Некоторые характерные черты медно-порфирового тектогенеза

Считается, что большинство медно-порфировых месторождений образовалось вдоль деструктивных окраин плит над зонами субдукции океанической коры; меньшее число месторождений установлено в орогенах, которые развились в местах столкновения двух континентов. Месторождения тихоокеанских островных дуг могли образоваться в несколько другой обстановке, но и здесь были возможны процессы субдукции. Далее в настоящем разделе следует обзор превалирующих идей по тектогенезу медно-порфировых месторождений с точки зрения тектоники плит и наша оценка некоторых аспектов этого процесса. Более полное рассмотрение тектоники плит и металлогении, было сделано Стронгом; прекрасный обзор литературы, касающейся металлогенеза на деструктивных границах плит, дан Гарсоном и Митчеллом. Среди ранних исследований, посвященных эволюции медно-порфировых месторождений при взаимодействии плит, можно отметив работы Силлитое, Гилда, Перейры и Диксона, Соукинса, Митчелла и Гарсона и Митчелла и Белла. Коротко говоря, некоторые из этих авторов предположили, что медно-порфировые месторождения связаны с поддвиганием океанической коры под континенты, где она расплавляется на глубине, образуя обогащенные металлами и водой известково-щелочные магмы. Возникшие таким образом магмы поднимаются вверх, где в условиях небольших глубин кристаллизуются и становятся магматическими прародителями медно-порфировых систем. Полагают, что металлы медно-порфировых месторождений берут свое начало в основном в хребтах и затем перемещаются как в составе океанической коры, так и тонких слоев осадков на дне океана по направлению к краям плит в результате спрединга. Некоторые металлы могли также выделиться при расплавлении клина мантии между корой и поддвинутой литосферной пластиной.

По мере развития вышеупомянутой теории металлогенеза и геотектоники из нее делались все новые и новые выводы. Мы не собираемся оспаривать положения тектоники плит и ее возможностей для расширения нашего понимания многих аспектов рудогенеза, в частности эволюции медно-порфировых систем; однако в связи с «быстрым распространением этой новой теории» многие хорошо изученные и описанные особенности региональной геологии, геологической истории и металлогенеза оказались упущенными. В частности, особого рассмотрения заслуживает значение результатов взаимодействия гидротермальных флюидов как с плутонами, так и с боковыми породами, а также потенциальное влияние этих взаимодействий на процессы металлогенеза.

Металлогенез. Твердо установлено, что внедрившиеся в верхние горизонты и разбитые трещинами плутоны интенсивно взаимодействуют с вмещающими породами посредством гидротермальных процессов. Это взаимодействие приводит к переносу, по крайней мере частичному, а возможно и значительному, минералообразующих компонентов. В частности, прежде чем принять процесс субдукции в качестве единственного источника порфировых расплавов, энергии, металлов и серы рассматриваемых месторождений, следует более полно понять процессы, которые имеют место на поздних, стадиях остывания внедрившегося порфира. Мы утверждаем, что характер медно-порфировых месторождений может в большей степени зависеть от непосредственного окружения, чем от условий их зарождения.

Действительно, при исследовании медно-порфировых месторождений полевые наблюдения почти всегда свидетельствуют, что в процесс рудообразования вовлекаются боковые породы, а в ряде случаев устанавливается, что этим процессом охватываются площади (или объемы) во много раз большие, чем размеры порфировой интрузии на горизонтах наблюдения. Важным свидетельством этого является характерная рудная зональность и продолжение трещин, сопровождаемых измененными породами, на значительные расстояния от контактов порфировых интрузий. Хотя немного публикаций посвящено миграции химических элементов в порфире и боковой породе, в одной из работ приводятся данные о потерях серы биотитом в процессе пропилитизации боковых пород на месторождении Рей (Аризона). Изучая месторождение подобного типа, Виллас и Нортон убедительно показали, что при циркуляции флюидов в шток Мейфлауер (Юта) привносилось большое количество S, С, К, Mg и H2O; на некоторых месторождениях гор Сан-Хаун, Колорадо, принадлежащих к другому типу, с помощью изучения изотопов свинца было установлено, что боковые породы взаимодействовали с гидротермальными флюидами.

