Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты
Розглянуто фiзико-хiмiчнi умови, що необхiднi для утворення самородної мiдi, та їх реалiзацiю в процесi формування толеїтових базальтiв Волино-Подiльської плити. Показано, що утворення парагiдротермальних вiдкладiв мiдi вiдбувалося на iншому етапi, ймовiрно, девонському. The physico-chemical conditi...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29558 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты / О.В. Усенко // Доп. НАН України. — 2010. — № 4. — С. 128-133. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859709323267014656 |
|---|---|
| author | Усенко, О.В. |
| author_facet | Усенко, О.В. |
| citation_txt | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты / О.В. Усенко // Доп. НАН України. — 2010. — № 4. — С. 128-133. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Розглянуто фiзико-хiмiчнi умови, що необхiднi для утворення самородної мiдi, та їх реалiзацiю в процесi формування толеїтових базальтiв Волино-Подiльської плити. Показано, що утворення парагiдротермальних вiдкладiв мiдi вiдбувалося на iншому етапi, ймовiрно, девонському.
The physico-chemical conditions required for forming a native copper mineralization and their realization in the process of formation of flood basalts of the Volhyn-Podolian plate are considered. It is shown that the formation of a parahydrothermal copper mineralization occurred at a later stage of development.
|
| first_indexed | 2025-12-01T04:54:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 551.2.03
© 2010
О.В. Усенко
Условия образования месторождений самородной меди
Волыно-Подольской плиты
(Представлено академиком НАН Украины В. И. Старостенко)
Розглянуто фiзико-хiмiчнi умови, що необхiднi для утворення самородної мiдi, та їх
реалiзацiю в процесi формування толеїтових базальтiв Волино-Подiльської плити. По-
казано, що утворення парагiдротермальних вiдкладiв мiдi вiдбувалося на iншому етапi,
ймовiрно, девонському.
Условия, необходимые для образования эндогенных месторождений. Концентра-
ция полезных компонентов в месторождениях, связанных с магматическим и гидротермаль-
ным процессами, определяется физико-химическими взаимодействиями на кровле астено-
сферы [1]. Важными факторами являются:
1. Состав флюидов, сопровождающих начальное плавление в глубинной астеносфере,
а также повышение степени плавления после перемещения объема частично расплавлен-
ного вещества в новые РТ -условия. Флюид выступает в качестве растворителя и, таким
образом, определяет состав компонентов, экстрагируемых из лерцолита мантии в расплав
астеносферы.
2. Расположение кровли астеносферы, определяющее давление и температуру физи-
ко-химических взаимодействий, в том числе возможность фазовых переходов, направление
химических реакций, состав активных компонентов и т. д.
3. Наличие в расплаве и растворенном в нем флюиде комплексообразователей, обуслав-
ливающих подвижность компонента при данных Р и Т, окислительно-восстановительном
потенциале (фугитивности O2(H2O), CO2) и кислотности-щелочности среды.
4. Физико-химические взаимодействия, начинающиеся на кровле астеносферы, приво-
дящие к увеличению концентрации полезного компонента в фазе (силикатном расплаве,
отделяющемся от него флюиде, ликвационных обособлениях “внутри” силикатного распла-
ва и т. д.) и определяющие минеральную форму его нахождения в месторождении. К ним
относятся: кристаллизационная дифференциация, отведение магм (эксгаляций) к поверх-
ности, разделение на фазы, окислительно-восстановительные реакции и т. д.
5. Возможность вынесения самого компонента в составе расплава (флюида, эксгаля-
ции) и осаждения (накопления), вызванного чаще падением температуры в поверхностных
условиях, реже геохимическими, биохимическими, механическими и другими барьерами.
Условия, необходимые для образования месторождений самородной меди.
Экстракция меди в расплав возможна при участии щелочно-хлоридных флюидов в процес-
се плавления-растворения (при повышении степени плавления) лерцолита мантии. Необ-
ходима активность хлора как главного комплексообразователя при умеренной активности
кислорода, так как при повышении фугитивности кислорода происходит преимущественная
экстракция и окисление железа непосредственно кислородом (например, в зеленокаменных
структурах Приднепровского блока УЩ). При умеренной активности кислорода также по-
движны калий и титан.
