Ртуть благодаря существующим высокочувствительным методам ее определения может быть в настоящее время определена практически в любом природном объекте. Наличие ртути в различных геологических образованиях и широкое ее участие в гидротермальных процессах позволяют использовать этот элемент не только при рассмотрении собственно ртутного рудообразования, но и для решения многих общих вопросов рудогенеза, а также в качестве универсального элемента-индикатора при поисках месторождений различных типов.
Первое монографическое описание геохимии ртути приведено А.А. Сауковым в монографии, широко известной в России и за рубежом. Впоследствии появилось большое число работ, посвященных отдельным вопросам геохимии этого элемента. Наиболее полными литературными сводками являются «Mercury in the Environment» (1970), «Mercury in the natural Environment: a reviev of recent work» (Jonasson, 1970), «Mercury» (Grdenic, Tunell, 1970). Описание геохимии ртути, основанное на оригинальном материале о ее поведении в различных природных процессах, дано в книге «Очерки геохимии ртути».
Ниже приводятся основные сведения о геохимии ртути, ее рассеянии и концентрации применительно к основной задаче — выяснению роли различных природных процессов в качестве рудогенерирующих.
Предварительно укажем, что кларк ртути должен быть понижен по сравнению с оценками прошлых лет: А.А. Сауков, впервые рассчитавший его, указывал величину 7,7*10в-6 %, по данным Дж. Грина он равен 6*10в-6 6%, а по данным А.П. Виноградова (1962), 8,3*10в-6 %. На основании последних данных мы оцениваем его в 4,5*10в-6 %; эта цифра рассчитана с учетом базальтовых пород океанических впадин. Близкое значение 5*10в-6 % приведено И.К. Джонассоном и Р.В. Бойлем. Для континентальной коры Г. Маровский и К.X. Ведеполь дают еще более низкую величину — 3*10в-6 %.
Процессы осадкообразования и литогенеза. Процессы современного осадкообразования освещаются на примере океанических и морских бассейнов.
Океанические осадки содержат в общем повышенные (среднее 3*10в-5 %) концентрации ртути по сравнению с кларком (Сауков и др., 1972). Наиболее детально в этом плане изучен Атлантический океан. Среднее содержание ртути в его донных отложениях может быть оценено, по нашим данным, в 3,8*10в-6 % (по 60 пробам); близкое значение, равное 4,1*10в-5 % (32 пробы), приводят С. Астон с коллегами. Особенно выделяются красные глины: среднее содержание ртути в них составляет 1*10в-4 %; повышенные концентрации отмечаются также в марганцевых конкрециях — до 2*10в-4 % .
Обогащение океанических осадков и марганцевых океанических конкреций малыми элементами некоторые исследователи связывают с подводной вулканической деятельностью. При этом, однако, следует учесть благоприятные факторы собственно осадочного литогенеза в океанических бассейнах. К ним относятся: малая скорость осадконакопления, громадные размеры океанов и соответственно хорошая сортировка материала. Благодаря этому тонкие глинистые частицы, проходя многокилометровую толщу воды, сорбировали значительные количества ртути. Сорбция в дальнейшем продолжалась в илу, возможно, с участием вулканогенных поступлений. Обогащению способствовал и малый объем осадков.
В некоторых участках океанов роль вулканических эманаций в накоплении ртути могла быть определяющей. В этом отношении заслуживают внимания данные Р. Харриса о различии содержаний ртути в океанических марганцевых конкрециях в зависимости от интенсивности проявления вулканической деятельности в районе их образования. Нельзя исключить также газовый подток ртути из глубин Земли и возможную связь повышенных ее содержаний в осадках с зонами, характеризующимися высоким тепловым потоком. Такова, очевидно, природа повышенных концентраций ртути в осадках Восточно-Тихоокеанского поднятия.
Более интересны с точки зрения сопоставления с отложениями прошлых эпох данные по морской седиментации. Наиболее высокими содержаниями ртути отличаются осадки Черного моря: пределы содержаний 5*10в-5—1*10в-4 %, среднее 5,8*10в-5% (рис. 6). Это значительно выше, чем в осадках Каспийского и Охотского морей, где содержания ртути находятся в пределах 1*10в-6 — 1*10в-6 % .