С проблемами гидротермального рудогенеза связан вопрос об источнике металла и серы медно-порфировых месторождений. Исходя из положения, что источником этих компонентов является океаническая литосфера, Силлитое и Соукинс рассматривают медно-порфировое месторождение лишь как один из видов рудных тел среди большого семейства различных типов месторождений, которые в региональном плане располагаются зонально. Силлитое предположил, что тональность различных рудных месторождений Перуанских Анд связана с последовательным плавлением разных частей наклонной пластины поддвигающейся океанической литосферы. Однако позднее он отметил, что процессы, в результате которых происходит «последовательное освобождение металлов», все еще «довольно малопонятны». Роль источника металлов медно-порфировых месторождений юго-западной части Северной Америки также приписывалась поддвинутой пластине, хотя эта теория была опровергнута. С другой стороны, многие исследователи подчеркивали отсутствие ясных доказательств того, что порфировые расплавы и металлы имеют общее происхождение и что свинец в месторождениях медно-порфировой провинции запада США своим происхождением связан с океанической литосферой, подвергшейся субдукции.

Наряду с медью медно-порфировые месторождения содержат молибден, драгоценные и другие металлы, включая вольфрам, цинк и свинец; однако большинство из них присутствуют в столь низких концентрациях, что извлекать их не имеет смысла. Относительные концентрации меди, молибдена и золота в месторождениях приводятся в работах Кеслера и Титли, где обсуждается их связь с вариациями геотектонической обстановки. В них демонстрируется явное различие между месторождениями Северо-Американского кратона и месторождениями Карибского региона и Филиппин, а также островных дуг юго-западной части Тихого океана (рис. 19, а), что лучше всего видно по величинам весовых отношений золота и молибдена. Месторождения на островах богаче золотом и, что особенно важно, беднее молибденом. В рассмотренных регионах, которые включают богатое золотом и бедное молибденом месторождение Бисби (Аризона), а также некоторые месторождения тихоокеанских островов с относительно высоким отношением молибдена к меди, имеются некоторые исключения из этого общего правила.

В то же время в геологически сложном регионе Канадских Кордильер, характеризующемся многократными проявлениями магматизма, которые происходили вплоть до раннего мезозоя, медно-порфировые месторождения обнаруживают явные отличия от вышеперечисленных месторождений по соотношениям концентраций трех упомянутых элементов (рис. 19, б). Этот регион, где имеются многочисленные молибденовые порфировые месторождения, включает порфировые системы, которые явно относятся к медно-молибденовым, медно-золотым и медно-молибден-золотым. Юрские месторождения в порфирах щелочного ряда характеризуются ассоциацией меди и золота. Таким образом, существуют очевидные различия между группами месторождений в регионах, которые не могут быть однозначно соотнесены со специфическими геотектоническими условиями. Однако остаются другие особенности, важность которых оценена еще не полностью. Например, поскольку на некоторых месторождениях наблюдается вертикальная зональность в изменении пород и распределении металлов, уровень вскрытия оруденения мог оказать влияние на данные, приведенные на рис. 19.

Наследование металлов от первичного порфирового источника изучалось лишь в немногих местах. Грейбил, обнаружив в плутонах Корнилия(Axo) и Патагония (Ред-Маунтин и др.) биотиты, обогащенные медью, доказывал, что источником этого металла были порфиры. Напротив, Кеслер и др. получили отрицательную корреляцию содержания меди в биотитах продуктивных и непродуктивных систем Карибского региона (содержания меди понижены именно в биотитах продуктивных систем). Фейсс, говоря о магматическом происхождении меди, отметил, что различия между продуктивными и непродуктивными интрузиями могут быть обязаны разнице в химизме пород. Основываясь на анализах, приведенных в литературе, он предположил, что вариации отношений глинозем/щелочи отражают способность октаэдрических позиций извлекать медь из расплава. Ранние ферро-магнезиальные минералы из интрузии, содержащей медь, должны бы быть более бедными этим металлом, чем ферромагнезиальные минералы безрудных интрузий. Несколько иные результаты были получены Мейсоном и Фейссом для пород из юго-западной части Тихого океана; ими обнаружено значительное перекрывание отношений глинозем/щелочи в безрудных и продуктивных интрузиях.

