Различные теории рудогенеза объясняют, как различные типы месторождений полезных ископаемых формируются в земной коре . Теории рудогенеза различаются в зависимости от исследуемого минерала или товара .
Теории рудогенеза обычно включают три компонента: источник, транспорт или канал и ловушку. (Это также относится к нефтяной промышленности: геологи-нефтяники создали этот анализ.)
Самые крупные залежи образуются, когда источник большой, транспортный механизм эффективен, а ловушка активна и готова к срабатыванию в нужный момент.
Эти процессы представляют собой физико-химические явления и реакции, вызванные движением гидротермальной воды в земной коре, часто в результате магматического вторжения или тектонических сдвигов. Основой гидротермальных процессов является механизм источник-транспорт-ловушка.
Источниками гидротермальных растворов являются морская вода и метеорные воды, циркулирующие через трещиноватые породы, формационные рассолы (вода, захваченная в осадках при отложении) и метаморфические жидкости, образующиеся при дегидратации водосодержащих минералов во время метаморфизма .
Источники металлов могут включать множество горных пород. Однако большинство металлов, имеющих экономическое значение, переносятся в виде следовых элементов в породообразующих минералах и, таким образом, могут высвобождаться в результате гидротермальных процессов. Это происходит из-за:
Транспортировка гидротермальными растворами обычно требует соли или других растворимых видов, которые могут образовывать металлосодержащие комплексы. Эти металлосодержащие комплексы облегчают транспортировку металлов в водных растворах, как правило, в виде гидроксидов , но также и посредством процессов, подобных хелатированию .
Этот процесс особенно хорошо изучен в металлогении золота, где различные тиосульфатные, хлоридные и другие химические комплексы, содержащие золото (в частности, теллур -хлорид/сульфат или сурьма-хлорид/сульфат). Большинство месторождений металлов, образованных гидротермальными процессами, включают сульфидные минералы , что указывает на то, что сера является важным комплексом, содержащим металл.
Отложение сульфидов в зоне ловушки происходит, когда содержащие металл сульфаты, сульфиды или другие комплексы становятся химически нестабильными из-за одного или нескольких из следующих процессов:
Металл также может осаждаться, когда температура и давление или степень окисления благоприятствуют образованию различных ионных комплексов в воде, например, переход от сульфида к сульфату, летучесть кислорода , обмен металлами между сульфидными и хлоридными комплексами и т. д.
Рудные месторождения, образованные боковой секрецией, образуются в результате метаморфических реакций во время сдвига , которые высвобождают минеральные компоненты, такие как кварц, сульфиды, золото, карбонаты и оксиды из деформирующихся пород, и фокусируют эти компоненты в зонах пониженного давления или расширения, таких как разломы . Это может происходить без значительного потока гидротермальной жидкости, и это типично для подиформных хромитовых месторождений.
Метаморфические процессы также контролируют многие физические процессы, которые формируют источник гидротермальных жидкостей, описанных выше.
Поверхностные процессы - это физические и химические явления, которые вызывают концентрацию рудного материала в реголите , как правило, под воздействием окружающей среды. Сюда входят россыпные месторождения, латеритные месторождения и остаточные или элювиальные месторождения. Поверхностные процессы рудообразования включают;
Классификация гидротермальных рудных месторождений также достигается путем классификации по температуре образования, которая примерно также коррелирует с конкретными минерализующими жидкостями, минеральными ассоциациями и структурными стилями. [2] Эта схема, предложенная Вальдемаром Линдгреном (1933), классифицировала гидротермальные месторождения следующим образом: [2]
Рудные месторождения обычно классифицируются по процессам рудообразования и геологическим условиям. Например, осадочные эксгаляционные месторождения (SEDEX) представляют собой класс рудных месторождений, образованных на морском дне (осадочные) путем эксгаляции рассолов в морскую воду (эксгаляционные), что приводит к химическому осаждению рудных минералов, когда рассол охлаждается, смешивается с морской водой и теряет способность переносить металлы.
Рудные месторождения редко точно вписываются в категории, в которые геологи хотят их поместить. Многие могут быть образованы одним или несколькими из основных процессов генезиса, указанных выше, что создает неоднозначные классификации и много споров и догадок. Часто рудные месторождения классифицируются по примерам их типа, например, свинцово-цинково-серебряные месторождения типа Брокен-Хилл или золотые месторождения типа Карлин .
Поскольку для их формирования требуется сочетание определенных условий окружающей среды, определенные типы месторождений минералов, как правило, занимают определенные геодинамические ниши, [6] поэтому эта страница организована по металлическому товару . Также возможно организовать теории другим способом, а именно по геологическим критериям формирования. Часто руды одного и того же металла могут быть образованы несколькими процессами, и это описано здесь для каждого металла или металлического комплекса.