Причина повышенных содержаний ртути в осадках Черного моря заключается в значительном сероводородном заражении вод этого бассейна (количество H2S у дна достигает 6 см3/л), способствующем высаживанию ртути совместно с сульфидами железа.
В поверхностном слое осадков современных морей и океанов ртуть выявляет тесную связь с глинистой фракцией, где она сорбируется илистыми частицами и осаждается с сульфидами железа. Ho уже при процессах раннего диагенеза, еще в рыхлом осадке, происходит ее перераспределение, отчетливо фиксируемое по колонкам донных отложений: связь ртути с глинистой фракцией утрачивается, а более поздние процессы диагенеза приводят к дальнейшему ее перемещению. Эти материалы, а также данные о концентрации ртути в диагенетических конкрециях гидроокислов марганца, сульфидов и барита однозначно свидетельствуют об участии ртути в диагенетической миграции вещества.
В литифицированных осадочных породах содержание ртути зависит от количества присутствующего в них вулканогенного материала. Для пород нормально-осадочного литогенеза оно в среднем близко к кларку (3*10в-6 % на Русской платформе), для пород вулканогенно-осадочного литогенеза, где вулканический материал резко преобладает, содержание ртути заметно повышается (в 3 раза в Восточно-Камчатском прогибе по сравнению с Русской платформой). В обоих типах литогенеза не наблюдается приуроченности ртути к какому-либо одному из главных типов осадочных пород: песчанистым, глинистым или карбонатным. Это необходимо особо подчеркнуть, так как все построения сторонников осадочной или осадочно-метаморфогенной гипотез источника ртути в гидротермальных месторождениях обычно основывались на существовавшей ранее завышенной цифре кларка ртути в глинистых породах.
Следует отметить, что среди осадочных образований формируются породы, обогащенные ртутью. Это в первую очередь сульфидсодержащие отложения (медистые сланцы и песчаники). Особого внимания благодаря региональному распространению заслуживают сланцы мансфельдского типа. Содержание в них ртути может быть оценено в стотысячные — первые десятитысячные доли процента — по данным Штока, приведенным в монографии А.А. Саукова; по работам Г. Маровского и К. Ведеполя; и материалам автора. Эти сланцы представляют собой образования открытого моря и по условиям отложения сопоставимы с осадками Черного моря. Несколько меньшие, хотя и повышенные, значения ртути отмечаются в медьсодержащих сланцах Польши, песчаниках и известняках Татарии. He исключено, что эти образования при метаморфизме могут выделять заметные количества ртути.
К числу других пород — концентраторов ртути относятся некоторые гидроокисные марганцевые, железные и алюминиевые руды. Для этих образований важное значение имеют содержание ртути в исходном материале, который подвергался окислению, и масштаб процесса выноса других элементов, что приводит к концентрации ртути в рудах соответствующего состава.
В отношении каустобиолитов известно следующее. Некоторые горючие сланцы (Прибалтика, Поволжье) характеризуются повышенными содержаниями ртути (среднее n*10d-5 %). В углях фоновые содержания ртути ниже и обычно составляют миллионные — первые стотысячные доли процента. При этом наблюдается четкая корреляция между содержанием ртути и количеством сульфидов железа, которые являются хорошими ее концентраторами. Содержания ртути в углях становятся более высокими, если они подвергаются воздействию гидротермальных растворов и газов, поскольку углистое вещество является прекрасным сорбентом ртути. В этом отношении показательна угленосная провинция Донбасса, где содержание ртути в углях в связи с ртутным рудообразованием возрастает до n*10в-4—n*10в-3 и даже до n*10в-2 %.
Содержания ртути в нефтях вне связи с гидротермальным рудообразованием и активным тектогенезом также невысокие — в основном n*10в-6 и n*10в-5%. И только в случае пространственного совмещения проявлений ртутной минерализации с нефтеносными полями (по глубинным разломам) отмечаются высокие содержания ртути в нефтях. Это особенно наглядно проявлено в Калифорнии, где содержание ртути в нефтях месторождения Цимрик достигает 2*10в-3 %. В том случае, когда нефть ассоциирует с ртутными рудами (так называемые пенистые жилы в ртутных месторождениях Калифорнии), ее содержание достигает сотых долей процента. Подток ртути из глубин Земли происходит и в настоящее время по зонам глубинных разломов при активизации этих структур. Таково, по-видимому, происхождение ртути (1*10в-4 %) в нефтях Битковского месторождения в Предкарпатье.
