Специфика регионального и локального прогнозирования крупных и уникальных месторождений
Показано, что специфика прогнозирования месторождений литофильных редких металлов обусловливается: их своеобразным структурным положением; многостадийностью формирования, отраженной в их зональности; видовым составом и содержанием акцессорных минералов; наличием в связи с ними определенных по величине и форме магнитных, гравитационных, радиоаномалий и геохимических ореолов, а также другими особенностями.
Как известно, к крупным и уникальным относятся месторождения полезных ископаемых с весьма большими запасами сырья, пригодные для рентабельного освоения по технологическим свойствам руд и условиям их залегания. В мире насчитывается несколько десятков крупных и уникальных эндогенных месторождений литофильных редких металлов. В России к ним относятся ниобиевые Белозиминское, Болыпетагнинское, Томторское, Ловозерское, танталниобиевые Улуг-Танзекское, Катугинское, Зашихинское, литиевые Колмозерское, Тастытское, Гольцовое, бериллиевые -Боевское, Преображеновское, Пограничное и др.. Богатые руды некоторых из них (Томторского, Белозиминского) заключены в корах выветривания.
Как показывает опыт изучения этих месторождений, их формирование и пространственное размещение характеризуются специфическими особенностями, не свойственными месторождениям среднего и мелкого масштабов и предопределяющими их поисковые критерии и прогностические признаки. Эти особенности обусловливаются прежде всего геолого-генетическим типом месторождений, но проявляются в них иначе, чем в мелких и средних месторождениях того же типа.
Крупные и уникальные месторождения литофильных редких мс-галлов представлены ограниченным числом геолого-генетических типов: 1) ниобиевый с редкими землями, цирконием и некоторыми другими попутными элементами в карбонатитах массивов ультраосновных щелочных пород; 2) ниобиевый с редкими землями, цирконием и другими компонентами в массивах нефелиновых сиенитов; 3) танталниобиевый с редкими землями, иттрием и цирконием в приразломных щелочных метаморфогенных метасоматитах; 4) танталниобиевый с редкими землями, иттрием, цирконием и не всегда с бериллием в массивах щелочных гранитов; 5) литиевый и цезиевый в гранитных пегматитах; 6) бериллиевый в скарновых, грейзеновых и гидротермальных образованиях в связи с массивами субщелочных так называемых литий-фтористых гранитов.
Главные региональные факторы прогнозирования месторождений данных типов структурно-тектонические. Они были установлены многими исследователями и автором уже сравнительно давно. Их сущность кратко сформулирована в работе: "Использование (в поисковых целях) систем разломов планетарной трещиноватости... показало бесспорную приуроченность к ним резко преобладающего большинства эндогенных месторождений редких металлов, свинцово-цинковых, урановых, флюоритовых, что подтверждает их коромантийное происхождение и позволяет делать существенные выводы прогностического характера". Названные линеаментами зоны планетарной трещиноватости на поверхности Земли образуют ортогональную и диагональную сеть и имеют сквозьструктурный характер. Составляющие их разломы глубинного, мантийного, заложения докембрийские, периодически активизировавшиеся на протяжения всей геологической истории, а приуроченные к ним месторождения возникали при их активизации и инициированном ею крупномасштабном рифтинге, размещаясь в пределах грабенов рифтовых систем (месторождения 1-3, 5 типов), в бортах и перемычках между грабенами (месторождения 4, 6 типов). В изученных случаях линеаменты располагаются над гребнями поверхности Мохо и совмещаются с линейными гравитационными аномалиями в 10-30 мГал. Предполагается, что приуроченные к ним рудные месторождения образовались под воздействием потоков мантийных восстановительных флюидов, транспортирующих металлы, причем допускается возможность смешения флюидов с коревыми магмами, постмагматическими растворами, богатыми кислородом подземными водами.
Доказана приуроченность крупных и уникальных эндогенных редкометальных месторождений к узлам пересечения и сопряжения линеаментов и местам пересечения с ними вписывающихся в линеаменты различных рифтогенных структур (зелено-каменных поясов, протоавлакогенов и ав-лакогенов, грабенов и горстов палеорифтовых систем), располагающихся в пределах щитов платформ, срединных массивов (микроконтинентов) и участков ранней консолидации складчатых поясов.
Так, среди многочисленных карбонатитовых месторождений и рудопроявлений в массивах ультрабазитов и щелочных пород, приуроченных к грабенам вписывающейся в меридиональный линеамент Восточно-Африканской рифтовой системы, массивы, вмещающие крупные месторождения, располагаются в пересечениях этой системы с поперечными к ней субширотными линеаментами.
