Структурные черты интрузивов и способы внедрения молибденовых месторождений типа Клаймакс

Интрузивные серии типа Клаймакс включают в себя многофазные сложные штоки, дайки и брекчии. В соответствии с рекомендациями Северо-Американской комиссии по Стратиграфической номенклатуре термин «интрузивная серия» в данной работе используется вместо употреблявшегося ранее в литературе термина «интрузивный комплекс».

Штоки. Размер и форма сложных штоков, с которыми ассоциируются месторождения типа Клаймакс в штате Колорадо, показаны на рис. 2—5. Самый большой шток (Хендерсон) достигает приблизительно 4500 футов (1400 м) в диаметре, а самый маленький (Маунт-Эммонс) — 1600 футов (500 м). Отдельные порфировые тела внутри сложных штоков обычно имеют цилиндрическую форму и почти вертикальное положение. Многие из них почти круглые в плане, например Центральный массив на месторождении Клаймакс, некк порфиров Ред-Маунтин на месторождении Ред-Маунтин и интрузивы Ред-Леди и Кейстоун на месторождении Маунт-Эммонс. Другие, такие, как Юго-Западный массив на месторождении Клаймакс, имеют более неправильную в плане форму. На месторождении Ред-Маунтин отдельные порфировые тела вытянуты в северо-восточном направлении. Сложный шток Ред-Маунтин сильно расширяется ниже отметки 9000 футов так, что на изученных глубинах он имеет колоколообразную форму.

Дайки. В интрузивных толщах типа Клаймакс обычны радиальные и концентрические дайки. На месторождении Клаймакс крутопадающие дайки внутрирудной группы даек образуют полную и симметричную радиальную структуру, которая, очевидно, располагается в нижней интрузивной толще. На месторождении Ред-Маунтин крутопадающие дайки риолитовых порфиров и дайки, сложенные брекчированными породами, образуют радиальные структуры соответственно вокруг центра интрузива Ред-Маунтин и внутри порфиров Ред-Маунтин. Радиальные дайки вокруг массива Ред-Маунтин более развиты в северо-восточном направлении.

Падающие внутрь концентрические пластовые интрузии связаны с Юго-Западным массивом месторождения Клаймакс. Зарождающиеся концентрические пластовые интрузии также обычны на месторождении Маунт-Эммонс. Крутопадающие концентрические дайки пересекают некк порфиров Ред-Маунтин. Дайки Центрального массива риолитовых порфиров месторождения Клаймакс, имеющие пологое и средней крутости падение кнаружи, залегают над массивом, по его периферии и концентрически вокруг него.

Структурное значение даек. Крутопадающие радиальные дайки и падающие Вовнутрь концентрические пластовые интрузии указывают на то, что максимум сжатия был ориентирован вертикально над куполами магмы типа Клаймакс. Радиальные дайки заполняли трещины растяжения, а концентрические пластовые интрузии трещины скалывания, которые по мере того, как магма заполняла их, становились трещинами растяжения. На месторождении Клаймакс симметричное развитие крутопадающих радиальных даек указывает на то, что максимальное сжатие было почти вертикально, а среднее и минимальное сжатия были практически горизонтальны и почти равны. Однако на месторождении Ред-Маунтин развитие большей части даек в северо-восточном направлении и удлинение отдельных интрузивных тел в этом же направлении позволяют предполагать, что промежуточное сжатие было больше минимального и имело ориентировку СB 80° — в направлении затухания ларамийского сжатия. Падающая кнаружи концентрическая дайка на месторождении Клаймакс, очевидно, заполнила трещины растяжения, вызванные временным ослаблением продвижения вверх Центрального массива.

Брекчии. За исключением месторождения Редуэлл-Бейсин, брекчии занимают небольшой объем в интрузивных системах типа Клаймакс. Среди них выделяются приконтактовые брекчии и брекчии взрыва. Приконтактовые брекчии, известные под названием Джанк-рок, на месторождении Ред-Маунтин граничат с богатыми вкрапленниками кварцевыми порфирами. Они постепенно переходят от смешанной зоны докембрийских гранитов и третичных порфиров снаружи до зоны брекчированных кварцевых порфиров внутри. Эти брекчии утратили присущих им цементирующий материал и интенсивно изменены. В некоторых местах брекчии секутся богатыми вкрапленниками кварцевыми порфирами, а в других местах наблюдается постепенный контакт. Считается, что брекчии Джанк-рок образовались под воздействием внедрения богатых вкрапленниками кварцевых порфиров на более высокие уровни.

