Эдвард Эрлих.

Месторождения и история



скачать книгу бесплатно

Общие вопросы металлогении меди

При всем поразительном многообразии генетических типов медных месторождений при просмотре материалов по их геологии сразу бросается в глаза тенденция к расположению их в виде линейных поясов большой (сотни километров) протяженности. Таковы линейные зоны медных месторождений Урала, Южной Америки, современных и древних островных дуг. Это объясняется совпадением поясов медных месторождений с вулканическими и интрузивными поясами. Пояса медных месторождений совпадают с вулканическими и интрузивными поясами. Оно отражает важнейшую черту металлогении меди – связь именно с вулканическими (а не вулкано-плутоническими или интрузивными) поясами. Другими словами, медные месторождения формируются в открытых системах, прямо связанных с дневной поверхностью. Месторождения массивных руд кипрского типа ассоциируются с базальтами, типичными для срединно-океанических хребтов, месторождения типа Куроко с поясами базальт-андезитового вулканизма характерными для островных дуг и связанных с ними раннеорогенных геотектонических систем (типа Камчатки). Во всех случаях, когда медные месторождения пространственно, и, возможно, парагенетически связаны с гранитными интрузиями, они также образуют линейные зоны, сформировавшиеся в ходе орогенических движений. Если «открытость» систем, связанных с вулканическими аппаратами, очевидна, то важно отметить особенности структуры медных месторождений меднопорфирового типа, свидетельствующих о газовых взрывах в период их образования. Порфировые структуры вмещающих пород и штокверковая форма рудных тел прямо свидетельствуют об этом.

Приведенные данные показывают зависимость медной минерализации от разных по составу вулканических комплексов. Тут важно подчеркнуть частую и очевидную связь медных месторождений именно с базальтовым вулканизмом, прекрасно выраженную для месторождений Кипрского типа и для месторождений типа Куроко. Не менее характерна история изучения типа вулканических проявлений с медными месторождениями Армении (Зограбян).

Постоянная порфировая структура гранитоидов, с которыми они связаны (что и определяет название типа месторождений этого типа), и обычная для них штокверковая структура рудных тел определенно свидетельствует о связи магматических систем, с которыми связаны рудогенерирующие гранитоиды с поверхностью. Меняется и состав апикальной части магматического комплекса – вместо базальтов, с которыми ассоциируются месторождения Кипрского типа и типа Куроко, медно-порфировые месторождения обычно ассоциируются с интрузиями гранитоидов, вместо прямого извержения лав на поверхность здесь формируются приповерхностные интрузии. Важно отметить, однако, что параллельно с изменением характера магматизма, с которым ассоциируются месторождения, происходит модификация металлогении. Медные месторождения, непосредственно связанные с вулканами, сменяются медно-молибденовым и кварц-молибденитовым месторождениями.

Другое происхождение имеют пояса стратиформных месторождений Замбии.

Линейное их распределение отражает линейную складчатость пород, контролирующих структурную локализацию контролирующих их осадочных толщ.

Логическим продолжением этого тренда является подход, использованный в работе Ф. Пираджно (Piranjo, 2009), который при рассмотрении процессов локализации рудных месторождений во главу угла поставил геодинамику их формирования. Что существенно при этом, он, рассматривая геодинамику, не ограничился парой срединно-океанические хребты – островные дуги, т. е. изначально вышел за рамки теории тектоники плит. В основу его подхода положен анализ деформации кратонизированных блоков. К этому его логически привело рассмотрение рудных месторождений Китая и Австралии, основу структуры которых составляют кратонизированные блоки, разделенные подвижными поясами разного возраста и генезиса. Таким образом он прямо подходит к идеям «вихревых структур» Ли Сы-гуана и других структурных образований, связанных с вращением Земли.

