Медные и молибденовые сульфиды, ассоциирующиеся с порфировыми интрузивными изверженными породами («порфировые медно-молибденовые» месторождения)

Минералогия

Главные минералы: пирит, халькопирит, молибденит, борнит. Второстепенные минералы: магнетит, гематит, ильменит, рутил, энаргит, кубанит, касситерит, гюбнерит, золото.

Вторичные минералы: гематит, ковеллин, халькозин, дигенит, самородная медь.

Условия нахождения

Сульфиды присутствуют в виде прожилков и рассеянных зерен в порфировых интрузивах или около них, варьирующих по составу от кварцевых диоритов до кварцевых монцоннтов. Вмещающие порфиры и соседние породы обычно изменены с образованием грубо концентрических зон окремнения, калиевополевошпатового метасоматоза, филлитизации, аргиллизации и пропилитизации.

Примеры

Медь: Бисби, Рей, Ахо, Аризона; Бьютт, Монтана; Бингем-Каньон, Юта; Эль-Сальвадор, Чукикамата, Браден, Чили; Бетлехем, Эндако, Британская Колумбия; Ок-Теди, Папуа — Новая Гвинея; Кананеа, Мексика.

Молибден: Клаймакс, Урад, Гендерсон, Колорадо; Квеста, Нью-Мексико.

Минеральная зональность в меднопорфировых месторождениях. Меднопорфировые месторождения этого типа являются в настоящее время главным источником меди и молибдена в мире, а также важными поставщиками некоторых других цветных металлов, золота и серебра. Особенности этих месторождений кратко изложены Лоуэллом и Гилбертом:

«Медное и (или) молибденовое сульфидное месторождение, представленное рассеянной и штокверково-прожилковой сульфидной минерализацией, формировалось в различных вмещающих породах, измененных гидротермальными растворами с образованием грубо концентрического зонального строения (рис. 9.15, а). Месторождение обычно крупное, в масштабе тысяч футов, ... и ... ассоциируется со сложным пассивно внедрившимся штоком пород среднего состава, включающим порфировые их разности».

Низкие содержания металлов в рудах этих месторождений — 0,8% Cu и 0,02% Mo для типичной меднопорфировой руды и 0,3% Mo и 0,05% Cu для типичной молибденопорфировой руды — свидетельствуют о рассеянной природе сульфидов. Пирит обычно наиболее обильный сульфид. Он может встречаться в ассоциации с другими сульфидами или один в неоруденелых кварцевых прожилках. В порфировых месторождениях, где преобладает медь, общее распределение сульфидов и относительные количества экономически важных минералов подчиняются концентрическому строению, коаксиальному с зонами изменения, что показано на рис. 9.15,б и обсуждается ниже.

Зона калиевополевошпатового метасоматоза. Внутренняя часть этой зоны обычно совпадает с двумя зонами минерализации:

1. С внутренним ядром с низкими содержаниями металла (меньше 0,3% Cu), характеризующимся развитием пирита и халькопирита в отношении примерно 1:2 и второстепенных магнетита и молибденита.

2. С рудной оболочкой ( больше 0,5% Cu), в которой отношение пирита к халькопириту равно примерно 1:1 и каждый минерал составляет около 1 % породы. Небольшие количества молибденита отмечаются в прожилках и в виде рассеянных зерен. Борнит обычен в небольших количествах в виде отдельных зерен и тесных срастаний с халькопиритом.

Зоны филлитизации и аргиллизации. Зона филлитизации совпадает с внешней частью «рудной оболочки» и окружающей частью «пиритовой оболочки», в которой содержание меди снижается до 0,1—0,5%. Отношение пирита к халькопириту приблизительно 10:1, причем пирит может составлять до 10% объема породы в виде крупных (0,5 мм) гипидиоморфных выполнений прожилков или рассеянных зерен. Внешняя часть «пиритовой оболочки» содержит до 25% пирита в форме прожилков мощностью 2 см, сложенных ксеноморфными агрегатами пирит-кварцевого состава.

Зона пропилитизации. В этой внешней зоне рудного тела минерализация представлена повсеместно развитым пиритом, образующим прожилочки (2—6% объема породы) и местами небольшие жилки, содержащие типичные гидротермальные ассоциации сульфидов цветных металлов, такие, как пирит — халькопирит — галенит — сфалерит — тетраэдрит, рассматриваемые в разд. 9.6. Зональное строение этих месторождений приводит к тому, что уровень эрозии может оказывать существенное влияние на геологию и минералогию обнаженных частей месторождений, что отмечалось Силлитое.