128 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №4
В условиях мантии медь подвижна в виде сульфидных комплексных соединений в при-
сутствии умеренно окисленных водно-солевых флюидов. Среди солевых компонентов пре-
обладают хлориды К, Na, Fe. В мантии подобные флюиды формируют метасоматические
ассоциации, обогащенные флогопитом, джерфишеритом (сульфид железа и меди, содержа-
щий хлор), К-амфиболом [2]. В составе подобных флюидов возможно перемещение меди
в составе надастеносферных (отделяющихся с кровли астносферы) жидкостях в пределах
мантии, переотложение и накопление в ореолах флюидно-термального воздействия.
Таким образом, появление и дальнейшее передвижение меди в расплавах астеносферы
и, в конечном итоге, формировании месторождений меди, будет определяться активностью
серы и хлора, а форма нахождения (сульфидная или самородная) — устойчивостью метал-
лической меди, которая обратно связана с устойчивостью сульфид-иона.
В формировании гидротермальных месторождений меди, участвуют гетерофазные
флюиды, состоящие из высококонцентрированного раствора или расплава-рассола и паро-
газовой фазы. Водно-солевая фаза имеет хлоридно-сульфатный состав и высокие концент-
рации солевых компонентов (40–70% (мас.)). Подобные флюиды описаны в работе [3]. Среди
солевых компонентов в водно-солевой фазе преобладают хлориды Na, К, Fe, Мn, Са, суль-
фаты Са и Na, сульфиды, а состав газов представлен CO2 > N2 > H2S. Окислительно-вос-
становительный потенциал таких растворов (расплав-рассол) отвечает сульфид-сульфатно-
му равновесию, о чем свидетельствует присутствие во включениях сульфидов и сульфатов,
гематита, хлоридов двух- и трехвалентного железа. Газовая фаза содержит 5–7% (мас.)
солевых компонентов, в составе газов преобладают CO2 > N2 ≫ H2S.
Следовательно, для формирования месторождений самородной меди необходимо: 1) вы-
падение меди из состава хлоридного комплекса; 2) пассивность сульфидной серы (сера
в форме сульфата); 3) восстановление меди.
Месторождения самородной меди ВПП детально описаны во многих работах [4,
5 и др.]. Стратиформные многокилометровые залежи приурочены к нижним частям ба-
зальтовых потоков заболотьевской, бабинской и ратненской свит. На гистеромагматиче-
ском этапе самородная медь образует редкие вкрапления в долеритах верхней толщи и
в основной массе свежих базальтов обеих толщ. Затем следует этап “автометасоматоза”.
Минералообразование происходит при падении температуры до 50–100 ◦С (образуется па-
лагонит, гизингерит, опал). На следующем “парагидротермальном” этапе фиксируется по-
вышение температуры до 335 ◦С (образуется кварц, вайракит). Отложение самородной ме-
ди и хлорита максимально при смене палагонитизации окварцованием при температурах
от 100 до 250 ◦С [5]. Минерализующие растворы содержат “магматическую” или “метамор-
фическую” воду, а изотопный состав углерода CO2 отвечает таковому для вулканических
областей [5].
На ВПП медь находится в самородной форме в ассоциации с окислами железа. Для вы-
яснения условий, при которых устойчива самородная медь и окислы железа воспользуемся
аналогией поведения водных растворов в условиях поверхности и расплавов в РТ -условиях
мантии. Рассмотрим Еh и pH, обеспечивающие устойчивость самородной меди в водном ра-
створе, содержащем железо и серу, при РТ -условиях поверхности в системе Cu−Fe−S−O−H
(медь-железо-вода-сера)1 [6].
