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.

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.