Железные руды в подавляющем большинстве происходят из древних отложений, известных как полосчатые железистые формации (BIF). Эти отложения состоят из минералов оксида железа, отложившихся на морском дне. Для транспортировки достаточного количества железа в морской воде для формирования этих отложений необходимы особые условия окружающей среды, такие как кислая и бедная кислородом атмосфера в протерозойской эре.
Часто требуется более позднее выветривание , чтобы превратить обычные минералы магнетита в более легко обрабатываемый гематит . Некоторые месторождения железа в пределах Пилбары в Западной Австралии являются россыпными месторождениями , образованными накоплением гематитовых гравийных пород, называемых пизолитами , которые образуют месторождения железных каналов . Они предпочтительны, потому что их добыча дешева.
Месторождения свинца и цинка обычно сопровождаются серебром , залегающим в сульфиде свинца галените или в сульфиде цинка сфалерите .
Месторождения свинца и цинка образуются путем сброса глубокого осадочного рассола на морское дно (называемого осадочным эксгалятивным или SEDEX) или путем замещения известняка в скарновых отложениях, некоторые из которых связаны с подводными вулканами (называемые вулканогенными массивными сульфидными рудными месторождениями или VMS), или в ореоле субвулканических интрузий гранита . Подавляющее большинство месторождений свинца и цинка SEDEX имеют протерозойский возраст, хотя в Канаде и на Аляске имеются значительные юрские примеры.
Тип месторождения замещения карбонатов представлен рудными месторождениями типа долины Миссисипи (MVT) . MVT и подобные типы возникают в результате замещения и деградации карбонатных последовательностей углеводородами , которые считаются важными для транспортировки свинца.
_1_(14719259472).jpg/1280px-Auriferous_brecciated_quartz-adularia_rhyolite_(Sleeper_Rhyolite_Gold_Ore,_Nevada)_1_(14719259472).jpg)
Месторождения золота формируются в результате очень широкого спектра геологических процессов. Месторождения классифицируются как первичные, аллювиальные или россыпные , или остаточные или латеритные . Часто месторождение содержит смесь всех трех типов руды.
Тектоника плит является основным механизмом для образования месторождений золота. Большинство первичных месторождений золота делятся на две основные категории: месторождения жильного золота и месторождения, связанные с интрузией .
Месторождения рудного золота , также называемые орогенным золотом, обычно являются высокосортными, тонкими, размещенными в жилах и разломах. Они в основном состоят из кварцевых жил, также известных как жилы или рифы , которые содержат либо самородное золото, либо сульфиды и теллуриды золота . Месторождения рудного золота обычно размещаются в базальте или в отложениях, известных как турбидит , хотя в разломах они могут занимать интрузивные магматические породы, такие как гранит .
Месторождения рудного золота тесно связаны с орогенезом и другими событиями столкновения плит в геологической истории. Считается, что большинство месторождений рудного золота получены из метаморфических пород путем дегидратации базальта во время метаморфизма. Золото переносится вверх по разломам гидротермальными водами и откладывается, когда вода охлаждается слишком сильно, чтобы удерживать золото в растворе.
Золото, связанное с интрузией (Lang & Baker, 2001), обычно залегает в гранитах, порфирах или, реже, в дайках . Золото, связанное с интрузией, обычно также содержит медь и часто ассоциируется с оловом и вольфрамом , и редко с молибденом , сурьмой и ураном . Месторождения золота, связанные с интрузией, зависят от золота, существующего во флюидах, связанных с магмой (White, 2001), и неизбежного выброса этих гидротермальных флюидов в околожильные породы (Lowenstern, 2001). Скарновые месторождения являются еще одним проявлением месторождений, связанных с интрузией.
Россыпные месторождения образуются из ранее существовавших месторождений золота и являются вторичными месторождениями. Россыпные месторождения образуются в результате аллювиальных процессов в реках и ручьях, а также на пляжах . Россыпные месторождения золота образуются под действием силы тяжести , при этом плотность золота заставляет его погружаться в ловушки в русле реки или там, где скорость воды падает, например, в изгибах рек и за валунами. Часто россыпные месторождения находятся в осадочных породах и могут иметь возраст в миллиарды лет, например, месторождения Витватерсранда в Южной Африке . Осадочные россыпные месторождения известны как «лиды» или «глубокие лиды».
Россыпные месторождения часто разрабатываются методом поиска ископаемых , а промывка золота является популярным времяпрепровождением.