Очень важный следующий шаг в понимании металлогенической специализации был сделан в работе А. А. Маракушева, И. А. Панеяха и С. И. Зотова (Маракушев, Панеях и Зотов, 2011). Они впервые, насколько мне известно, применили к колчеданным месторождениям идею Д. С. Коржинского (Коржинский, 1974) о трансмагматической природе рудообразующих флюидов. На этой основе они устанавливают связь взаимодействия трансмагматических флюидов с сульфуризацией глубинных магматических очагов, и делают попытку увязки тектонических, плутонических и вулканических процессов с рудообразованием. Связь колчеданного и полиметаллического рудообразования с кислым вулканизмом прослеживается в месторождениях архейского пояса Абитибе или миоценового пояса Куроко, а также в Уральской провинции. Описано современное образование цинково-медных руд совместно с подводными вулканическими извержениями в задуговом бассейне Восточное Мануа (Нов. Гвинея) (Pirajno, 2009). Образование колчеданных месторождений цинково-медных руд долгое время не связывалось с проявлением кислого вулканизма, но разбуривание рудоносных площадей Атлантики позволило выявить здесь жильную ассоциацию плагиогранитов с габбро (Sherwood-Lollar., Westgate, Ward, et al., 2002). Отмечается наличие двух трендов: Боуэновский, характеризующийся гомодромным развитием и последовательным понижением железистости пород в ряду базальты – риолиты. По преобладающему типу вулканических пород его можно назвать андезитовым. Магматизм этого типа сопряжен с разрушением континентальных сиалической коры, уменьшением ее мощности.

При эволюции по второму типу, названному феннеровским, андезиты практически отсутствуют, вытесняясь контрастной ассоциацией базальтов с кислыми дифференциатами.

Богатые железом дифференциаты возникают в ходе эволюции магм по этому типу при флюидном на них воздействии.

Признаком глубинного магматизма служит «обращенность рельефа», свойственная континентальным депрессиям. Они выражаются в том, что углубление депрессий всегда сопровождается встречным воздыманием мантии, обусловленным глубинным магматизмом, в том числе гипербазитовым.

При образовании ультражелезистых дифференциатов руд под флюидным воздействием и те и другие могут приобретать сульфидную специализацию, хотя и принципиально-различную: медно-никелевую и медно-цинковую.

По представлениям авторов, колчеданные и полиметаллические (дисульфидные) месторождения образуются в результате развития соответствующего вулканизма, зоны питания которых лежат в верхних частях расслоенных магматических очагов.

Авторы говорят, что широкие вариации отношения железа к марганцу в кремнисто-железистых породах, ассоциирующихся с колчеданными рудами, отражают неравномерность глубинной сульфуризации, с которой связано их окисление, порождающее кварц-магнетитовые или кварц-гематитовые расплавы. Более того, при вовлечении в реакцию CO2 генерируются углеводороды, как и в процессе дисульфидной сульфуризации. Дисульфидная сульфуризация ультражелезистых дифференциатов сопровождается генерацией углеводородов.

Углеводородное сопровождение образования сульфидных месторождений наглядно выражено в современном их развитии в океанах, где они постоянно ассоциируются с гидротермальными выходами и жидкостным просачиванием углеводородов (Cruse, Seewald, 2006).

В архейских колчеданных месторождениях пояса Абитиби в керне глубоких скважин описаны включения разнообразных углеводородов – метана, пропана, бутана, сходных с углеводородами хондрита Murchinson. (Sherwood-Lollar, Westgate, Ward, et al.2002). Все это подтверждает представления, развитые в работе В. И. Белоусова и автора о способности флюидов мигрировать сквозь мантию и генерации тепловой энергии в процессе окисления трансмагматическими растворами базальтовых расплавов (Эрлих, Белоусов, 2012). Рудогенерирующая способность флюидов осуществляется образованием в магматических системах ультражелезистых жидких фаз, проявляющих при сульфуризации химическое сродство к определенному парагенезису рудных минералов и экстрагирующих его из трансмагматических растворов. Экстракция меди выражена универсально, но сопровождающие медь халькофильные металлы представлены разнообразно, в зависимости от специфики подвергающихся сульфуризации базитовых ультражелезистых дифференциатов, отличающихся существенным содержанием в них магния. Они подвергаются моносульфидной дифференциации, что сопровождается концентрацией совместно с медью никеля и металлов платиновой группы. Это ведет к образованию формации медно-никелевых моносульфидных месторождений (типа Седбери).

Предполагается, что важнейшим событием на ранних этапах эволюции магматической системы явилось расслоение родоначальной магмы на два несмешивающихся расплава – рудный, обогащенный железом и силикатный, резко обедненный железом. Именно это расслоение, ликвация, привела к выделению и циркуляции обогащенных медью флюидов (Маракушев А А., И. А. Панеях и С. А. Зотов, 2011). Эта схема развития магматической системы имеет важные практические последствия с точки зрения рудоносности. Она, в частности, объясняет генезис медной минерализации в карбонатитовом теле Палабора (Южная Африка). Аналогичный процесс должен иметь место при формировании сложенных магнетитолитами дугообразных дайковых тел, обрамляющих центральное ядро массива Томтор. Предполагается, что как и руды шведского магнетитового месторождения Кируна, они сформировались в ходе ликвации родоначального магматического расплава. Это позволяет ожидать находку в карбонатитовом ядре значительной по размеру медной минерализации. Учитывая постоянную связь медной редкометалльной и редкоземельной минерализации, можно считать вероятным, что редкометалльная и редкоземельная минерализация массива Томтор связана именно с флюидами, формирующимися именно на этом этапе.

