пирита и пирротина) с кварцем, хлоритом и меньшим количеством карбонатов и барита. Зона кургана состоит из ламинированного массивного до брекчиевидного пирита, сфалерита (+/- галенита), гематита и барита. Толщина кургана может достигать нескольких десятков метров, а диаметр – нескольких сотен метров. Зона "фартука" обычно более окислена, содержит стратиформные, ламинированные сульфидные осадки, сходные с рудами SEDEX, и обычно обогащена марганцем, барием и гематитом, с обычными чертами, яшмой и химическими осадками.
Металлическая зонация
Большинство месторождений VMS демонстрируют металлическое зонирование, обусловленное изменением физико-химических условий циркулирующей гидротермальной жидкости. В идеальном случае это формирует ядро массивного пирита и халькопирита вокруг устья системы гидротермальных жил, с ореолом, состоящим из халькопирита, сфалерита и пирита, переходящим в дистальные зоны сфалерита, галенита и галенита-марганца, и, наконец, в фацию черта-марганца-гематита. Большинство месторождений VMS демонстрируют вертикальное зонирование золота, при этом более холодные верхние части обычно обогащены золотом и серебром. Минералогия VMS состоит более чем на 90% из сульфидов железа, главным образом в форме пирита, с халькопиритом, сфалеритом и галенитом в качестве основных компонентов. Магнетит присутствует в незначительных количествах; с увеличением содержания магнетита руды переходят в массивные оксидные месторождения. Пустая порода (неэкономичный пустой материал) состоит в основном из кварца и пирита или пирротина. Благодаря высокой плотности месторождений некоторые из них имеют выраженные гравитационные аномалии (Невеш-Корву, Португалия), что полезно при геологоразведочных работах.
Классификация
Осадочные формации этого класса классифицировались различными исследователями по разным признакам (например, источники металлов, типовые примеры, геодинамическая обстановка – см. Franklin et al. (1981) и Lydon (1984)). Магматические ассоциации массивных сульфидных месторождений (VMS) связаны с различными тектоническими условиями и геологической обстановкой в процессе их формирования. Следующие пять подклассов характеризуются специфическими петрохимическими ассоциациями, отражающими определенную геодинамическую обстановку в момент образования.
Мафиози
Месторождения VMS, связанные с геологическими обстановками, сложенными преимущественно мафическими породами, как правило, офиолитовыми комплексами. Офиолиты Кипра и Омана содержат примеры, а офиолито-хостинговые месторождения в Ньюфаундлендских Аппалачах представляют собой классические районы этого подкласса.
Бимодал-мафик
Месторождения VMS, связанные с обстановками, где преобладают мафические вулканические породы, но содержание фельсических вулканических пород может достигать 25%, причем последние часто являются вмещающими породами для этих месторождений. Классическими районами этого типа являются Норанда, Флин Флон – Сноу Лейк и Кидд Крик.
Мафико-силицикластические
Месторождения VMS связаны с примерно равными пропорциями мафических вулканических и силицикластических пород; фелсические породы могут составлять незначительную часть, а мафические (и ультрамафические) интрузивные породы часто встречаются. В метаморфических областях они могут быть известны как связанные с мафитом или пелитовые VMS-формации. Месторождения Бесси в Японии и Винди-Крагги в Британской Колумбии являются классическими районами этого типа.
Фельсико-силицикластический
Отложения VMS ассоциируются с обстановками, где преобладают силицикластические осадочные породы, содержащие большое количество фелсических пород и менее 10% мафического материала. Эти обстановки часто характеризуются высоким содержанием сланцев и представлены фелсическими или бимодальными силицикластическими породами. Классическими районами этого типа являются Батерстский горнодобывающий район в провинции Нью-Брансуик, Канада; Иберийский пиритный пояс в Испании и Португалии; и район озера Финлейсон на территории Юкона, Канада.
Бимодаль-фельсик
Отложения VMS, связанные с бимодальными последовательностями, в которых фелсические породы преобладают над мафическими, при незначительном количестве осадочных пород. Классическими районами этой группы являются месторождения Куроко (Япония), Буканс (Канада) и Скельфте (Швеция).
Распространение
В геологическом прошлом большинство месторождений VMS формировалось в рифтовых зонах, связанных с вулканическими породами. В частности, они формировались на протяжении всей геологической истории в связи с центрами расхождения срединно-океанических хребтов, центрами расхождения в задней дуге и центрами расхождения в передней дуге. Общей чертой для всех сред формирования месторождений VMS во времени является их связь с процессами расхождения (т.е. экстенсиональным геодинамическим режимом). Месторождения обычно ассоциируются с бимодальными последовательностями (последовательности с примерно равным соотношением мафических и фелсических пород, например, Норанда или Куроко), фелсическими и осадочно-обогащенными средами (например, Батхерст), мафическими и осадочно-обогащенными средами (например, Бесси или Винди-Крагги) или средами, где преобладают мафические породы (например, Кипр и другие месторождения, связанные с офиолитами). Большинство месторождений в мире небольшие: около 80% известных месторождений находятся в диапазоне 0,1–10 млн тонн. Примеры месторождений VMS: Кидд Крик, Онтарио, Канада; Флин Флон в зеленокаменном поясе Флин Флон, Манитоба, Канада (рудники 777 и Trout Lake); Брансуик №12, Нью-Брансуик, Канада; Рио-Тинто, Испания; рудник Гринс Крик, Аляска, США.