Процессы метаморфизма. Ртуть является легколетучим элементом, поэтому естественно было бы ожидать, что при термальном метаморфизме осадочных пород может происходить ее перераспределение и отгонка. Однако существующие данные по измененным породам с близкларковыми содержаниями ртути не показывают заметного ее выноса в процессе метаморфизма. Приведем некоторые примеры сначала для регионального, а затем и локального метаморфизма.
Породы зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций Эскола в KMA и Кривом Роге не различаются заметно по содержаниям ртути. Геохимический фон для пород, образовавшихся по осадкам различного исходного состава — глинистым, песчанистым, карбонатным и кремнистым, соответственно равен (3,4; 3,3; 2,0 и 3,4)*10в-6 % (см. рис. 6). He установлено также четкой разницы для пород одного и того же исходного состава, но соответствующих по температуре разным ступеням метаморфизма. Так, для трех разновидностей сланцев, образовавшихся по глинистому субстрату — тальк-биотит-кварцевых, биотит-кварцевых и биотит-кварцевых с гранатом, — содержания ртути очень близки и соответственно равны (2,9; 3,8 и 3,5)*10в-6 % .
Отсутствие заметного высвобождения ртути при метаморфизме осадочных пород до зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций показано также на примере Приполярного Урала и Памира.
Что касается поведения ртути на более высоких ступенях регионального метаморфизма, то об этом можно судить по содержаниям ртути в архейских породах, рассматривая их как продукты ультраметаморфизма осадочных пород. Такого взгляда на архейские породы вслед за В. И. Вернадским придерживаются многие исследователи. В архейских породах KMA и Кривого Рога — плагиогранито-гнейсах, биотитовых гранито-гнейсах и катаклазированных гранитах — содержание ртути изменяется от 2*10в-6 до 6*10в-6 % (в среднем 4*10в-6 %) и повышается до 1,3*10в-5 % в раздробленных кварцевых конгломератах с пиритом. Аналогичные содержания отмечаются в докембрийских породах Тульской, Липецкой и Горьковской областей. Близкие значения ртути установлены в гранитоидах Енисейского кряжа — гранито-гнейсах и гранитах, где средневзвешенное содержание составляет 3,9*10в-6 % . Учитывая эти данные, можно считать, что на высоких ступенях регионального метаморфизма не происходит заметного высвобождения ртути из осадочных пород.
Отчетливое накопление ртути связано лишь с сульфидами. В мономине-ральных пробах сульфидов содержание ртути составляет n*10в-5 %, повышаясь иногда до 2*10в-4 %.
Процессы локального динамотермального метаморфизма наиболее детально изучены для Иртышской зоны смятия на Алтае. Здесь девонские песчано-глинистые породы превращены в зависимости от степени метаморфизма в филлиты, серицит-хлоритовые, серицит-хлорит-биотитовые сланцы, двуслюдяные сланцы с гранатом, ставролитовые, кианитовые кристаллические сланцы. Геохимический фон ртути в различных типах сланцев практически одинаков — (1,7—2,7)*10в-6 %. Некоторое увеличение содержания ртути в мигматизированных силлиманитовых кристаллических сланцах (до 7,5*10в-6 %) предположительно связывается с действием щелочных метасоматизирующих растворов.
Резюмируя, еще раз подчеркнем следующее: процесс прогрессивного метаморфизма — как регионального так и локального — для основных типов осадочных пород (песчанистых, глинистых и карбонатных) не приводит к заметному обеднению их ртутью. В то же время происходит перераспределение ртути и изменение прочности ее связи в породообразующих минералах. Если в слабометаморфизованных породах ртуть удерживается, по-видимому, лишь абсорбционными связями, и основная ее часть возгоняется при сравнительно низких температурах, то из сильно измененных пород ее можно удалить лишь при более высоких температурах. Соответственно величина коэффициента, предложенного С. Йовановичем и Г. Ридом, — отношение ртути, выделившейся до 450° С, к ее количеству, отогнанному при более высоких температурах, уменьшается с увеличением степени метаморфизма пород.