Латеритные месторождения золота образуются из ранее существовавших месторождений золота (включая некоторые россыпные месторождения) в ходе длительного выветривания коренной породы. Золото откладывается в оксидах железа в выветренной породе или реголите и может быть дополнительно обогащено путем переработки эрозией. Некоторые латеритные месторождения образуются в результате ветровой эрозии коренной породы, оставляя на поверхности остатки самородного золотого металла.
Бактерия Cupriavidus metallidurans играет важную роль в образовании золотых самородков , осаждая металлическое золото из раствора тетрахлорида золота (III) , соединения, высокотоксичного для большинства других микроорганизмов. [8] Аналогичным образом, Delftia acidovorans может образовывать золотые самородки. [9]
Платина и палладий — драгоценные металлы, обычно встречающиеся в ультраосновных породах. Источником месторождений платины и палладия являются ультраосновные породы, которые содержат достаточно серы для образования сульфидного минерала, пока магма еще жидкая. Этот сульфидный минерал (обычно пентландит , пирит , халькопирит или пирротин ) получает платину, смешиваясь с основной массой магмы, поскольку платина является халькофилом и концентрируется в сульфидах. Альтернативно, платина встречается в ассоциации с хромитом либо внутри самого хромитового минерала, либо внутри сульфидов, связанных с ним.
Сульфидные фазы образуются только в ультрамафических магмах, когда магма достигает насыщения серой. Обычно считается, что это почти невозможно при чистой фракционной кристаллизации, поэтому в моделях рудогенеза обычно требуются другие процессы для объяснения насыщения серой. К ним относятся загрязнение магмы коровым материалом, особенно богатыми серой вмещающими породами или осадками; смешивание магмы; прирост или потеря летучих веществ.
Часто платина ассоциируется с месторождениями никеля , меди , хрома и кобальта .
Месторождения никеля обычно встречаются в двух формах: в виде сульфида или латерита.
Месторождения никеля сульфидного типа образуются по сути тем же способом, что и месторождения платины . Никель — халькофильный элемент, который предпочитает сульфиды, поэтому ультраосновная или основная порода, имеющая сульфидную фазу в магме, может образовывать сульфиды никеля. Лучшие месторождения никеля образуются там, где сульфид накапливается в основании лавовых трубок или вулканических потоков — особенно лав коматиита .
Считается, что коматиитовые сульфидные месторождения никеля и меди образованы смесью сульфидной сегрегации, несмешиваемости и термической эрозии сульфидных осадков. Осадки считаются необходимыми для содействия насыщению серой.
Некоторые субвулканические силлы в поясе Томпсона в Канаде содержат месторождения сульфида никеля, образованные осаждением сульфидов вблизи питающего жерла. Сульфид накапливался вблизи жерла из-за потери скорости магмы на границе жерла. Считается, что массивное месторождение никеля Voisey's Bay образовалось в результате аналогичного процесса.
Процесс образования месторождений никелевых латеритов по сути аналогичен образованию месторождений золотых латеритов, за исключением того, что требуются ультрамафические или мафические породы. Обычно для никелевых латеритов требуются очень крупные ультрамафические интрузии, содержащие оливин . Минералы, образующиеся в месторождениях никелевых латеритов, включают гиббсит .
Медь встречается в ассоциации со многими другими металлами и типами месторождений. Обычно медь либо образуется в осадочных породах, либо ассоциируется с магматическими породами.
Основные мировые месторождения меди формируются в пределах гранитно- порфирового медного стиля. Медь обогащается процессами во время кристаллизации гранита и образуется в виде халькопирита — сульфидного минерала, который выносится вверх вместе с гранитом.
Иногда граниты извергаются на поверхность в виде вулканов , и во время этой фазы, когда гранит и вулканические породы остывают в результате гидротермальной циркуляции , образуется медная минерализация .
Осадочная медь образуется в океанических бассейнах в осадочных породах. Обычно она образуется из рассола из глубоко залегающих осадков, выходящего в глубокое море, и осаждающего медь и часто сульфиды свинца и цинка непосредственно на морское дно. Затем это захоронено в дальнейшем осадке. Это процесс, аналогичный процессу цинка и свинца SEDEX, хотя существуют некоторые примеры, содержащиеся в карбонатах.
Часто медь ассоциируется с месторождениями золота , свинца , цинка и никеля .
Месторождения урана обычно добываются из радиоактивных гранитов, где определенные минералы, такие как монацит, выщелачиваются во время гидротермальной активности или во время циркуляции грунтовых вод . Уран переходит в раствор в кислых условиях и осаждается, когда эта кислотность нейтрализуется. Обычно это происходит в определенных углеродсодержащих отложениях, в пределах несогласия в осадочных слоях. Большая часть ядерной энергии в мире вырабатывается из урана в таких месторождениях.