1Повышение температуры смещает поля устойчивости в сторону более кислых растворов, а гидротер-
мальный раствор содержит и другие компоненты, в частности кремнезем. Называемые значения pH и Еh
нельзя буквально переносить на параметры рудообразующих расплавов либо растворов.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №4 129
Рис. 1. Система Cu−Fe−S−O−H при 25 ◦С и 1 атм общего давления. Сумма растворенной се-
ры 10−4 моль/л [6]
Поле устойчивости меди в форме сульфида значительно шире поля устойчивости ме-
таллической меди. Для реализации ассоциации Cu + Fe2O3 (самородная медь — гематит)
необходим относительно высокий окислительный потенциал среды, что возможно при от-
сутствии влияния CO2 на расплав астеносферы, когда “избыточный” кислород тратится
на окисление углерода. Ассоциация Cu + Fe2O3 устойчива при окислительном потенциале
выше нижней границы поля устойчивости воды при значительных колебаниях щелочнос-
ти (pH от 7 до 14). В природных силикатных расплавах сопряжение высокой щелочности
и высокого окислительного потенциала не реализуется. Повышение окислительного потен-
130 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №4
циала может быть вызвано только участием воды (метаморфической или поверхностной)
с растворенными в ней NaСl и КСl (щелочи и хлор экстрагируются из расплава). Поэтому
рассматриваемый парагенезис может быть реализован в расплаве (растворе) повышенной,
но не высокой щелочности (соответствующей pH ∼ 7–10 водного раствора), что и происхо-
дит в толеитовых базальтах ВПП. В нейтральной среде трехвалентное железо также может
замещать глинозем в составе плагиоклаза, что характерно для базальтов ратненской сви-
ты [5].
В гидротермальной ячейке (непосредственно у поверхности) по мере подъема и падения
температуры раствора, щелочность будет падать, а окислительный потенциал возрастать.
Окисление гетерофазных флюидов от глубоких горизонтов к поверхности отмечено при
изучении флюидных и расплавных включений в минералах гидротермальных месторожде-
ний [3]. Соответственно, ближе к поверхности вероятна смена ассоциаций Cu + Fe3O4 (са-
мородная медь + магнетит) → Cu + Fe2O3 (самородная медь + гематит) → CuO + Fe2O3
(куприт + гематит). Очевидно влияние поверхностных вод при образовании этих параге-
незисов.
Парагенезис Cu+Fe3O4 (магнетит) реализуется при более низком окислительном потен-
циале и при более высокой щелочности (от pH = 10 для водного раствора), чем Cu+Fe2O3.
В ассоциации с магнетитом концентрации меди в туфах бабинской свиты более высокие [5].
Вероятно, при их формировании в глубинном источнике сказывается влияние не только
водных с хлором, но и карбонатных (с фтором ?) флюидов на процесс дифференциации,
происходит разделение на фазы, в одной из которых присутствует магнетит, в другой —
гематит. Для сохранения подвижности меди содержания фтора должны быть очень не-
значительны, а щелочность не очень высокая (нивелироваться присутствием водных щело-
чно-хлоридных флюидов). В реализации этих условий более проявлено влияние глубинных,
преимущественно мантийных флюидов в образовании расплава-раствора.
Два поля устойчивости ассоциации самородная медь — магнетит может характеризовать
два парагенезиса, обнаруженые в гидротермальных образованиях ВПП.
1. Поле, расположенное выше нижней границы поля устойчивости воды может соот-
ветствовать магнезиально-железисто-кремнеземистым расплавам-растворам, образующим-
ся при участии хлоридно-силикатно-водных флюидов. Например, вызывающих палагони-
тизацию в недифференцированных ультрабазитах и базальтах (ликвация), а также обе-
спечивающих накопление железа и меди, калия и кремнезема в конечных дифференциатах
(железистый тренд дифференциации). Сами жидкости слабо щелочные, нейтральные. Ска-
зывается участие поверхностных окисленных флюидов (воды, содержащейся в минералах
коры).
2. В поле устойчивости Н2 вероятна активность кальций-карбонатных (с фтором ?)