Особого внимания при изучении роли процессов метаморфизма заслуживают обогащенные ртутью природные образования: окисные марганцевые и железные руды, горючие сланцы, сульфидсодержащие осадочные породы, в первую очередь типа мансфельдских сланцев, и гидротермальные сульфидные руды. Во всех этих случаях важно не просто зафиксировать отгонку ртути, если она происходит, а оценить масштаб этого явления и возможность последующей концентрации металла.
Такое изучение было проведено автором для колчеданных руд, поскольку эти образования являются хорошими концентраторами ртути, имеют региональное распространение и образуют ряды в разной степени метаморфизованных месторождений в пределах одной и той же провинции. Последнее следует особо подчеркнуть, так как только при таком рассмотрении можно абстрагироваться от металлогенических особенностей различных провинций, которые могут иметь существенное значение. Наиболее полный материал получен для Урала. Если расположить в ряд колчеданные месторождения этой провинции по степени увеличения метаморфизма, то ему будет соответствовать уменьшение содержания ртути в рудах. Для неметаморфизованных и слабометаморфизованных месторождений пренит-пумпеллиитовой фации (им. XIX партсъезда, Комсомольское, Сибайское, Гайское и Учалинское) содержание ртути составляет в основном n*10d-4—n*10в-2 %, для месторождений метаморфизованных в зеленосланцевой фации (им. III Интернационала, Чадарское и другие месторождения Среднего Урала) оно равно n*10в-4 %, а в наиболее высокотемпературных месторождениях эпидот-амфиболитовой фации (Маукское, Полевское и «50 лет Октября») оно понижается до n*10в-5 %.
Рассматривая данные по колчеданным месторождениям других металлогенических провинций, следует помнить, что сравнивать их по степени метаморфизма не совсем правомочно, поскольку они расположены в различных регионах. Однако интересно отметить, что слабометаморфизованные месторождения Кавказа и Румынии имеют содержания, соответствующие таковым для уральских месторождений той же степени метаморфизма. В то же время более высокометаморфизованные месторождения провинции Квебек в Канаде (зеленосланцевая фация, высокая степень) характеризуются соответственно более низкими содержаниями ртути, чем месторождения Среднего Урала той же фации метаморфизма, но низкой ступени: для месторождений провинции Квебек они равны в основном n*10в-6—n*10в-4 %, а для месторождений Среднего Урала n*10в-4 %. Несколько отличается группа месторождений Северной Швеции (Болиден и др.). По степени метаморфизма они соответствуют фации зеленых сланцев низкой ступени и близки в этом отношении средне-уральским месторождениям, а по содержаниям ртути несколько превосходят их. Ho в пределах самой группы месторождений также наблюдается достаточно четкая зависимость содержаний ртути в рудах от степени метаморфизма.
Таким образом, можно считать установленным, что термальный метаморфизм приводит к уменьшению содержаний ртути в колчеданных рудах, ее отгонке, и в этом плане ртуть может рассматриваться как своеобразный индикатор метаморфизма колчеданных руд, конечно, в пределах одной металлогенической провинции. При этом заметное изменение содержаний ртути начинается с зеленосланцевой фации метаморфизма и наиболее контрастно проявлено для месторождений эпидот-амфиболитовой фации. С этими данными хорошо согласуются результаты исследования по дифференциальному определению ртути при непрерывном нагревании проб (от 20 до 900° С). Известно, что максимальное количество ртути из руд колчеданных месторождений возгоняется в интервале 300—600° С (Фурсов, 1972), т. е. при температурах, соответствующих зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фациям метаморфизма.
Проведенные нами ориентировочные подсчеты количества ртути, выделившейся из колчеданных руд Среднего Урала при их метаморфизме до зеленосланцевой фации, показали, что общее количество ртути, выделившейся при метаморфизме колчеданных месторождений до зеленосланцевой фации, соответствует запасам крупного или даже весьма крупного месторождения — по классификации В. И. Смирнова и Л.М. Рыженко. При расчетах были взяты оптимальные параметры и, в частности, первоначальное содержание ртути в неметаморфизованных колчеданных рудах принималось близким к таковому на месторождении им. XIX партсъезда — 1*10в-3 %, а в метаморфизованных рудах — 2*10в-4 %.