Все (или по крайней мере большинство) металлогеническх построений основано на попытках установлениях связи месторождений с определенным типом интрузий. И через химизм интрузий устанавливается связь с этапами тектонического процесса. В последние десятилетия много писалось о cвязях месторождений минерального сырья с дайковыми сериями или гипабиссальными интрузиями. Насколько я знаю, связь минеральных месторождений непосредственно с вулканическим процессом отмечается впервые.

Вопросы формирования стратиформных месторождений меди и других основных металлов. Гигантские размеры месторождений этого типа обусловлены большим объёмом гидротерм, исключительной проницаемостью вмещающих толщ, обусловленной интенсивным развитием зоны сдвига, и высокими концентрациями в них Fe.

Главной характерной чертой этих месторождений является отсутствие какой-либо видимой связи с магматическими проявлениями. Вопросы формирования стратиформных месторождений меди и других основных металлов связаны с двумя типами проблем: структурным контролем и вопросами источников рудного вещества и его миграции. Общие вопросы структурного контроля месторождений такого типа рассмотрены в главе 9 замечательной работы Ф. Пираджно (Pirajno, 2009), имеющейся в русском переводе В. И. Белоусова Предполагается, что их формирование связано с миграцией метаморфических флюидов. Гигантские размеры месторождений этого типа обусловлены большим объёмом гидротерм, исключительной проницаемостью вмещающих толщ, обусловленной интенсивным развитием зон сдвиговых деформаций, и высокими концентрациями в них металлов.

Литература

Балхашский горно-металлургический комбинат.

Боливия – Все о геологии.

Болотов А. А., К вопросу о генезисе медистых песчаников и сланцев Западного Приуралья.

Восточный Коунрад.

Габлина А. А., 2008, Минералы систем Cu-S и Cu-Fe-S, как индикаторы условий образования сульфидных руд.

Дергачев А. Л. Эволюция вулканогенного колчеданообразования в истории Земли.

Зограбян С. А., К генезису месторождений Сомхето-Карабахской островодужной постройки.

Канафина Ж., 2003, Японский след. Кипрские месторождения. Полиметаллические месторождения в вулканогенных (Куроко).

Коржинский Д. С., 1974, Взаимодействие магм с трансмагматическими флюидами. //Записки Всесоюзного Минералогического Общества, часть 103, вып. 2, с. 173–178; Коунрадское месторождение.

Маракушев А. А., И. А. Панеях и С. А. Зотов, 2011, Петрогенетические типы колчеданных месторождений.//Литология, № 3, стр. 84 – 111.

Медные руды;

Медный пояс Африки. Палабора.

Периодическая система элементов Менделеева. Медь.

Разведка Коунрадского штокверкового месторождения.

Русаков Михаил Петрович.

Саяк – земля, находящаяся в стороне.

Сатпаев Каныш Имантаевич.

Смирнов В. И, 1969. Геология полезных ископаемых,// М. Недра, 686 стр.

Стратиформные месторождения.

Стратиформное медное месторождение Джезказган. (Джезказганский рудник)

Стратиформные месторождения свинца и цинка.

Сферы применения меди.

Что для Чили хорошо, то для Урала…

Экспедиция М. П. Русакова 1929 года.

Попов Ю., В. Новиков, 1967, Подтверждая смелые гипотезы.// Индустриальная Караганда, 21 сент. Стр. 4.

Эрлих Э., Белоусов В. И., 2012, Геолого-петрологические проблемы геотермии.

Barrie C. T., Ladden J. N., E. E. Green. T. B. N., 1993, Geochemistry of volcanic rocks associated with Cu-Zn and Ni-Cu deposits with felsic volcanic rocks in eastern back-arc basin Papua, New Guinea. //Economic Geology, v. 88, p. 1341–1358.

Base metal.