более щелочных флюидов, сменяющихся хлоридно-натрий-калиевыми растворами гидро-
термального этапа. Образуют ассоциацию кальцит-цеолиты. Этот тренд также проявлен
и в серо-зеленых туфах бабинской свиты [5]. Более щелочные условия (соответствующие
образованию красных туфов с гематитом) не способствуют подвижности меди, поэтому ее
содержания в силикатной фазе с бо́льшим количеством щелочей незначительны.
Рассмотрим последовательность физико-химических взаимодействий, приводящих к об-
разованию магматической и гидротермальной меди на примере дифференциации базальтов
ратненской толщи и образовании парагидротермальных скоплений меди.
В дифференциации расплавов, образующих ратненские базальты, сказывается участие
воды и хлора, что приводит к образованию осно́вных (кальциевых) плагиоклазов и авги-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №4 131
та, накоплению натрия — повышению щелочности остаточного расплава (откладывается
альбит). Активность натрия становится выше активности хлора и в водном флюиде, взаи-
модействующем с силикатно-глиноземистым расплавом. Это приводит к выпадению железа
и меди из состава хлоридного комплекса. При этом высвобождается и хлор — происходит
нейтрализация среды. Только в нейтральной среде возможно окисление серы до (SO4)
2−.
В ВПП на всех этапах образуются сульфаты. Даже в слабо кислой и слабо щелочной среде
сера присутствует в форме S2−, а медь образует сульфиды [7]. Затем медь восстанавли-
вается железом. Двухвалентное железо присутствует как в магматических расплавах, так
и в растворах. Его окислительный потенциал выше, чем меди, поэтому ее восстановление
осуществляется на всех этапах от магматического до гидротермального. Избыток натрия
отводится с водным флюидом к поверхности. Остаточный расплав содержит слабо щело-
чной хлоридно-калиевый водный флюид, обогащенн железом, кремнеземом. Из остаточных
расплавов-растворов образуются микроклины, пироксены обогащены железом. Из остато-
чных растворов откладываются халцедон и медь. Подобная последовательность отражается
и в структурах базальтов [5]. Отчетливо этот процесс отражен в изменении состава пиро-
ксенов, ассоциирующих с кристаллами самородной меди, описанных в работе [5].
Таким образом, главными параметрами, отвечающими за окислительно-восстановитель-
ный потенциал и кислотность — щелочность при формировании месторождений саморо-
дной меди на ВПП, являются мольные концентрации хлора и щелочей, воды, а также
Са и CO2, обеспечивающие условия, соответствующие сульфид-сульфатному равновесию.
Возможность образования самородной меди в магматических и гидротермальных породах
связана с реализацией колебания окислительно-восстановительных условий возле нижней
границы поля устойчивости воды, а кислотности-щелочности среды — от нейтральной до
слабо щелочной в системе магматический расплав — флюид. Эта тенденция проявлена как
в изменениях состава вулканогенных пород и туфов в разрезе (переслаивание известко-
во-натриевых и калиевых туфов и базальтов), так и в последовательном изменении состава
минералов базальтов ратненской свиты. Возможно, во всех случаях (на всех этапах) обра-
зования самородной меди на ВПП ключевым моментом является нейтрализация среды при
смешении щелочных мантийных и поверхностных (коровых) водных флюидов.
Не вызывает сомнения привязка магматической меди ко времени формирования базаль-
тов (500–600 млн лет назад). Активизация состояла из двух этапов, на каждом из которых
кровля астеносферы располагалась на глубине ∼ 35 км.
Автометасоматическая медь связана с окисленными расплавами, содержавшими же-
лезо, калий, избыток кремнезема, воду. Подобные расплавы формировались на конечных
стадиях дифференциации ратненских базальтов, туфов перкальской толщи. Парагидро-
термальная медь откладывается из щелочных растворов, содержащих карбонат. Для диф-
ференциации базальтов ВПП подобные флюиды не характерны, поэтому отложение меди
не могло происходить при формировании вендских толеитовых базальтов. В Припятском
прогибе в девоне формируются расплавы, дифференциация которых осуществляется при
участии карбонатно-кальциевых на начальном этапе, а по мере контаминации веществом
коры — хлоридных калиевых и натриевых водных растворов. Можно предполагать (но не
утверждать), что формирование месторождений происходит в верхнем девоне, синхронно
образованию вулканогенно-осадочной толщи Припятского прогиба.