Интересна дальнейшая судьба этой ртути — рассеялась ли она или частично сконцентрировалась? В этой связи приведены материалы по ртутной минерализации Среднего и Южного Урала. Следует отметить три особенности коренного ртутного оруденения в этом районе:
а) масштабы проявленного здесь оруденения весьма незначительны,
б) оно расположено преимущественно в зеленосланцевой полосе, где находится подавляющая часть известных колчеданных месторождений,
в) все известные ртутные месторождения (Аятское, Елкинское, Глубоковское) и большинство рудопроявлений отчетливо тяготеют к Среднему Уралу, где колчеданные месторождения метаморфизованы до зеленосланцевой фации метаморфизма (рис. 7).
Учитывая герцинский возраст этого метаморфизма и герцинский же возраст ртутного оруденения на Урале, можно предположить, что отогнанная из колчеданов ртуть могла участвовать в ртутном рудообразовании. Для этого было бы достаточно даже десятой доли всей ртути, освобожденной при метаморфизме колчеданных руд. Что касается остальной, рассредоточенной части ртути, то она, рассеиваясь в породах, существенно не изменила абсолютного содержания в них ртути. По данным подсчетов при близкларковом содержании ртути в породах n*10в-5 % добавка «метаморфогенной* — рассеянной ртути не может быть установлена достоверно.
Мы отнюдь не склонны считать всю ртуть, известную на Урале, метаморфогенной, но полученные материалы позволяют предполагать участие такой ртути в образовании ртутных месторождений и проявлений на Среднем Урале, весьма незначительных по масштабам.
Ювенильные процессы. Известны проявления ртутной и ртутьсодержащей минерализации, образующиеся в различных по составу месторождениях, которые формировались в непосредственной генетической связи с разными типами изверженных пород — ультраосновными, основными, средними, кислыми и их щелочными разновидностями. Эта минерализация может проявляться либо в форме собственных минералов, либо в виде повышенных концентраций в сульфидных минералах, которые отмечаются в любых типах гидротермальных, грейзеновых и даже скарновых месторождений. Кроме того, надо учитывать ртуть, заключенную в ореолах ее рассеяния, которые практически известны на всех типах постмагматических месторождений: сурьмяных, полиметаллических, колчеданных, касситеритовых, вольфрамовых, молибденовых, скарново-полиметаллических, скарново-редкометальных и пегматитовых. Таким образом, ртуть постоянно сопровождает постмагматические месторождения, являющиеся производными различных по составу магм.
В связи с этим приведем данные по содержанию ртути в различных типах магматических пород. В ультраосновных и генетически с ними связанных основных породах среднее содержание ртути близко к 3*10в-6 %; такой же порядок цифр отмечается в океанических базальтоидах, а также в трапповых базальтах.
В породах более кислого — андезитового ряда содержание ртути, в общем, несколько выше: для Курило-Камчатской вулканической дуги, изученной нами наиболее детально, оно около 6*10в-6 %, т. е. примерно в два раза больше, чем в океанических базальтоидах, и повышается до 1*10в-5 % в андезито-дацитовых экструзиях, с которыми парагенетически связано современное ртутное рудообразование (вулкан Менделеева на Курильских островах, вулкано-тектоническая структура Узон на Камчатке).
В гранитоидах среднее содержание ртути находится примерно на том же уровне. Щелочные породы в общем не отличаются заметно по содержанию ртути от изверженных пород — кислых или основных, с которыми они генетически связаны.
Что касается дифференциатов одного и того же магматического очага, то они не различаются существенно по содержанию ртути. Это было установлено на примере андезито-базальтовых пород Курило-Камчатской вулканической зоны, ультраосновных и основных интрузий Балтийского щита, гранитоидов Гиссарского плутона в Таджикистане и т. д.
В ряде случаев отмечается повышенное содержание ртути (n*10в-4 % и выше) в породах малых интрузий и дайковых комплексов среднего состава, особенно тех из них, которые расположены в пределах ртутных провинций. В некоторых из них установлена ртутная минерализация. Вероятно, в этих случаях повышенные содержания ртути можно интерпретировать как следствие гидротермальной деятельности. Это относится, по-видимому, к лакколитам района Пятигорска, малым интрузиям Донецкого бассейна, дайкам в пределах ртутных полей Южно-Ферганского пояса, Крымской ртутоносной провинции и т. п.