Уран также содержится почти во всех углях в количестве нескольких частей на миллион и во всех гранитах. Радон является распространенной проблемой при добыче урана, поскольку это радиоактивный газ.
Уран также встречается в составе некоторых магматических пород, таких как гранит и порфир . Месторождение Олимпик-Дэм в Австралии является примером такого типа уранового месторождения. Оно содержит 70% доли Австралии в 40% известных мировых запасов урана, извлекаемого с низкой стоимостью.
Минеральные пески являются преобладающим типом месторождений титана , циркония и тория . Они образуются путем накопления таких тяжелых минералов в пляжных системах и являются типом россыпных месторождений . Минералы, содержащие титан, - это ильменит, рутил и лейкоксен , цирконий содержится в цирконе , а торий, как правило, содержится в монаците . Эти минералы добываются в основном из гранитной коренной породы путем эрозии и переносятся в море реками , где они накапливаются в пляжных песках. Редко, но важно, что месторождения золота , олова и платины могут образовываться в пляжных россыпных месторождениях.
Эти три металла обычно образуются в определенном типе гранита , через механизм, аналогичный интрузивному золоту и меди. Они рассматриваются вместе, потому что процесс формирования этих месторождений по сути одинаков. Скарновая минерализация, связанная с этими гранитами, является очень важным типом месторождения олова, вольфрама и молибдена. Скарновые месторождения образуются в результате реакции минерализованных флюидов из гранита, реагирующих с вмещающими породами, такими как известняк . Скарновая минерализация также важна в свинцовой , цинковой , медной , золотой и иногда урановой минерализации.
Грейзеновый гранит — еще один родственный тип оловянно-молибденовой и топазовой минерализации.
Подавляющее большинство редкоземельных элементов , тантала и лития встречаются в пегматите . Теории рудогенеза для этих руд широки и разнообразны, но большинство из них связаны с метаморфизмом и магматической активностью. [10] Литий присутствует в виде сподумена или лепидолита в пегматите.
Карбонатитовые интрузии являются важным источником этих элементов. Рудные минералы по сути являются частью необычной минералогии карбонатита.
Фосфат используется в удобрениях. Огромные количества фосфатной породы или фосфорита встречаются в осадочных шельфовых отложениях, возраст которых варьируется от протерозоя до современных формирующих сред. [11] Считается, что фосфатные отложения происходят из скелетов мертвых морских существ, которые накапливались на морском дне. Подобно залежам железной руды и нефти, особые условия в океане и окружающей среде, как полагают, способствовали образованию этих отложений в геологическом прошлом.
Фосфатные месторождения также образуются из щелочных магматических пород, таких как нефелиновые сиениты , карбонатиты и связанные с ними типы пород. В этом случае фосфат содержится в магматическом апатите , монаците или других редкоземельных фосфатах.
Из-за присутствия ванабинов концентрация ванадия , обнаруженного в клетках крови Ascidia gemmata, принадлежащей к подотряду Phlebobranchia , в 10 000 000 раз выше, чем в окружающей морской воде. Похожий биологический процесс мог играть роль в образовании ванадиевых руд. Ванадий также присутствует в месторождениях ископаемого топлива, таких как сырая нефть , уголь , горючие сланцы и нефтяные пески . В сырой нефти были зарегистрированы концентрации до 1200 ppm.
Драгоценные металлы, такие как золото и платина , а также многие другие редкие и благородные металлы , в основном возникли в столкновениях нейтронных звезд — столкновениях чрезвычайно тяжелых, массивных и плотных остатков сверхновых . В последние моменты столкновения физические условия настолько экстремальны, что эти тяжелые редкие элементы могут образовываться и распыляться в космосе. Межзвездные пылевые и газовые облака содержат некоторые из этих элементов, как и пылевое облако, из которого образовалась наша Солнечная система .
Эти тяжелые металлы упали в центр расплавленного ядра Земли и больше не доступны. Однако примерно через 200 миллионов лет после образования Земли на Землю обрушилась поздняя мощная бомбардировка метеоритами. Поскольку Земля уже начала остывать и затвердевать, материал (включая тяжелые металлы) в этой бомбардировке стал частью земной коры , а не упал глубоко в ядро. Они были обработаны и обнажены геологическими процессами на протяжении миллиардов лет. Считается, что это представляет собой происхождение многих элементов и всех тяжелых металлов, которые встречаются на Земле сегодня. [12] [13]