Ловозерский массив нефелиновых сиенитов с уникальными редкометальными месторождениями находится на пересечении Ковдор-Хибино-Ивановской ветви Хибино-Зимнебережной палеозойской рифтовой системы, относящейся к северо-восточному линеаменту, с Имандра-Варзугским грабеном раннепротерозойской Кольской рифтовой системы, которая вписывается в Кольско-Вятско-Мезенский северо-западный линеамент.
Крупное литиевое пегматитовое Колмозерское месторождение размещается на пересечении мощной северо-западной зоны разрывов, ограничивающей с севера Кольскую систему, с поперечным к ней разрывом, вдоль которого в фанерозое заложилась Ковдор-Хибино-Ивановская ветвь палеозойской рифтовой системы. В северозападной зоне разрывов локализованы и другие редкометальные месторождения, однако они не относятся к крупным.
Уникальное тантал-ниобиевое Катугинское месторождение в щелочных метаморфогенных метасоматитах и недавно освоенное месторождение Брокмен того же генетического типа в Австралии приурочены к узлам пересечения раннепротерозойских трогов прототипов фанерозойских грабенов-рифтов с поперечными линеаментами.
Крупное позднепалеозойское тантал-ниобиевое Зашихинское месторождение располагается в борту сформированного в зоне Главного Саянского разлома Агуло-Тагульского грабена палеозойской рифтовой системы, вписывающейся в северо-западный Саянский линеамент, и находится на пересечении грабена с широким (99101ш в.д.) субмеридиональным Таймыро-Малазийским линеаментом.
К пересечению Таймыро-Малазийского линеамента с наложенным на край Сибирской платформы также вписывающимся в Саянский линеамент раннепротерозойским Урикско-Ийским трогом приурочено крупное раннепротерозойское литиевое пегматитовое Гольцовое месторождение, а к оперяющим формирующих трог разломам крупные позднедокембрийские ниобиевые Большетагнинское и Белозиминское месторождения.
К региональным прогностическим признакам, общим для всех рассматриваемых месторождений, можно отнести возникновение их в периоды крупных планетарных циклов эндогенного рудообразования: позднеархейский, раннепротерозойский, рифейско-раннепалеоэойский, позднепалеозойско-мезозойский и мезокайнозойский. При этом наиболее масштабные месторождения 3 и 5 типов, как подмечено многими исследователями, формировались в основном в докембрии, 1 типа в рифее и раннем палеозое, 2, 4 и 6 типов в позднем палеозое и мезозое в течение относительно длительных периодов времени, измеряемых первыми сотнями (в докембрии) и десятками (в фанерозое) миллионами лет, что обусловило многостадийность процессов рудообразования.
Крупным и уникальным редкометальным месторождениям различных геологогенетических типов свойственны специфические локальные прогностические признаки. Они сходны с признаками, свойственными мелким и средним по запасам объектам того же типа, но характер проявления этих признаков у крупных и уникальных месторождений иной, а интенсивность и площадь их проявления несоизмеримо больше.
Локальные структурно-тектонические прогностические признаки месторождений 1, 2, 4 и 6 типов базируются на приуроченности их к локальным (десятки, реже до первых сотен квадратных километров) кольцевым структурам внутри рифтовых систем. Породы кольцевых структур служат материнскими для месторождений редких металлов. При этом месторождения 1, 2 и 4 типов чаще локализуются внутри кольцевых структур, а месторождения 6 типа как внутри, так и по периферии.
Отличительными особенностями месторождений этих типов являются более или менее равномерный вкрапленный и главным образом тонковкрапленный характер оруденения и то обстоятельство, что руды их нередко занимают сравнительно большой объем в массивах и телах материнских пород. Поэтому чем крупнее последние, тем масштабнее включенные в них месторождения. Отсюда следует локальный прогностический признак крупных и уникальных месторождений: большие до очень крупных размеры массивов и тел материнских пород и соответственно значительные размеры вмещающих массивы кольцевых структур, Уникальные месторождения находятся в весьма крупных массивах, достигающих на современном эрозионном срезе первых сотен квадратных километров (Араша, Ловозеро и др.). Кольцевые структуры, как правило, хорошо дешифрируются на аэрофотоснимках.
Массивы материнских пород месторождений 1, 2, 4 и 6 типов (и соответствующие им кольцевые структуры) чаще приурочены к крутопадающим разрывам. Тела метаморфогенных щелочных метасоматитов, вмещающие месторождения 3 типа, локализуются в пологих разрывах, а месторождения 5 типа пегматитовые, также контролирующиеся разрывами, располагаются в верхних (цезиевые месторождения) и средних (литиевые) горизонтах вертикальных разрезов пегматитовых полей.