На месторождении Ред-Маунтин также встречено несколько тел эксплозивных брекчий. Брекчии Раббл-рок слагают тела неправильной и дайкообразной формы и представлены угловатыми и округлыми обломками, заключенными в тонкозернистой кластической основной массе. Они обнаружены только в приповерхностных условиях. Основная масса брекчий Пик, обнажающихся около вершины Ред-Маунтин в самой верхней сохранившейся части интрузивного центра Ред-Маунтин, сложена вулканическим пеплом. Крутопадающие дайки галечных брекчий содержат в основной массе растертой в пыль породы округлые обломки оруденелой и измененной породы. Близповерхностное положение, неправильная форма, полностью обломочная природа — все это наводит на мысль, что брекчии Раббл-рок могли образоваться при близповерхностном, возможно фреатическом, взрыве, вызванном магматическим разогревом грунтовых вод. Пепловая основная масса брекчий Пик указывает на образование их в субвулканическом некке при взрывном вулканическом извержении. Оруденелые обломки в галечных брекчиях позволяют предполагать, что пострудные эксплозии происходили под рудными телами; это приводило к отрыву минерализованных обломков и выталкиванию их вдоль крутопадающих трещин вверх и в стороны. При перемещении обломки шлифовались, округлялись и, возможно, претерпевали изменения.

Магмо-обломочные породы, слагающие некк и прерывистые радиальные дайки на месторождении Ред-Маунтин, представляют собой микробрекчии кварц-полевошпатовых порфиров. Подобно им радиальные внутрирудные дайки на месторождении Клаймакс являются обломочными по структуре. Большая часть фенокристаллов кварца и полевого шпата, так же как и более мелкие зерна основной массы, угловаты и представлены обломками. Эта структура указывает на то, что радиальные дайки группы магмо-оболомочных и внутрирудных даек были образованы при взрыве. Возрастные взаимоотношения внутрирудных даек предполагают, что они предшествовали образованию Нижнего рудного тела.

Крутопадающие брекчиевые дайки с оруденелыми обломками в основной массе, сложенной темно-серым микрокристаллическим кварцем и молибденитом, сопровождают многие внутриминерализационные дайки на месторождении Клаймакс. Это позволяет предполагать, что взрыв, высвободивший гидротермальные флюиды, сопровождался эксплозивным внедрением обломочных внутрирудных даек порфиров.

Деформация вмещающих пород. Деформации, происходившие при внеддрении штоков, лучше всего проявлены на месторождениях Маунт-Эммонс и Клаймакс, где поверхности напластования и контакты даек соответственно служат маркирующими горизонтами. На месторождении Маунт-Эммонс тонкослоистые (1,3—3,1 см), ороговикованные и гидротермально-измененные сланцы и песчаники мелового возраста меняют направления и углы падения от регионального падения на юго-запад под углом 10—20° до падения вдоль контактов штока под углами 40—70°. Простирания изгибаются концентрически по отношению к контактам штока. Зона сильной деформации прослеживается в сторону от штока по крайней мере на 150 м. Углы падения закономерно уменьшаются с увеличением расстояния от штока, т. е. можно предполагать, что осадочные породы были деформированы до того, как были разбиты трещинами и повернуты (рис. 4).

На месторождении Клаймакс деформация докембрийских вмещающих пород проявилась в искривлении дорудных кварц-монцонитовых даек. Эти дайки имеют ларамийский возраст и сложены порфирами, широко распространенными в районе Клаймакс. Они не связаны со значительно более молодым магматизмом и импульсами рудообразования на Клаймаксе. Две главные почти вертикальные дайки меридионального простирания, сложенные порфирами Линкольн, изогнуты, а несколько первоначально полого залегавших даек, сложенных порфирами Элк-Маунтин, изогнуты в виде свода и исчезают над штоком Клаймакс (рис. 8). Смещение даек Элк-Маунтин около вершины штока составляет приблизительно 480 м. Резко выраженная сланцеватость в дайках определяется по линейности минералов в основной массе, особенно биотита и непрозрачных минералов, и по катакластическому удлинению и уплощению фенокристаллов кварца. Эта сланцеватость, параллельная контакту Центрального массива штока Клаймакс, возможно, произошла при сдвиге, который сопровождал куполообразование и искривление.