Высказывались предположения, что происхождение металлов связано с магматическими источниками, не имеющими отношения к субдукции. Эти источники могут находиться в мантии, крайняя гетерогенность которой порождает различия в содержании металлов в различных регионах. О прямом участии в рудообразовании мантийных пород вместе с нижней корой свидетельствуют данные по изотопам свинца на месторождениях Сан-Хуан, Колорадо; кроме того, считается, что свинец в комплексных месторождениях цветных и драгоценных металлов района Сан-Хуан, по крайней мере частично, происходит из вмещающих пород. Туэто также полагал, что и молибден, и вольфрам контактовых зон докембрийских интрузий могли быть унаследованы более молодыми наложенными месторождениями Колорадо. Металлогеническая унаследованность из кристаллических пород предполагалась также для мезозойских и более молодых месторождений Анд.

Необходимость в более ясном понимании явлений генезиса медно-порфировых месторождений, в частности процесса вовлечения боковых пород в рудообразование, совершенно очевидна. Хотя металлы действительно могли иметь своим источником порфировые магмы, попытки доказать это остаются неубедительными.

Некоторые аспекты истории тектоники плит. Медно-порфировые месторождения (и одновозрастные с ними магматические интрузии) обрамления Тихоокеанского бассейна располагаются на деструктивных окраинах плит. Позиция месторождений юго-запада Северной Америки, находящихся сейчас в 600 км к востоку от береговой линии, остается некоторым загадочным исключением из общего правила; происхождение этих месторождений в результате явлений тектоники плит дебатировалось Лоуэллом и Силлитое. Однако кое-где в регионах тихоокеанского обрамления пространственно-временные соотношения интрузивной и экструзивной магматической активности и истории движения плит, установленные многими исследователями, позволили прийти к выводу о наличии определенной связи медно-порфировых месторождений по крайней мере с некоторыми явлениями тектоники плит.

Большинство исследователей отмечают, что высокие скорости сближения плит совпадают с эпизодами усиленной магматической активности на краях континентальных и других плит. Менее ясным и значительно более трудным для расшифровки представляется влияние таких высоких скоростей сближения на различные тектонические явления в надвинутой плите — явления, которые, возможно, каким-то образом связаны и со скоростью сближения, и с его характером (косонаправленным или нормальным). Именно характер деформации верхней плиты мог местами и временами контролировать внедрение и размещение медно-порфировых плутонов в приповерхностных частях коры. Однако непросто определить характер деформации, происходившей в различные времена во многих регионах; трудности возрастают при переходе ко все более древним регионам. Тем не менее некоторые причинно-следственные соотношения между характером сближения и его результатами были установлены. Возникновение батолитов мезозойского возраста в восточной части тихоокеанского обрамления относится к временам высоких скоростей сближения плит.

Согласно Ларсону и Питману, высокие скорости сближения Тихоокеанской плиты с Южной Америкой — 180 млн. лет назад привели к поддвиганию плиты под Южную Америку. Эти авторы указали также на то, что внедрение батолитов в южной части Анд совпадает с временем высоких скоростей сближения, связанных с началом спрединга на границе Тихоокеанской плиты и плиты Феникс в интервале времени от 130 до 110 млн. лет назад; высокие скорости сближения Тихоокеанской плиты и Южной Америки устанавливаются и для интервала времени между 110 и 85 млн. лет, что происходило в результате расширения Южной Атлантики. Этим периодам спрединга соответствует внедрение батолитов и в Северной Америке, где скорость поддвигания вдоль некоторых участков западного побережья, по Гамильтону, составляла 10 см в год.