Brandes P. T. Geology of the Keweenaw Peninsula, Michigan.

Cruse A. M., Seewald J. S., 2006, Chemistry of low-molecular weight hydrocarbons inhydrothermal fluid Middle Valley Juan de Fuka Ridge// Geochem. Cosmochim. Acta, v. 70, p.2073–2092. Michigan’s copper deposits.

Erlich E., Gorshkov G. S., eds., 1979, Quaternary volcanism and tectonics in Kamchatka.//Bull.Volc., v. 42, iss. 1–4.

Geology of the Kuroko deposits. S. Ishihara (eds,). //Vining Geology. Sp. Issue, 1973 #6 546.

Pirajno F., 2009, Hydrothermal Processes and Mineral Systems. Chapter 9, Orogenic, Amagmatic and Hydrothermal Mineral Systems of Uncertain Origin. //Springer, Geological Survey of Western Australia, рр. 885 – 1024.

Sherwood-Lollar B., Westgate T. D., Ward J. E., et al., 2002, Abiogenic formation of alkalines in Earth’s crust as a minor source of global hydrocarbon.//Nature, v. 416, p. 522–534.

Глава 1.4. Олово Корнуолла и бронзовый век Европы

В институтском курсе мы знакомились с геологией оловянных месторождений Боливии, морскими россыпями района островов Банка и Биллитон к югу от полуострова Малакка, говорили о месторождениях Китая. После этого рассматривались советские месторождения Cихотэ-Алиня. Месторождения Корнуолла в Великобритании, сыгравшие решающую роль в истории человечества, остались вне рамок курса – ведь они были полностью отработаны. Настоящим очерком я пытаюсь исправить эту несправедливость.

Перелом наступил только в конце тысячелетия, когда перешли к изготовлению бронзы, сплава меди и олова, то есть с наступлением Бронзового века.

Было замечено, что при добавлении в тигель с медной рудой небольшого количества олова или мышьяка физические свойства нового материала резко меняются, а конечный продукт – бронза – становится твердым и прочным. Так начинали развиваться металлургия и литье. Приблизительно в ту же пору появились и железные изделия, но мягкое железо как материал для оружия и орудий было хуже бронзы. Бронзовый век продолжался еще 1000 лет, пока не появилась технология производства сталей. Из бронзы делали прямые длинные мечи. Бронза была тверже железа и не такой хрупкой, как сталь. Бронзовые наконечники не обладали пробивной способностью железных, но они изготовлялись массово на специальном станке по 100–200 штук разом. Причем бронзовые изделия, полученные при отливке, были стандартны – качество, недостижимое для изделий из железа, которые надо было индивидуально ковать. Огромным преимуществом бронзы была легкость отливки изделий из нее. Особенно это относилось к изделиям сложной формы – шлемам, доспехам, цельнолитым кирасам. Это свойство бронзы открывало возможности для массового производства изделий.

Китайцы еще в I тысячелетии новой эры отливали из бронзы детали к арбалетам и многое другое. С XV века бронза стала основным материалом для изготовления пушек.

В Европе бронза начала производиться уже около 2500–2000 года до н. э. Бронза – это сплав, на 85–95 % состоящий из меди и на 5 – 15 % из олова или мышьяка. Почти вся бронза до 3000 года до н. э. была мышьяковистой, она содержала до 5 % мышьяка. Египетская бронза, бронзы Крита и западной части Средиземноморья исключительно мышьяковистая. Такая бронза не поддается отливке так легко, как оловянная бронза, и намного мягче ее.

В пределе бронза, выплавляемая в древние времена, содержала до 22 % олова. Температура плавления оловянной бронзы 950°С, в то время как для плавки меди необходимо 1084°С и даже выше. Разница в 100°С оказалась решающим фактором для металлургов древности.

Олово было редким металлом, как правило, его надо было завозить. Пожалуй, первыми оловянными бронзами были бронзы Анатолии, связанные с добычей олова из месторождений Киликии и Тавроса. Уже в конце XX века, около 1984 года, археологи установил, что здесь разрабатывалось около 40 месторождений олова. Большое поселение Кёльтепе производило олово в период с 3290 до 1840 года до н. э. (История меди и бронзы).

