Сульфидное оруденение и магматизм Срединно-Атлантического хребта
Срединно-Атлантический хребет занимает срединное положение в океане, он является представителем медленноспрединговых рифтов.
Океаническая кора САХ относится к аномальному типу - с приближением к осевой зоне слой 3 выклинивается и частично замещается слоем 2, суммарная мощность земной коры уменьшается, и она подстилается аномальной мантией с пониженными скоростями продольных волн. Вдоль осевой части мощность коры варьирует от 6 до 12 км.
Поперечными трансформными разломами дно Атлантики разбито на ряд зон - от крупнейших (Северная, Центральная и Южная Атлантика) до средних и мелких. По В.Е. Хаину выделяются следующие сегменты, отличающиеся временем своего формирования и особенностями структуры: 1. Норвежско-Гренландский; 2.Лабрадорско-Британский; 3. Ньюфаундлендско-Иберийский; 4. Центральный; 5. Экваториальный; 6. Южный; 7. Приантарктический.
Центральный сегмент, ограниченный Азоро-Гибралтарским разломом на севере и системой разломов Барракуда, Вима, Зеленого Мыса на юге, представляет собой наиболее широкую и древнюю часть Атлантики. В этом сегменте, между трансформными разломами Атлантис - Зеленый Мыс располагается так называемый продуктивный блок, в пределах которого находятся все наиболее известные и крупные гидротермальные поля Атлантики.
Рифтовая долина, маркирующая осевую зону САХ на большей части его протяжения, отличается значительным разнообразием морфологических и морфометрических характеристик. Относительная глубина долины колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров, общая ширина изменяется от 10 до 40 км, а ширина внутреннего дна от 1 до 25 км (Краснов и др., 1992).
На дне формируются экструзивные гряды и хребты, цепочки отдельных конусов, изолированные, вулканические постройки, лавовые поля различных форм и размеров. Вулканические сооружения в краевой части долины достигают 200 м в поперечнике и 70 м высоты.
Подобно ВТП, САХ разделен на сегменты разного порядка. Положение гидротермальных полей контролируется сегментами Ш-1У порядка, имеющими протяженность соответственно 50 или 10-20 км, ограниченными нетрансформными смещениями. Природа сегментации этого уровня определяется автономным внедрением магматических масс в верхние этажи коры, поэтому в каждом из подобных сегментов была сформирована обособленная магматическая камера, служившая источником магматических извержений и последующей гидротермальной деятельности.
Центры гидротермального рудообразования в САХ размещены в интервале 15-38° с. ш., где сосредоточены наиболее крупные рудные объекты. Семь из них представлены массивными рудами: Логачев (14°45' с. ш.); Снейк Пит (23° с. ш.); 24°30' с. ш.; ТАГ (26° с. ш.); Брокен Спур (29° с. ш.); Лаки Страйк (37°18') и Менец Гвен (37°50') (рис. IV.6).
Гидротермальное поле ТАГ. Гидротермальное поле ТАГ расположено в пределах 40-километрового сегмента Ш порядка, ограниченного нетрансформными смещениями вблизи 25°55' и 26°17' с. ш.
Внутреннее строение сегмента осложнено разделением его на сегменты высших порядков нетрансформными смещениями и перекрытиями центров спрединга.
