Рудные минералы массивных сульфидных руд в метаморфизованных породах
Минералогия
Главные минералы: пирит, пирротин (гексагональная и моноклинная модификации), сфалерит, халькопирит, галенит, тетраэдрит.
Второстепенные минералы: кубанит, марказит, арсенопирит, магнетит, ильменит, макннавит.
Условия нахождения
В регионально метаморфизованных породах, особенно в вулканических сериях при умеренных и высоких ступенях метаморфизма.
Примеры
Дактаун, Теннесси; Оре-Ноб, Северная Каролина; Грейт-Госсан-Лид, Виргиния; Флин-Флон, Манитоба; Салливан, Британская Колумбия; Маунт-Айза, Брокен-Хилл, Австралия; Шеллефте, Швеция; Сулихьельма и Рёрус, Норвегия.
Минеральные ассоциации и структуры. Немногие руды металлов обязаны своим происхождением региональному метаморфизму, но очень многие массивные сульфидные руды существенно изменены при метаморфизме. Минеральные ассоциации в этих рудах в основном зависят от первоначального (дометаморфического) минерального состава, а структуры зависят от первоначального строения и степени проявления термального и динамического метаморфизма. Наблюдаемые макроскопически эффекты регионального метаморфизма включают общее укрупнение размера зерен, развитие сланцеватости, складок волочения, изоклинальной складчатости с утонением крыльев складок и утолщением шарниров, разрыв складок, брекчирование и будинаж. Все эти характерные признаки деформации можно наблюдать в более мелком масштабе и под микроскопом (рис. 10.23, а), но, кроме того, в шлифах выявляются некоторые структурные детали и минералогические изменения. Часто в результате динамометаморфизма пластинчатые силикаты местами дробятся, а более вязкие сульфиды, особенно галенит, халькопирит, пирротин и сфалерит, выдавливаются в возникающие участки пониженного давления (рис. 10.23, б). В рудах, содержащих слюдистые минералы, сульфиды могут быть выжаты вдоль плоскостей спайности кристаллов слюды (рис. 10.23, в). В отличие от более вязких сульфидов более хрупкие сульфиды, такие, как пирит и арсенопирит, раскалываются при деформациях, поэтому можно наблюдать раздробленные кристаллические зерна, сцементированные более вязкими сульфидами, или даже обжатые линзовидные поликристаллические агрегаты. Воздействие давления выражается в развитии двойникования (если двойники уже были, то они деформируются), искривления плоскостей выкрашивания по спайности (особенно наблюдаемых в галените), полосчатости изгиба (kink-banding), волнистого погасания, а также в искривлении рядов кристаллографически ориентированных включений (например, халькопирит в сфалерите). В пирите микромозаичные структуры развившиеся под действием умеренной деформации, невидимые после обычного полирования, могут быть выявлены с помощью травления (конц. HNO3, с последующим кратким травлением 6М HCl).
Термальный метаморфизм в уже интенсивно деформированных рудах или происходящий одновременно с динамометаморфизмом обычно выражается в увеличении размера зерен и развитии в мономинеральных массах тройных сочленений зерен под углами 120°. Если присутствуют небольшие количества других минералов, перекристаллизация может проявляться в захвате небольших линзовидных зерен, которые располагаются по границам первоначальных зерен (рис. 10.23, г). В гетерогенных рудах, содержащих сульфиды железа, пирит перекристаллизовывается до идиоморфных кубических порфиробластов, в то время как халькопирит, пирротин и сфалерит образуют изометричные ксеноморфные зерна. Если в зернах неметаморфизованного пирита обычно выявляется четкая зональность роста, то в мета-морфизованном пирите обычно наблюдаются неправильной формы обрастания и лишь неполная зональность. В рудах с преобладанием сульфида железа порфиробласты пирита имеют обычно 1 см2 в поперечнике, но в крайних случаях могут достигать 10—20 см в поперечнике (например, месторождение Дактаун, Теннесси).