Западные края Северной и Южной Америки различны по характеру своего развития в мезозое. В Северной Америке ранний мезозой был временем, в течение которого имела место некоторая аккреция древнего края континента, завершившаяся, по-видимому, в юре. И лишь затем последовала субдукция под Южно-Американский континент; в течение большей части мезозоя и в раннем кайнозое доминировало сближение. Древнейшие интрузии и порфировые системы (возраст 185—200 млн. лет) могли отражать самые ранние события мезозойской истории плит. Много месторождений такого древнего возраста имеется в Кордильерах Британской Колумбии, происхождение различных пород в этой тектонически сложной обстановке было поставлено под сомнение Кони и др. Данные месторождения включают медно-золотые порфировые системы среди бедных кварцем щелочных пород. Нильсен полагал, что породы образовались в тектонических условиях тыловодужного спрединга, при котором были активны процессы рифтообразования и тектонического расширения. О наличии медно-порфировых систем такого древнего мезозойского возраста в Южной Америке сообщений нет.

В бассейне Тихого океана интенсивное образование медно-порфировых месторождений имело место в течение ларамийского времени, но с тех пор рудообразование было эпизодическим. В Северной Америке ларамийское время ознаменовалось переходом от косонаправленного сближения континента и плиты Фараллон (более 80 млн. лет назад) к почти нормальному сближению и большим возрастанием скорости чистого сближения. Результаты такого рода сближения в Северной Америке были рассмотрены Кони, Липманом и др., Кристиансеном и Липманом и Диккинсоном; высокие скорости сближения в течение ларамийского времени сопровождались образованием выравненной зоны субдукции. Хейдрик и Титли утверждали, что характер сближения в течение этого периода обусловил эпикрустальное расширение на юго-западе Северной Америки, что обеспечило быстрый и легкий доступ порфировым магмам в приповерхностные части коры. Ларамийский период был временем, в течение которого медно-порфировые системы развились и в других регионах, в частности в Андах, Канадских Кордильерах и на Филиппинах.

Перерыв тектонической активности, равный примерно 10 млн. лет и имевший место в интервале времени от — 45—50 млн. лет до — 35—40 млн, лет назад (см. рис. 17), грубо соответствует времени предполагаемого изменения в положении полюса вращения Тихоокеанской плиты в пределах Императорского хребта. Конфигурация Американской и Тихоокеанской плит в конце ларамийского времени (—40—50 млн. лет назад) могла быть такой, какой она изображена на рис. 20 по данным Атуотера. На рисунке показано расположение ларамийских медно-порфировых провинций Северной Америки, которые образовались — 50 млн. лет назад, и изображена геометрическая форма структур западного побережья Северной Америки, какой она могла развиться в результате средне- и позднетретичного косонаправленного сближения.

Хотя в юго-западной части Северной Америки медно-порфировые месторождения в общем перестали образовываться примерно 45 млн. лет назад (исключая Бингем и Батл-Маунтин), в других частях Тихоокеанского обрамления продолжали формироваться порфировые интрузии и, как следствие Этого, возникали многочисленные медно-порфировые месторождения (рис. 17). Медленная скорость сближения Тихоокеанской и Северо-Американской плит, установившаяся ~40 млн. лет назад, соответствует периоду затухания интрузивной магматической активности; однако в других частях Тихоокеанского обрамления она продолжалась. В Перу, как полагает Нобл и др., Инкский интрузив и орогеническая активность были связаны с изменением относительного движения Тихоокеанской плиты. Это событие, имевшее место примерно 37—41 млн. лет назад, привело к сжатию, поднятию и деформации. Его время близко соответствует времени формирования Месторождений Потрерильос и Эль-Сальвадор в Чили. Вспышка интрузивной Деятельности в это время фиксируется также по данным радиологических возрастных измерений в других регионах восточной части Тихого океана; рудные тела в Батл-Маунтин в Неваде и Бингем-Каньон в Юте, видимо, также являются продуктами этой молодой эпохи.