При деформации дорудных вмещающих пород были сформированы породы последовательных фаз сложного штока. Внешняя зона Центрального массива имеет хорошо развитую сланцеватость около докембрийского контакта, определяемую по фенокристаллам кварца, вытянутым и уплощенным до соотношения длина : толщина 10 :1 или чаще 3:1. Удлинение и уплощение, вероятно, являются результатом пластической и катакластической деформаций, за которыми потом следовало прокаливание, приведшее к возникновению сложных фенокристаллов с неодновременным оптическим погасанием. Сдвиг и сжатие, по-видимому, были переданы фенокристаллам весьма вязкой, почти застывшей магмой внешней оболочки интрузива по мере того, как более горячая, менее вязкая магма внутри оболочки продолжала давить вверх и наружу. Некоторые ранее сформированные жилы на контакте с Центральным массивом имеют складчатую структуру, связанную с незначительной пластической деформацией, происходившей после трещино- и рудообразования.

Контакты и ксенолиты. Вообще говоря, внешние контакты всех четырех интрузивных серий типа Клаймакс в штате Колорадо являются резко выраженными. Однако местами на месторождении Клаймакс некоторые контакты из-за сильной калишпатизации и (или) окварцевания настолько неясные, что ранние исследователи предполагали метасоматическое происхождение интрузивов Клаймакс путем гранитизации.

Местами в различных фазах интрузивов, таких, как порфиры Праймос на месторожденпп Хендерсон и Юго-Западный массив на месторождении Клаймакс, присутствуют ксенолиты вмещающих пород. На месторождении Маунт-Эммонс ксенолиты встречаются во всех фазах штока, практически около их контактов. Ксенолиты обычно имеют угловатую форму. Размер их колеблется в пределах от 2,5 см до 10 м в поперечнике, но значительная часть их меньше 1 м в поперечнике.

Большая часть ксенолитов в штоке Маунт-Эммонс представляют собой обломки роговиков из вмещающих формаций Месаверде и Манкос и обломки риолитовых порфиров и пластовых интрузий третичного возраста. Только в немногих местах обломки, сложенные породами ранних фаз штока, содержатся в породах более поздних интрузивных фаз. Ни одного ксенолита глубинных пород здесь не было отмечено. В большинстве случаев ксенолиты на месторожденпп Маунт-Эммонс имеют резкие контакты с вмещающими изверженными породами и сохранили свои первоначальные метаморфические или магматические структуры. Однако ксенолиты в самых ранних интрузивных фазах штока обнаруживают некоторую ассимиляцию, и контакты их постепенны, переход происходит на расстоянии до 2,5 см. Некоторые из ксенолитов имеют смешанные магматические и метаморфические структуры, что указывает на частичное преобразование вещества.

Системы трещин, связанные с внедрением штоков, наиболее полно изучены на месторождении Хендерсон, где рудничные работы на горизонте 8100 позволили проанализировать примеры трещин, развитых в отдельных куполах в юго-западном выступе штока порфиров Праймос (рис. 9—13). Для анализа данных исследованная площадь на горизонте 8100 была разделена на квадраты со стороной 75 м. Полюсы жил, сбросов и трещин для каждого квадрата были нанесены на сетки Шмидта, а максимумы плотности были оконтурены. На рис. 9 показан пример типичных диаграмм трещин. Для того чтобы лучше показать данные о трещиноватости, средние положения максимумов плотности, равные 5% или более, были трансформированы в направления простираний и падений и нанесены на карты, что и показано на рис. 10—13. В 23 квадратах было проанализировано положение 1720 жил. Измерявшиеся жилы относительно протяженные, а прожилки штокверкового типа, содержащие большую часть молибденита, самые многочисленные и прерывистые. Большинство из промеренных жил содержат пирит, кварц и молибденит. Хотя встречались жилы шириной до 15 см, большая часть была менее 1,2 см. Лучше других развиты радиальные жилы, но были зафиксированы слабо развитые жилы концентрического и северо-восточного простирания (рис. 10—12). Радиальные и концентрические жилы расположены в юго-западном куполе интрузива Праймос. Северо-восточная сеть трещин расположена над всей интрузией Праймос, которая также вытянута в северо-восточном направлении (рис. 9). Хотя большая часть концентрических жил имеет крутое падение, некоторые относительно мощные жилы (от 2,5 до 7,5 см) падают полого кнаружи. Крупнокристаллический молибденит, кварц и флюорит, развитые в этих жилах, указывают на механизм заполнения открытого пространства трещин растяжения.