 |
| Рис. IV.6. Схема расположения гидротермальных полей на Срединно-Атлантическом хребте. Треугольниками отмечены поля, ассоциирующие с серпентинитами (по Ю.Богданову и др., 2004). |
Широкая (10-15 км) рифтовая долина имеет резко асимметричное строение. На западе она обрамлена системой краевых уступов, сложенных базальтами, максимальная высота которых составляет около 1000 м. На востоке рифтовая долина граничит с мощным горным сооружением. В тектоническом уступе под базальтовыми лавами обнажаются вертикально стоящие дайки долеритов, а под ними - мелкозернистое габбро. Предполагается, что вертикальный подъем крупного блока океанической коры обусловлен серпентинизацией ультраосновных пород нижней части коры - верхней части мантии. В пределах гидротермального поля выделено три группы проявлений: активная высокотемпературная гидротермальная постройка в восточной части рифтовой долины, цепочка реликтовых высокотемпературных построек у подножья восточного склона и низкотемпературные (местами активные) образования на восточном склоне долины (рис.IV.7). Активная постройка имеет форму усеченного конуса диаметром 200 м, высотой 30 м, на котором размещается меньший конус, высотой 10-15 м. По данным глубоководного бурения, постройка имеет корневую систему гидротермально измененных и минерализованных брекчий (пирит-кремнисто-ангидритовых, хлоритизированных), прослеженных до глубины 125 м (рис. IV.8). В строении постройки выделяются различные зоны: "черных курильщиков", их подножья, поверхности цоколя, "белых курильщиков", внешнего склона, подножья постройки. Каждая из зон сложена гидротермальными образованиями различного состава, в которых заметно варьируют относительные количества основных рудообразующих компонентов (табл. IV.2). Постройка формировалась в течение 26 тыс. лет в три цикла, продолжительностью 3-6 тыс. лет каждый, разделенных периодами прекращения гидротермальной деятельности продолжительностью 6-8 тыс. лет. В активной постройке содержится 2,7 млн т руды, в ее корневой части - 1,2 млн т.
Реликтовые постройки образуют цепочку вдоль восточного склона рифтовой долины у его подножия. Южная часть цепочки получила название Мир, северная - Алвин. Реликтовые постройки по масштабам и составу гидротермального материала близки активным постройкам, но отличаются интенсивно проявленными процессами переработки вследствие более длительного и многостадийного процесса их формирования. Реликтовые постройки окислены с поверхности и покрыты пелагическими осадками. У их подножий наблюдаются скопления грубообломочного материала, представленного продуктами разрушения и окисления построек. Помимо этого встречаются скопления металлоносных осадков.
Низкотемпературные гидротермальные отложения на восточном краевом уступе рифтовой долины представлены нонтронитовыми и бернесситовыми маломощными отложениями. Предполагается, что эти образования являются продуктами систем глубинной циркуляции, связанных с процессами серпентинизации ультраосновных пород.
|
|
 |
| Рис. IV.7. Структурно-геологическая схема (а) и геологический разрез (б) гидротермального поля ТАН (по Е.Дубинину, С.Ушакову, 2001). |
|
 |
| Рис. IV.8. Строение активной гидротермальной постройки по данным бурения (Humphris et al., 1999; по Ю.Богданову, 1997). |
|
Гидротермальное поле Брокен Спур (29° с. ш.) находится в 100 км южнее трансформного разлома Атлантис в пределах одного из сегментов рифта второго порядка длиной 61 км. Гидротермальные постройки располагаются в узком (35-50 м) осевом грабене, приурочены к экструзивной зоне в западной части рифтовой долины, ширина которой около 5 км. Наиболее крупная из многочисленных сульфидных построек имеет высоту 35-40 м, диаметр в основании около 20 м. На многих постройках зафиксирована активная гидротермальная деятельность, температура растворов 357,5-359,9° С. Большинство построек имеет цоколь, сложенный обломками сульфидов. Постройки состоят из гидротермальных минералов, количественные соотношения которых меняются в различных элементах и зонах построек. Преобладают пирит, пирротин, сфалерит, халькопирит, из нерудных - опал. В целом руды цинковой и медно-цинковой специализации (табл.IV.2).
Гидротермальное поле Снейк Пит (23° с. ш.). Гидротермальное поле расположено на сегменте САХ между трансформным разломом Кейн и левосторонним 10-километровым нетрансформным смещением оси вблизи 25°22' с. ш. Толщина коры в пределах сегмента имеет аномально низкие значения 3-4 км. Поле приурочено к крупному своду экструзивной зоны в осевой части рифтовой долины шириной 10-17 км. Экструзивная зона представлена вулканическим хребтом, высотой 500 м, осложненным грабеном, имеющим ширину 100-250 м, глубину 20-100 м. Гидротермальные постройки расположены в пределах грабена или в непосредственной близости от него. Среди многочисленных активных и реликтовых гидротермальных построек три отличаются наиболее крупными размерами. Первая имеет диаметр основания 100 м и высоту 50 м; вторая длиной 150 м, шириной 30-60 м достигает высоты 25 м; третья - овальная, имеет длину 70 м, ширину 50 м, высоту 30 м. Высота остальных построек 5-10 м, диаметр не более 25 м. Гидротермальные трубы большинства построек располагаются на цоколе, сложенном обломками массивных сульфидов. Температура растворов, выходящих из труб активных построек, достигает 330° С. В пределах поля между постройками наблюдается маломощный чехол металлоносных осадков.