Минералогические изменения в сульфидных рудах зависят от степени метаморфизма. При низкой степени метаморфизма более устойчивые к последующим изменениям сульфиды (пирит, сфалерит, арсенопирит) стремятся сохранять свои первоначальные составы и структуры, в то время как более мягкие сульфиды (халькопирит, пирротин и галенит) легко перекристаллизовываются. Однако при умеренной степени метаморфизма до высокой может начинаться потеря серы из пирита и его превращение в пирротин, и как пирит, так и пирротин могут претерпевать окисление в магнетит. В халькопирите обычно проявляется развитие пластинок кубанита и очень мелких (~1 мкм) червеобразных включений макинавита. Сфалерит и тетраэдрит, сохраняющие первичную зональность при низких ступенях метаморфизма, гомогенизируются при более высоких ступенях метаморфизма и стремятся к равновесию с соседними сульфидами железа. Содержание FeS в сфалерите, сосуществующем с пиритом и пирротином, изменяется в зависимости от давления и поэтому используется для геобарометрии (рис. 10.24). Для использования этого геобарометра температура метаморфизма должна быть определена независимыми методами (например, по газово-жидким включениям, распределению рассеянных элементов или изотопов). Сфалериты в метаморфизованных рудах обычно содержат ряды мелких (<5 мкм) включений халькопирита, являющихся, по-видимому, остатками «халькопиритового заражения» в первичных срастаниях. Во время перекристаллизации небольшие халькопиритовые включения стремятся концентрироваться и соединяться вдоль границ зерен. Экспериментальные исследования показали, что ниже 500 °C растворимость CuS в сфалерите очень мала, поэтому халькопирит не оказывает влияния на использование сфалеритового геобарометра. И все-таки сфалериты, содержащие халькопирит, часто дают аномальные оценки давления, возможно, в связи с тем, что присутствие меди способствует достижению нового состояния равновесия при низкой температуре, поэтому при геобарометрических исследованиях следует избегать таких сфалеритов.
Кроме того, Бартон и Скиннер предположили, что достижение сфалеритом нового состояния равновесия путем направленной наружу диффузии FeS во время послеметаморфического охлаждения происходит легче, когда сфалерит находится в контакте с пирротином, а не с более устойчивым в отношении последующих изменений пиритом. В результате сфалериты, сосуществующие с пирротином, обычно теряют некоторое количество FeS после пика метаморфизма и показывают более высокие давления метаморфизма по сравнению с истинными. В связи с этим при использовании сфалеритового геобарометра необходимо:
1. Использовать только сфалерит в парагенезисе с пиритом и пирротином (чем более крупнозернистый, тем лучше).
2. Избегать зерен, которые содержат халькопирит или находятся в контакте с ним.
3. Выбирать в качестве индикаторов давления при метаморфизме сфалериты, наиболее богатые FeS.
Арсенопирит, хотя и не столь обильный в этих рудах, может быть полезным показателем температуры, если он находится в равновесном состоянии с пиритом или другой ассоциацией, буферирующей aS2. Как и все другие геотермометры, его следует применять с осторожностью и, если возможно, использовать другие независимые контрольные определения температуры.
Происхождение структур. Структуры метаморфизованных руд возникают в основном в результате динамических воздействий и нагрева, сопровождающих региональный метаморфизм. На некоторых участках деформация может быть минимальной и преобладающим изменением является перекристаллизация. В зонах интенсивной деформации минеральный состав руд может быть фактором, определяющим уничтожение дометаморфических особенностей и развитие беспорядочных структур. Это особенно справедливо в отношении руд, обогащенных пирротином, халькопиритом и галенитом, каждый из которых испытывает разительные потери прочности при повышении температуры (рис. 10.25). Чрезвычайная текучесть таких руд часто приводит к нарушению первичной полосчатости, тектоническому перемещению обломков боковых пород, например в «шариковых текстурах», и полной деформации или переориентировке любых сохранившихся первоначальных особенностей, что делает трудным или невозможным выяснение последовательности минералообразования.