Простирания 3000 сбросов мощностью 15 см, измеренные на горизонте 8100 футов, совпадают с примером, приведенным на рис. 13. Под сбросом понималась любая трещина, независимо от ширины или протяжения, в которой проявлено перемещение. Некоторые сбросы, вероятно, протягиваются вертикально более чем на 17 м, отделяя забой и продуктивные уровни, и немногие, вероятно, протягивались на расстояние до 600 м по простиранию, но большая часть сбросов образует прерывистую сеть небольших трещин. В порфирах Юред более 80% сбросов шире 15 см и приблизительно 95% сбросов с вертикальным и горизонтальным протяжением являются радиальными по отношению к юго-западному выступу массива Праймос. Радиальный сброс также присутствует в краевой фазе Праймоса, но развит не так хорошо. Несмотря на то что установлены слабо развитые концентрические сбросы, большинство главных и второстепенных сбросов являются радиальными.

Более 95% сбросов оруденелые, и во многих из них обнаруживаются доказательства многократного рудообразования. Характерно, что более крупные сбросы содержат молибденит вдоль стенок, причем более поздний молибденит обычно с пиритом, флюоритом, родохрозитом, сфалеритом, галенитом, гематитом и глинами располагается во внутренних частях по отношению к раннему молибдениту. В молибденитсодержащих сбросах часто наблюдаются зеркала скольжения, а в некоторых местах видны многочисленные направления погружения штриховки.

Системы радиальных, концентрических и северо-восточных трещин повторяют ориентировку жил и минерализованных сбросов (рис. 9—13), но в этих трещинах не видно следов перемещения и они не минерализованы.

Происхождение трещин. Радиальные жилы и сбросы, проходящие по периферии юго-западного выступа интрузива Праймос, вероятно, произошли при радиальном растрескивании в процессе растяжения над давящим вверх куполом. Слабо развитая сеть радиальных сбросов в краевой фазе Праймоса, вероятно, сформировалась в результате давления, вызванного несколько более поздним внедрением богатой вкрапленниками фазы Праймос. Очевидно, одновременно с образованием радиальных трещин и (или) сразу после него происходил приток гидротермальных флюидов, из которых отложились руды, выполнившие жилы, и жильные минералы.

На месторождении Ред-Маунтин серия жил северо-восточного простирания, вероятно, образовалась путем разрушения при растяжении над хребтом того же простирания интрузива Праймос. Жилы, полого падающие в стороны, образовались в трещинах растяжения, которые определяют ослабление в направленном вертикально давлении. Такое ослабление давления, возможно, произошло при сжатии и (или) незначительном сокращении интрузива, вызванном потерей летучих, кристаллизацией и (или) остыванием.

Таким образом, трещины радиальной, концентрической и северо-восточной систем произошли главным образом в результате воздействия сил внедрения штока. Малопротяженные трещины, образующие штокверк, произошли путем гидрорастрескивания, порожденного давлением гидротермальных флюидов, которые выделялись из кристаллизующихся магм.

Поскольку трещины повторяют радиальную, концентрическую и северо-восточную ориентировку жил и сбросов, они могут отражать подобные ориентировки давления. Однако трещины являются пострудными. Следуя предположению Прайса, мы считаем, что эти трещины образовались при пост-тектоническом и пострудном высвобождении энергии напряжения и сопровождающих ее давлений, которые накопились в породе во время стадии уменьшения вертикального сжатия, связанного с внедрением интрузива Праймос и рудообразованием на месторождении Хендерсон.