Минеральный состав, а также соотношение минералов в разных частях гидротермальных построек различны. В составе руд преобладают пирит, марказит, пирротин, сфалерит, халькопирит, изокубанит, ангидрит. В целом руды характеризуются медно-цинковой специализацией (табл. IV.2).
Гидротермальное поле Логачев (14°45' с. ш.). Рифт САХ в районе рудопроявления имеет асимметричное строение. Нормальный западный склон образован системой сбросовых уступов, сложенных базальтами. Крутой восточный склон является приподнятым блоком океанской коры, в котором обнажены серпентинизированные глубинные у.о. породы. Асимметрия рифтовой долины поля Логачев аналогична гидротермальному полю ТАГ. Надо заметить, что южнее, в районе 13° с. ш. характер асимметрии рифтовой долины меняется: серпентиниты выходят уже в уступах западного борта. На уступе восточного склона расположено гидротермальное поле.
В пределах поля обнаружено 11 гидротермальных сульфидных построек и две зоны грубообломочных сульфидных отложений. Наиболее крупная постройка имеет овальную форму 200 м длиной, 125 м шириной, 20 м высотой, в центральной части фиксируются выходы высокотемпературных растворов. Постройки сложены сульфидами (по частоте встречаемости): халькопиритом, сфалеритом, пиритом и марказитом, изокубанитом, борнитом, пирротином, дигенитом. Руды характеризуются выраженной медной специализацией. По сравнению с другими полями САХ, руды поля Логачев обогащены медью, цинком, барием, кобальтом и мышьяком, и обеднены свинцом, марганцем, никелем.
Гидротермальное поле 24°30' с. ш. В рифтовой долине района имеются признаки нетрансформных нарушений и структур перекрытия центров спрединга. В осевой части широкого днища (5-8 км) долины расположена экструзивная зона в виде серии изолированных вулканических гор высотой 300-500 м. В центральной части экструзивной зоны проходит крупная расселина глубиной 100 м. Лавы экструзивной зоны покрыты слоем рыхлых карбонатных осадков мощностью до 50 см. Рифтовая долина по обоим бортам ограничена краевыми уступами высотой около 2000 м. Здесь наблюдается асимметрия склонов, аналогичная ТАГ. На восточном уступе обнаружены выходы кристаллических пород базит-гипербазитового состава, в том числе серпентинитов протрузионной природы. Сульфиды и ореолы гидротермально измененных пород приурочены к протрузиям серпентинитов. По условиям локализации гидротермальных полей район сходен с участком Логачев. Массивные сульфидные руды реликтовых гидротермальных построек по составу относятся к рудам медной специализации и являются типичными для рифтов САХ.
Помимо перечисленных гидротермальных полей в САХ выявлены гидротермальные образования вблизи Азорской точки тройного сочленения: поле Лаки Страйк (37°18' с. ш.) и поле Менец Гвен (37°35'-38° с. ш.), в пределах которых обнаружены сульфидные постройки.
Гидротермальные отложения обнаружены также в зоне пересечения спредингового хребта с трансформным разломом Кейн.
Как видно из приведенных характеристик, рудным полям САХ свойственны определенные общие черты. Они относятся к одному типу, в котором рудные обособления представлены группами разобщенных холмовидных построек, размером в десятки и сотни метров в основании, высотой 30-70 м (Андреев и др., 1998). Расстояние между отдельными постройками 500-2000 м. Залежи чаще располагаются вблизи краевых восточных разломов, в ассоциации с блоками базит-гипербазитовых пород, очевидно выжатыми на поверхность по тем же разломам. Руды преимущественно медной специализации, содержат меди 20-22%, цинка 1,3-4,0%, серебра 80-90 г/т; золота 5-10 г/т и более (табл. IV.2, рис. IV.9). Характерны Мо и Se. Соотношение меди и цинка в рудах, определенное по общим оценкам ресурсов отдельных рудопроявлений, колеблется от 70:30 (ТАГ) до 82:18 (Снейк Пит). Эти соотношения весьма близки к тем, которые свойственны рудам Галапагосского рифта. И масштабы накопления рудных масс также соизмеримы, хотя Галапагосский рифт относится к высокоспрединговым, в отличие от низкоспрединговых САХ.