1. Усенко О.В. Глубинные процессы образования расплавов в тектоносфере : Автореф. дис. . . . д-ра
геол. наук / НАН Украины. Ин-т геофизики им. С.И. Субботина. – Киев, 2008. – 41 с.
132 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №4
2. Соловьева Л. В., Егоров К.Н., Маркова М.Е. и др. Мантийный метасоматизм и плавление в глу-
бинных ксенолитах трубки Удачная, их возможная связь с алмазо- и кимберлитообразованием //
Геология и геофизика. – 1997. – 38, № 1. – С. 172–193.
3. Борисенко А.С., Боровиков А.А., Житова Л.М., Павлова Г. Г. Состав магматогенных флюидов,
факторы их геохимической специализации и металлоносности // Там же. – 2006. – 47, № 12. – С. 1308–
1325.
4. Гурский Д.С., Есипчук К. Е., Калинин В.И., Кулиш Е.А., Нечаев С.В., Третьяков Ю.И., Шум-
лянский В.А. Металлические и неметаллические полезные ископаемые Украины. Металлические
ископаемые. Т. 1. – Киев; Львов: Центр Европы, 2005. – 785 с.
5. Мiдь Волинi. Наук. працi Iн-ту фундамент. дослiджень / Вiдп. ред. Л.В. Шумлянський. – Киев:
Логос, 2006. – С. 6–22.
6. Гаррелс Р.М., Крайст Ч.Л. Растворы, минералы, равновесия. – Москва: Мир, 1968. – 368 с.
7. Мейер Ч., Хемли Д. Околорудные изменения вмещающих пород // Геохимия гидротерм. рудн. ме-
сторождений: Пер. с англ. – Москва: Мир, 1970. – С. 148–211.
Поступило в редакцию 13.08.2009Институт геофизики им. С.И. Субботина
НАН Украины, Киев
O.V. Usenko
Conditions of the formation of a native copper mineralization of the
Volhyn-Podolian plate
The physico-chemical conditions required for forming a native copper mineralization and their
realization in the process of formation of flood basalts of the Volhyn-Podolian plate are considered.
It is shown that the formation of a parahydrothermal copper mineralization occurred at a later
stage of development.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №4 133
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-29558 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T04:54:45Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Усенко, О.В. 2011-12-16T17:42:23Z 2011-12-16T17:42:23Z 2010 Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты / О.В. Усенко // Доп. НАН України. — 2010. — № 4. — С. 128-133. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29558 551.2.03 Розглянуто фiзико-хiмiчнi умови, що необхiднi для утворення самородної мiдi, та їх реалiзацiю в процесi формування толеїтових базальтiв Волино-Подiльської плити. Показано, що утворення парагiдротермальних вiдкладiв мiдi вiдбувалося на iншому етапi, ймовiрно, девонському. The physico-chemical conditions required for forming a native copper mineralization and their realization in the process of formation of flood basalts of the Volhyn-Podolian plate are considered. It is shown that the formation of a parahydrothermal copper mineralization occurred at a later stage of development. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Науки про Землю Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты Conditions of the formation of a native copper mineralization of the Volhyn-Podolian plate Article published earlier |
| spellingShingle | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты Усенко, О.В. Науки про Землю |
| title | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты |
| title_alt | Conditions of the formation of a native copper mineralization of the Volhyn-Podolian plate |
| title_full | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты |
| title_fullStr | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты |
| title_full_unstemmed | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты |
| title_short | Условия образования месторождений самородной меди Волыно-Подольской плиты |
| title_sort | условия образования месторождений самородной меди волыно-подольской плиты |
| topic | Науки про Землю |
| topic_facet | Науки про Землю |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29558 |
| work_keys_str_mv | AT usenkoov usloviâobrazovaniâmestoroždeniisamorodnoimedivolynopodolʹskoiplity AT usenkoov conditionsoftheformationofanativecoppermineralizationofthevolhynpodolianplate |