Локальные геофизические факторы особенно информативны для месторождений 1-4 типов. Так, месторождениям 1 типа и материнским для них массивам свойственны локальные интенсивные (на несколько порядков превышающие фоновые) положительные магнитные аномалии, образующие поля изометричной (при вертикальном залегании массивов) или овальной и линейной (при наклонном их залегании) формы, в общем случае коррелирующиеся с площадью массивов. Внутри поля высокой интенсивности обычно резко расчленены, что выражается в наличии относительных максимумов и минимумов. Кроме того, здесь отмечаются интенсивные локальные наземные и аэрогаммааномалии смешанной (урано-ториевой) или ториевой природы, обусловленные радиоактивными минералами в карбонатитах. Всем массивам ультраосновных щелочных пород с карбонатитами соответствуют положительные гравитационные аномалии, в общем совмещающиеся с аномалиями магнитного поля. Магнитные и гравитационные аномалии в отличие от аэрогаммааномалий не гасятся или почти не гасятся в случае, когда массив перекрыт осадочными породами, иногда значительной мощности (до 200 м и более).
Все эти аномалии резко выражены у крупных и уникальных и сравнительно незначительны у мелких и средних месторождений. Так, ДТ над ийолитами колеблется в среднем от 350-1500 у мелких и средних и до 5000 у крупных месторождений. Интенсивность радиоаномалий над крупными карбонатитовыми месторождениями составляет 300-700 мкР/час над кальцитовыми и 900 мкР/час над анкеритовыми карбонатитами.
Для месторождений 2-4 типов характерны слабо положительные (2 тип) или отрицательные (3, 4 типы) гравитационные аномалии и U-Th радиоаномалии. Радиоаномалии отличаются от аномалий, свойственных мелким месторождениям, большей интенсивностью, а от аномалий, связанных с урановыми месторождениями, большими значениями Th/U (>3) и (Thp+Up)/Kp (>1). Сочетание таких радиоаномалий с площадными отрицательными гравитационными положительный прогностический признак для обнаружения крупных и уникальных месторождений 3 и 4 типов.
Месторождения 5 типа в геофизических полях отчетливо не проявлены. Но к их прогностическим признакам можно отнести локальные положительные магнитные аномалии над амфиболитами, в которых, как правило, залегают самые богатые и крупные месторождения этого типа. Над месторождениями иногда наблюдаются слабые (0, 1-0, 15 мГал) положительные гравитационные аномалии.
Гранитоидам, материнским для месторождений 6 типа, свойственны отрицательные, а скарнам и грейзенам слабые (в среднем 2, 8 мГал) положительные гравитационные аномалии, причем над гранитами поле ровное, а над грейзенами и скарнами сильно дифференцированное.
Главные локальные литолого-петрографические прогностические признаки месторождений 1-4 типов высокая щелочность руд и пород (коэффициент агпаитности 1-1, 2) и принадлежность к натриевой серии магматических и метасоматических образований, о чем, в частности, свидетельствует присутствие в породах и рудах натрийсодержащих минералов (альбита, эгирина, натриевых шелочных амфиболов). В связи со щелочными породами калиевой серии, в частности с породами основного состава, с калиевыми нефелиновыми и щелочными сиенитами месторождения литофильных редких металлов неизвестны. К важным литолого-петрографическим прогностическим признакам относятся также высокая железистость руд и материнских для руд пород, с чем связано присутствие в них богатых железом темноцветных минералов, и вертикальная (в месторождениях 1, 2, 4 типов) и латеральная (в месторождениях 3 типа) петрографическая зональность, обусловленная стадийностью формирования руд. В мелких и средних месторождениях этих типов в отличие от крупных коэффициент агпаитности 0, 9-1, натрийсодержащие минералы распространены спорадически, ниже содержание железа в темноцветных минералах, зональность проявлена слабо или отсутствует.
Для руд месторождений 1-4 типов характерен относительно высокий кислородный потенциал, что отражается прежде всего на видовом составе главных рудных минералов тантало-ниобатов, представленных главным образом оксидами пирохлором, колумбитом, фергусонитом и др. Руды относительно богаты фтором, с чем связано присутствие в них различных фторидов (гагаринита, флюорита, криолита и др.) и примеси этого элемента в темноцветных минералах. В рудах крупных месторождений содержание фтора выше, чем в мелких и средних (в среднем первые проценты, иногда и более), а видовой состав тантало-ниобатов и фторидов гораздо разнообразнее.