Один из потенциально важных аспектов истории Тихоокеанской плиты связан со спредингом Восточно-Тихоокеанского поднятия и его антецедентных образований. В интервале времени 20—90 млн. лет назад спрединг происходил на месте как современного, так и погребенного Восточно-Тихоокеанского хребта. Последствия высокой скорости спрединга вдоль хребтов во многих частях южнотихоокеанских бордерлендов описаны не были, но в течение последних 20 млн. лет многообразные интрузии, включая тела, с которыми связано медно-порфировое оруденение, внедрялись как в Южной Америке, так и на юго-западе Тихого океана. В северной части Тихого океана Шолл и др. отмечают сильную вспышку магматической активности на Алеутских островах в промежутке времени между 10 и 16 млн. лет назад; в течение этого же периода внедрились крупные батолиты Новогвинейского мобильного пояса.

Спрединг на погребенном хребте прекратился 9 млн. лет назад, что по времени соответствует прекращению или перерыву магматической активности в вышеописанных регионах. Однако во многих регионах активность возобновилась примерно 9 или 10 млн. лет назад. На Новой Гвинее мощный импульс магматической активности начался — 6 млн. лет назад; затем наступило время, когда возросшие скорости спрединга на хребте к югу от Австралии обусловили, как полагают, перемещение Австралийской плиты в северном направлении над Тихоокеанской плитой.

В некоторых местах, но не везде, время высоких скоростей сближения коррелируется с временем внедрения батолитов и мелких плутонов, ассоциирующихся с медно-порфировыми системами. Можно предположить несколько возможных соотношений. Одна из возможностей состоит в том, что медно-порфировые месторождения действительно располагаются вместе с батолитами, но прибрежные батолиты Западного полушария исчезли в связи с процессами воздымания, размыва и выветривания. Молодая (~10—14 млн. лет) система Йандера (Папуа — Новая Гвинея) располагается в пределах, точнее, в краевой части батолита Бисмарка, а в Перу разведываемая вдоль берега севернее Лимы медно-порфировая минерализация, по-видимому, ассоциируется с прибрежным батолитом. Второй альтернативный вариант соотношений требует более детального понимания механизма спрединга и влияния различных типов сближения и его скоростей на континентальную коровую тектонику. На Новой Гвинее внедрение батолитов происходило одновременно или несколько позже эпизода сближения, приведшего к образованию поперечных разломов несколько более 16 млн. лет назад; батолиты располагаются на пересечении разломов или в зонах незначительного сжатия вдоль крупных разломов. Изменение характера сближения до почти нормального, происшедшее около 10 млн. лет назад, сопровождалось повышением скоростей спрединга в хребтах южнее Австралии и увеличением скорости сближения. Эти изменения, видимо, привели к эпикрустальному растяжению, что облегчило доступ расплавов к приповерхностным частям коры.

Раннетретичное нормальное сближение на северо-восточной окраине Тихого океана открыло путь для сближения, вызвавшего образование сдвигов вдоль границы. На Новой Гвинее высокие скорости нормального сближения сейчас сопровождаются быстрым поднятием полуострова Хьюон (~2 км за млн. лет). Хотя время образования некоторых медно-порфировых месторождений, по-видимому, совпадает с временем высоких скоростей сближения, нам не кажется, что одни эти скорости могут объяснить внедрение порфиров. Безрудные плутоны и батолиты также, по-видимому, внедрялись и были приподняты при тех же или сходных условиях. Мы можем только предполагать, что некоторая комбинация разных типов сближения и скоростей иногда приводит к образованию глубинных разломов в земной коре, за которым может последовать сближение такого рода, которое вызовет быстрое поглощение плиты и некоторые типы тектонического расширения неглубоких частей коры, обеспечив быстрый доступ расплавов в близповерхностные зоны.