Особого внимания заслуживают дайки щелочных базальтоидов — производные подкорового магматизма, приуроченные к зонам глубинных разломов и наиболее близкие по возрасту к ртутному оруденению. С этими дайками некоторые исследователи парагенетически связывают ртутное оруденение. Содержание ртути в них изменяется от n*10в-6 до n*10в-4 % и может достигать 1*10в-2 % (например, Лево-Сакынджинский рудный узел в Якутии, Восточное Верхоянье и др.). Эти значения отвечают ореольным, связанным с формированием рудной минерализации, либо с проникновением ртутьсодержащих эманаций по рудоконтролирующим разломам в период рудообразования. При этом разграничение содержаний ртути, обязанной сингенетичному распределению в породах, от вторичной, обусловленной гидротермальным процессом, представляет сложную задачу, поскольку эти породы расположены в зонах рудоконтролирующих разломов, и постмагматические процессы в них безусловно имели место. По-видимому, эти дайки являются хорошими индикаторами активизации глубинных разломов, но уровни генерации магматических расплавов, реализовавшихся в виде даек, и ртути могут быть различными. He исключено, что ртуть имеет более глубинное происхождение. В этой связи рассмотрим подробнее данные о содержаниях ртути в глубоких геосферах.
Наиболее глубинными среди известных нам геологических образований на Земле являются кимберлиты и заключенные в них ксенолиты перидотитов и эклогитов. Кимберлиты относятся к числу весьма интересных с геохимических и петрологических позиций типов, магматических пород. Они представляют собой ультраосновные породы субвулканического облика, но отличаются от типичных ультрабазитов повышенным содержанием щелочных и некоторых редких элементов. Еще более интересны ксенолиты перидотитов и эклогитов. Они рассматриваются в качестве источника сведений о составе пород мантии. Детальное изучение этих включений свидетельствует о чрезвычайной неоднородности и гетерогенности верхней мантии. В большинстве моделей предполагается перидотитовый состав мантии Земли. Собственно кимберлитовая магма рассматривается как результат переплавления той среды, которую характеризуют ксенолиты. Еще более глубинный материал, возможно, уже имеет состав каменных метеоритов. Кимберлиты и ксенолиты перидотитов и эклогитов отражают, таким образом, состав весьма дифференцированной мантии на глубинах от 120—180 до 300 км. Время дифференциации превышает 1 млрд. лет и по некоторым данным может достигать 2—2,5 млрд. лет. Таким образом, при рассмотрении проблемы ювенильных источников для ртутных месторождений фанерозоя мы должны учитывать значительную неоднородность верхней мантии, уже существенно дегазированной.
Среднее содержание ртути для кимберлитов Сибирской платформы равно 1*10в-6 %. Оно существенно не отличается от такового для районов Африки: в кимберлитах из трубок Гвинеи составляет 7*10в-7 % и в туфах оливино-пикритовых базальтов из трубок Республики Мали равно 9*10в-7 %. Это свидетельствует о достаточно стабильном низком среднем содержании ртути в указанных образованиях. Сопоставление пород диатрем по составу показало, что все они (собственно кимберлиты, ингилиты, оливино-пикритовые базальты и эксплозивные карбонатиты) в общем близки по содержаниям ртути. He наблюдается различий и в возрастных группах пород: верхнепротерозойских, палеозойских и мезозойских.
Ксенолиты имеют несколько более повышенное среднее содержание ртути (2,3*10в-6 %), которое значимо отличается от среднего содержания в кимберлитах, подсчитанного для тех же районов. При этом в безгранатовых перидотитах оно составляет 4,3*10в-6 %, в гранатовых их разностях 1,6*10в-6 % и в эклогитах 2,2*10в-6 %. Более высокие содержания ртути (до n*10в-4 %) отмечены нами только в связи с наложенными гидротермальными процессами. Такова, видимо, природа повышения концентраций ртути в некоторых диатремах Южной Африки и Австралии, хотя исследователи полагают, что найденные значения характеризуют высокий уровень содержаний ртути в мантии Земли. По данным В. Эманна и Д. Ловеринга, в одном образце кимберлита и двух ксенолитах из трубок Бултфонтейн и Робертс Виктор содержится (2—7,8)*10в-5 % , а в двух образцах включений из трубки Делегат (1,2—1,5)*10в-4 % ртути. Установленные нами в образцах включений тех же трубок Южной Африки низкие содержания ртути (1—2)*10в-6 %, аналогичные таковым для кимберлитовых трубок Сибири, свидетельствуют, по нашему мнению, о двух разных процессах, обусловливающих появление низких и повышенных концентраций ртути.