В прогностическом отношении важны также петрофизические свойства вмещающих месторождения, особенно 4 и 6 типов, пород, в частности их плотность, пористость и трещиноватость. Для первых благоприятны над массивами щелочных гранитов плотные хорошо экранирующие породы, химически отличные от гранитов (диабазов, габбро, диоритов и т.п.), для вторых известняки и мраморы в надынтрузивных зонах. Для литиевых пегматитов благоприятны вмещающие породы основного состава амфиболиты, а для месторождений 3 типа пористые однородные по петрофизическим свойствам и химическому составу алюмосиликатные гнейсы и зеленые сланцы, а также милониты и катаклазиты. Так, на Катутинском месторождении, относящемся к 3 геолого-генетическому типу, в процессе метасоматического преобразования пород субстрата гнейсы и мезои меланократовые сланцы замещены практически нацело, а в диабазах метасоматоз проявился на глубину всего 0, 5-1 см.
Минералогическим прогностическим признаком крупных и уникальных месторождений всех геолого-генетических типов служат разнообразие видового состава комплекса рудных и акцессорных минералов и их суммарное содержание. В мелких и средних месторождениях этот комплекс беден минеральными видами, к тому же представленными 1-2 генерациями каждого минерала, и характеризуется относительно убогим их содержанием. Минеральный состав руд крупных и уникальных месторождений гораздо разнообразнее, отличается присутствием многих (до шести) генераций рудных и акцессорных минералов и высоким суммарным их содержанием.
Крупные и уникальные месторождения всегда комплексные, многостадийные. О многостадийности их формирования свидетельствует не только зональное строение, но и внутренняя неоднородность кристаллов "сквозных" рудных и акцессорных минералов (пирохлора, циркона и др.), структурные дефекты в них, микроблочность и зональность, фиксирующие последовательность отложения и переотложение вещества. Все эти явления выражены слабо или практически отсутствуют в кристаллах минералов руд средних и мелких месторождений.
В крупных и мелких месторождениях обычно присутствуют одинаковые группы породообразующих и акцессорных минералов-индикаторов редкометального оруденения, но химический их состав различается. Например, в рудах мелких месторождений в группе амфиболов вместо железистого рибекит-арфведсонита, типичного для крупных месторождений 3 и 4 типов, присутствует значительно менее щелочной и менее железистый гастинтсит (Полярноуральские месторождения), а апатит практически не содержит примеси редких земель, как в крупных месторождениях.
Из геохимических прогностических факторов главными являются своеобразие перечня и содержание рудных элементов и элементов-индикаторов оруденения в породах, породообразующие, акцессорных минералах и минералах-концентраторах, а также индикаторные отношения этих элементов (Rb/K, Hf/Zr, Ta/Nb и др.).. Для пегматитовых месторождений типоморфные элементы это Li, Cs, Rb, Be, В, Та, Nb, Zr, для месторождений в щелочных гранитах Та, Nb, Zr, REE, Y, U, Th, Be, Li, Rb, Mo, Pb, Zn и т.д. Перечень элементов, типоморфных для уникальных и крупных месторождений разных генетических типов, шире, чем для мелких и средних, а их содержания в несколько раз больше и превышают кларковые на порядок и более. Содержания главных рудных элементов в крупных месторождениях могут в 100 и более раз превышать кларковые, а в мелких и средних ниже, чем в крупных, в несколько раз. Руды крупных месторождений всех геолого-генетических типов значительно богаче мелких и средних объектов одинакового с ними типа F, CU2, Cl, S и другими летучими элементами.
В минералах руд крупных месторождений в несколько раз больше, чем в тех же минералах мелких объектов, элементов-примесей, типоморфных для редкометального оруденения (Li в слюдах, Rb в калиевых полевых шпатах и т.д.), и выше индикаторные отношения элементов.
Своеобразные литолого-петрографические и минерально-геохимические особенности руд и пород уникальных и крупных эндогенных месторождений литофильных редких металлов обусловливают наличие наблюдаемых в связи с ними шлиховых, первичных и вторичных литогеохимических ореолов Nb, Zr, La, Y, Се, U, Th, Li, Rb, Be и других элементов с относительно высокими содержаниями минералов и элементов, специфичных для коренного месторождения.
У крупных и уникальных месторождений геохимические ореолы, как правило, площадные, совмещенные, практически не выходящие за пределы рудных тел, а шлиховые характеризуются значительными содержаниями не только рудных, но и сопутствующих минералов. Каждый элемент мелких и средних по масштабам месторождений образует узкие слабоинтенсивные ореолы, изолированные или лишь частично совмещенные, а в шлиховых ореолах содержания устойчивых в условиях гипергенеза рудных и акцессорных минералов убогие.