Срединно-Атлантический хребет сложен разнообразными породами: толеитовыми высокомагнезиальными базальтами, долеритами, габбро, серпентинизированными гипербазитами, а также амфиболитами, метабазитами зеленосланцевой фации. Существенным различием между Атлантическим и Тихим океанами является то, что в пределах САХ крупные сегменты представляют собой единые петрологические провинции распространения определенных групп толеитов океанических рифтов. В одной из таких провинций локализованы все гидротермальные поля. Лишь северная часть района развития рудной минерализации находится в соседней Азорской провинции (Дмитриев и др., 1990).
Предполагается, что в Центральной Атлантике (от 36° с. ш. до 25° ю. ш.) развиты толеитовые расплавы плагиоклазовой фации глубинности (10-25 км).
Отмечено, что различия между подвижными поясами Атлантического и Тихого океанов проявляются и на уровне петрохимических особенностей слагающих их базитовых комплексов. Базальты Атлантики более магнезиальны по сравнению с базальтами ВТП, которые обогащены железом и титаном.
 |
| Рис. IV.9. Соотношение Cu, Zn и Pb в сульфидных рудах САХ и Красноморского рифта (Ю.Богданов, С.Краснов, С.Андреев, P.Rona и др.). |
Вулканогенные комплексы осевой части САХ относятся к базальт-ферробазальтовому комплексу, в котором преобладают подушечные лавы, массивные потоки, сопровождающиеся силлами и дайками долеритов. Базальты хребта неоднородны. Среди них выделяются две группы: одна представлена высокоглиноземистыми и толеитовыми базальтами, тяготеющими к сводовой части САХ; другая - высокожелезистым разновидностям центрального рифта. Последние характеризуются выраженным трендом накопления железа и четкой сидерофильной рудной специализацией. Базальты рудоносного блока Атлантис - Зеленый Мыс отличаются четко проявленным халькофильным трендом (Лисицын и др., 1993; Андреев и др., 1997).
В Атлантическом океане значительно более медленное раздвижение плит способствует проявлению магматической дифференциации, начиная с родоначального очага и кончая близповерхностными промежуточными камерами. Именно этой причиной можно объяснить формирование крупных магматических узлов, приуроченных к склонам плохо выраженной рифтовой долины и пространственную разобщенность лейкократовых и меланократовых породных ассоциаций, а также отсутствие примитивных базальтов, широко развитых в неовулканической зоне Тихого океана. Об этом же свидетельствуют магматические брекчии с сульфидной вкрапленностью и наличие крупных, но редких рудопроявлений.
Сравнение рудопроявлений ВТП и САХ позволяет выявить их существенные различия. В первую очередь, как было отмечено выше, гидротермальные системы этих провинций различаются геохимической специализацией руд. Быстро развивающийся процесс спрединга в срединном хребте Тихого океана сопровождается рассеянным вдоль центрального рифта сульфидообразованием в форме небольших локальных построек, высота которых не превышает 10 м. Медленный спрединг срединного хребта Атлантики способствует формированию крупных построек, высотой до 30-70 м (Андреев и др., 1998).
Различны и структурные условия локализации руд - на быстроспрединговом ВТП рудолокализующими являются: днища центральных осевых и иногда параллельных и периферических грабенов, краевые разломы, ограничивающие центральный грабен и вулканы центрального типа в осевой зоне.
На САХ, так же как и на ВТП руды бывают приурочены к экструзивным зонам в пределах широкого днища рифтовой долины. Эти зоны не привязаны к оси долины, они могут формироваться и в краевой части днища. Нередко они размещаются на структурных террасах в зонах краевых разломов. И, наконец, в противоположность ВТП, определенную роль в структурном контроле играют небольшие поперечные дислокации. Рудопроявления часто располагаются в узлах их пересечения с грабенами экструзивных зон или краевыми разломами рифтовой долины.
|