Глубина внедрения. Определение глубины внедрения интрузивных серий типа Клаймакс в Колорадо и связанных с ними месторождений основано на воссоздании литологических разрезов и восстановлении эрозионных уровней третичного возраста. На месторождении Клаймакс восстановление плоскости докембрийско-палеозойского несогласия (от восточного фланга и вершины хребта Тенмайл до Центрального массива штока Клаймакс) показало, что вершина Центрального массива расположена приблизительно на 480 м ниже предполагаемого несогласия. Восстановленный перекрывающий палеозойский разрез на этой площади составил приблизительно 1500— 2100 м. Кроме того, многочисленные пластовые интрузии кварцевых монцонитов третичного возраста, которые внедрились в толщу палеозойских пород раньше штока Клаймакс, в совокупности имеют мощность от 300 до 600 м. Шток Клаймакс по возрасту относится к олигоцену — раннему миоцену, поэтому Уоллес и др. считают, что предолигоценовая эрозия снесла все кайнозойские и мезозойские осадочные породы и, видимо, часть палеозойского разреза. Если сложить мощности перекрывающих докембрийских пород, палеозойских пластов и раннетретичных пластовых интрузий, то вершина Центрального массива штока Клаймакс окажется на глубине между 2300 и 3200 м, под олигоценовой поверхностью. Так как доэрозионная вершина Верхнего рудного тела месторождения Клаймакс находилась на 300 м выше вершины Центрального массива, глубина образования Верхнего рудного тела, вероятно, находилась в интервале между 2000—3000 м ниже дневной поверхности.

На месторождении Хендерсон вертикальные столбы порфиров с ассоциирующимися брекчиями указывают на близповерхностное внедрение и выброс магматических продуктов в атмосферу. По мнению Огдена Туэто, вершина месторождения Ред-Маунтин во время рудообразования находилась приблизительно на 600 м ниже дневной поверхности. Эта оценка основана на следующих положениях: 1) согласные вершины хребтов и гор вокруг Ред-Маунтин представляют собой предолигоценовую эрозионную поверхность, которая была приподнята и расчленена; 2) эрозионное понижение вершин в междуречье очень незначительно; 3) бескальдерный кремнистый вулкан от малого до среднего размера возвышался над эрозионной поверхностью.

Рудное тело Юред залегает между 150 и 420 м, а рудное тело Хендерсон — между 1100 и 1650 м ниже современной вершины Ред-Маунтин. Таким образом, рудное тело Юред, вероятно, образовалось на глубинах между 750 и 1000 м, а рудное тело Хендерсон — между 1700—2250 м.

Минимальная глубина внедрения (570) м для штока Маунт-Эммонс определена по современной мощности перекрывающей позднемеловой формации Месаверде (400 м) и раннетретичных формаций Огайо-Крик (120 м) и Уосатч (60 м). С другой стороны, наибольшая глубина может быть равна 3100 м, если принять максимальные мощности осадочных и изверженных пород, как они были определены Гаскиялом и др. в Уэст-Элк-Маунтинс. Однако трубка взрыва Редуэлл указывает на выброс в атмосферу магматических продуктов, который предполагает, что истинная глубина внедрения систем Редуэлл и Маунт-Эммонс была скорее ближе к 570 м, чем к 4100 м. Принимая во внимание, что рудное тело Маунт-Эммонс лежит над и вокруг вершины купола штока Маунт-Эммонс (рис. 4), глубина рудообразования была приблизительно равна глубине внедрения штока.

Таким образом, литологические, структурные и геоморфологические реконструкции, вместе с доказательствами магматических выбросов в атмосферу, указывают на относительно неглубокие, субвулканические условия формирования (на глубинах более 570 м, но, вероятно, менее 300 м) интрузивов Клаймакс в Колорадо и связанных с ними рудных месторождений.

Способы внедрения. Деформация глинистых сланцев на месторождении Маунт-Эммонс указывает на то, что вмещающие породы оттеснялись в стороны по пути внедрения магмы. Искривление, утонение и изгиб вверх даек над штоком Клаймакс предполагают сильное продвижение вверх. Листоватость фенокристаллов кварца в Центральном массиве месторождения Клаймакс отражает пластическую деформацию, вызванную поздним импульсом магмы из внутренней части штока. Ксенолиты в некоторых интрузивах, в особенности на месторождении Маунт-Эммонс, указывают на магматическое обрушение. Радиальные жилы, сбросы и трещины, расположенные на юго-западном выступе штока Праймос на месторождении Хендерсон, регистрируют вертикальное давление над напирающим вверх интрузивом Праймос. Концентрические трещины, и в частности их пологое падение в стороны, вероятно, явились результатом сжатия и (или) сокращения нижележащих интрузивов, что было вызвано потерей летучих компонентов, кристаллизацией и (или) остыванием.

В заключение следует сказать, что интрузивы типа Клаймакс в штате Колорадо были внедрены на высокие уровни земной коры при раздвижении в стороны вмещающих пород, их изгибании вверх и обрушении.