В месторождениях, богатых молибденом, таких, как Клай-макс и Гендерсон, Колорадо, выявляется зонтичная форма контура минерализации, размещающейся в интрузивном ядре или около него (рис. 9.16). На месторождении Клаймакс минерализация встречается в виде двух грубо концентрических зон, внешней (вольфрамовой) и внутренней (молибденовой). Гидротермальное изменение руд и вмещающих пород представлено калиевым полевым шпатом, серицитом, флюоритом, топазом, а также биотитом, хлоритом и эпидотом в подчиненных количествах.

Структуры агрегатов зерен рудных минералов. Рудные минералы меднопорфировых месторождений образуют прожилки или рассеянные зерна, как это показано на рис. 9.17 и 9.18. Пирит, являющийся преобладающим сульфидом, присутствует в виде ксеноморфных до идиоморфных зерен как в медно-, так и молибденопорфировых месторождениях. Халькопирит, главный медный минерал, встречается в виде ксеноморфных интерстициальных зерен и выполняет трещинки в пирите. Борнит представлен в виде отдельных ксеноморфных зерен совместно с пиритом и халькопиритом и в виде пластинок в халькопирите, возникающих как при распаде твердых растворов, так и при окислении. В рудах, залегающих близ поверхности, обычно наблюдаются ковеллин, халькозин и дигенит, образующие вторичные каймы изменения на халькопирите и борните; иногда присутствует самородная медь. Молибден отмечается в значительных количествах в богатых молибденом порфировых месторождениях, но развит в подчиненных количествах во многих богатых медью месторождениях. Обычно он наблюдается в виде субпараллельных и изогнутых пластинок, вкрапленных в прожилках.

В богатых молибденом рудах, таких, как Клаймакс, Колорадо, молибденит образует беспорядно расположенные и субпа-раллельные мельчайшие (<0,1 мм) гексагональные пластинки, заключенные в кварцевом жильном выполнении. Вольфрам в этих рудах представлен мелкими незакономерно распределенными идиоморфными зернами гюбнерита в пирит-кварц-серицитовых прожилках.

Энаргит иногда присутствует в порфировых рудах в виде ксеноморфных зерен (рис. 9.18) или кайм на медно-железных сульфидах. Кубанит редок, но наблюдался в виде пластинок распада твердых растворов в халькопирите.

Происхождение руд. Генезис месторождений порфирового типа являлся предметом многих исследований и остается отчасти предположительным. Все эти месторождения располагаются в орогенных зонах или очень близко от них; однако представляется, что существует различие между двумя главными их типами: меднопорфировые месторождения приурочены к границам поглощения плит, в то время как для молибденопорфировых месторождений типичны обстановки растяжения (рифтообразования). Силлитое высказал предположение, что тела порфиров представляют собой частично расплавленные океанические породы, которые транспортировали металлы, первоначально находившиеся в срединно-океанических хребтах. Подвергшись субдукции, они затем внедрялись вдоль континентальных окраин. Митчелл и Гарсон дали следующее описание этого механизма:

«Меднопорфировые месторождения формировались в поясах изверженных пород, локализованных на континентальных окраинах или в островных дугах. Эти пояса связаны с частичным плавлением влагосодержащей океанической коры, погружающейся вдоль зон Беньоффа на глубинах 150—250 км. Отложение меди происходит в тех участках, где поднимающиеся из опускающейся коры металлоносные растворы встречают погребенные рассолы».

Хотя эта общая модель позволяет объяснить генезис южноамериканских и тихоокеанских островодужных месторождений, ее трудно согласовать с геологической позицией многих месторождений юго-запада США и Скалистых гор. Существует тем не менее общее мнение относительно способа внедрения магмы после ее генерирования. Внедрение порфировой магмы в зоны, расположенные на глубине 0,5—2 км от поверхности, обусловило конвективные движения в соседних системах грунтовых вод, если к тому же окружающие породы обладали достаточной проницаемостью. Горячие, химически активные растворы поднимались над штоком в то время, как новые изначально холодные растворы циркулировали в направлении штока. В результате охлаждения происходила кристаллизация внешней оболочки, которая впоследствии подверглась сильной трещиноватости в связи с давлением, возникающим при высвобождении H2O из кристаллизующейся магмы. Центральное ядро претерпевает закалку с образованием порфира, рассекается штокверком кварцевых и юварц-полевошпатовых прожилков по мере отдачи тепла системам грунтовых вод. Отложение сульфидов и кварца в этих прожилках происходило при температурах до 725 °C в зоне калиевополевошпатового метасоматоза и около 300—390 °C в зоне аргиллизации.

Изучение газово-жидких включений показало, что флюиды, из которых происходило отложение руд в ядрах медномолибденовых месторождений, были высокосолеными (часто с содержанием солей более 60%), претерпели значительное вскипание и были захвачены при температурах, достигавших 725 °С. В некоторых месторождениях определенные зоны, в которых флюидные включения обладают высокой соленостью, связаны не только с рудными зонами, но и с системами трещиноватости, по которым происходил привнос металлов.