Караваны ослов доставляли металл к потребителю. Около 2350 года до н. э. аккадский царь Саргон пишет о том, что один караван нес около 12 тонн олова. Этого было достаточно, чтобы выплавить 125 тонн бронзы и вооружить значительную армию изделиями из нее. После падения Аккада грузы доставлялись ассирийскими купцами из Ашшура, в нынешнем северном Ираке, в район медных месторождений Кёльтепе в сегодняшней Турции к располагавшимся там металлургическим центрам. Общий вес доставляемого за год олова был существенно выше тонны, а этого хватало для изготовления 1015 тонн бронзы в год. Имперские государства, такие, как Ассирия и Минойская империя, делали все от них зависящее, чтобы охранять торговлю оловом.

Производство бронзы на душу населения было невелико и зависело от наличия добываемых или закупаемых сырьевых ресурсов. В Вавилонии оно достигло 300 граммов, а в Египте – 50 граммов в год на душу населения. В России при Петре за счет освоения медных месторождений Урала ее производство достигло 100 граммов на душу населения.

Появление бронзы знаменовало начало Второй промышленной революции в истории человечества. (Первой я бы назвал неолитическую революцию – переход от палеолита к неолиту.) С неё впервые началось развитие настоящего промышленного производства – горной промышленности и металлургии.

Путешествие к Корнуоллу из Средиземноморья требовало выхода за «Геркулесовы столбы» и плавания в открытом океане вокруг Пиренейского полуострова. Именно соединение оловянных ресурсов Корнуолла с медью Средиземноморья сделало возможным Бронзовый век Европы.

Создание бронзы теснейшим образом связывалось с наличием сырьевых ресурсов – меди и олова. Если медь была достаточно распространена в странах Средиземноморья, то второй решающий компонент – олово – отсутствовал здесь полностью. Олово надо было везти из наименее удаленных месторождений на полуострове Корнуолл в Великобритании.

В Корнуолле обнаружены остатки древних горнов со шлаком. Отмечается идентичность изотопного состава олова в европейской бронзе и касситеритах из Корнуолльских месторождений. Финикийцы закупали касситерит и доставляли его в Средиземноморье непосредственно к районам добычи меди, в частности, на крупнейших медных месторождениях Кипра. Наряду с Кипром, одним из основных центров производства меди была Тимна к северу от Эйлата. Только в районе самой Тимны обнаружено 300 центров производства, а всего на Синае их насчитывается четыре сотни. Другой центр существовал в Феннане на юге Ливана.

Плавка сульфидных медных руд стала экономически доступной примерно около 1600 лет до н. э. С этих пор Кипр становится крупнейшим центром производства меди и бронзы. Около 1470 года до н. э. правитель Кипра заплатил дань фараону Тутмосу III 108 слитками меди, и каждый слиток весил 30 кг (65 фунтов). Корабль, потерпевший кораблекрушение около 1300 года до н. э. у мыса Гелидония турецкого берега, нес до тонны медных и несколько дюжин небольших оловянных слитков, новое бронзовое оружие и орудия кузнечные производства. Таким образом, как полагают археологи, груз одного корабля мог поставить материал для вооружения армии небольшого города-государства микенского времени: 50 бронзовых доспехов, 500 наконечников копий, 500 бронзовых мечей. Гомер говорит, что его герои носили кипрскую броню в период Троянской войны (около 1100 лет до н. э.).

Огюст Роден потрясающе точно передал смысл понятия «Бронзовый век», воплотив его в образе юноши, пробуждающегося к активной жизни в мире и одновременно к мыслительной деятельности.


Рис. 1. 4 Огюст Роден. Бронзовый век.


Новая эра требовала инициативных, деятельных людей. Это тот тип, который мы привыкли определять как «человек эпохи Возрождения», органично сочетающий активную практическую деятельность в различных областях науки и искусства.

Согласно традиции, оловянная руда была впервые привезена в Средиземноморье легендарным Кадмом – финикийским купцом, пиратом, мореплавателем, о котором рассказывает крупнейший знаток античности Анатоль Франс. Не исключено, что он не только привез руду, но и участвовал в разработке технологии получения бронзы и отливки изделий из нее. Это он основал знаменитые Фивы в Беотии в Греции, соперничавшие по богатству с Афинами. Произошло это в достаточно древние времена – во всяком случае, по словам А. Франса, еще современник греко-персидских войн Софокл называл Кадма «Древним Кадмом». В повести Франса призрак Кадма восхваляет себя, говоря, что эллины, египтяне и италийцы раскупали его олово на вес золота: «Я дал им бронзу, и от меня они научились ремеслам». Так что, видимо, он основал это производство.



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50