Приведенный материал по кимберлитам и ксенолитам глубинных пород свидетельствует о довольно низких содержаниях ртути в верхней мантии. Данные для других образований, для которых по ряду геологических и геохимических признаков в качестве источников предполагается подкоровое вещество, также свидетельствуют о низких содержаниях ртути в производных верхней мантии. Это относится к породам Мончегорского плутона (Балтийский щит), интрузива Садбери (Канадский щит), Норильского района (Сибирская платформа), породам офиолитовых поясов Кавказа и Урала, рифтовой зоны Срединно-Индоокеанского хребта, базальтоидам Полинезии и др. (среднее 2 — 4*10в-6 %). Такой же порядок цифр дает 3. Максимович для ультраосновных пород Югославии (среднее 1,4*10в-6%). В отдельных участках верхней мантии зафиксированы уникально низкие содержания ртути. Такой район описан на Кольском полуострове (Сальные Тундры), где в эклогитах и ассоциирующих с ними ультраосновных породах, для которых предполагается мантийное происхождение, среднее содержание ртути даже меньше 3*10в-7 %.
Учитывая высокую летучесть ртутных паров для отделения ее в количестве, достаточном для образования промышленных концентраций, может быть, отнюдь не обязательно наличие ее повышенных содержаний в верхней мантии. Ho, с другой стороны, нельзя исключать и того варианта, что более глубокие и менее дифференцированные части мантии Земли обогащены ртутью.
Если придерживаться распространенной точки зрения, согласно которой химический состав метеоритов характеризует глубокие геосферы и земная кора образовалась в результате дифференциации первичного вещества Земли, тогда на основании данных о распределении ртути в метеоритах можно предполагать наличие низких содержаний ртути в ядре Земли и высоких ее концентраций для мантии в целом. Как известно, железные метеориты характеризуются наиболее низкими содержаниями ртути среди всех метеоритов и имеют значения ниже кларка, в то же время среднее содержание в каменных метеоритах составляет 6,6*10в-4 %, в хондритах без углистых разностей 1,9*10в-4 % — по данным Г. Рида (Reed, 1971; 66 метеоритов) и нашим данным (58 метеоритов). В каменных метеоритах в отличие от горных пород отмечается большой разброс цифр (рис. 8). Наиболее высокие значения ртути наблюдаются в углистых хондритах, где они достигают 0,05% .
Сопоставление этих сведений с данными о низких концентрациях ртути в глубинных породах Земли позволяет предполагать, что при высоком среднем содержании, характерном для мантии Земли в целом, верхние ее части в процессе дегазации обеднены ртутью. С повышенной нормой дегазации ртути из мантии Земли в нижнепротерозойское время Е. Камерон и И. Джонассон связывают появление значительных концентраций ртути в сланцах Канадского щита. Частично ртуть, вероятно, диссипироваласъ в космическое пространство; не исключено, что впоследствии, в период фанерозоя, эманирование ртути происходило с более глубоких уровней.
Процессы дегазации ртути из глубин Земли отчетливо фиксируются в ряде пунктов земной коры. Кимберлитовые трубки являются проводниками глубинных эманаций, которые реализуются в повышенных содержаниях ртути (до n*10в-4 %); в одном случае отмечено даже образование киновари.
На Гавайских островах содзржание ртути в неизмененных лавах составляет первые миллионные доли процента, а в случае их гидротермального преобразования повышается до 2*10в-4 %. Очаги базальтоидных магм Гавайских островов, как полагает В.С. Соболев, находятся в верхней мантии, соответственно и ртутьсодержащие эманации имеют мантийное происхождение. Современные извержения на Гавайских островах также сопровождаются выделением заметных количеств ртути с вулканическими газами. Ртутьсодержащие эманации в вулканах Курило-Камчатской провинции описаны автором. В этой связи также интересно указать на нахождение в вулканических стеклах этой провинции стекловатых глобуль, выполненные самородной ртутью и содержащих газовые включения. А поскольку продукты извержения Курило-Камчатской гряды связаны с очагами в верхней мантии, можно полагать, что ртуть и в данном случае генерирузтея верхней мантией.
Такие процессы фиксируются и в других участках земной коры. Так, Л.В. Дмитриев, В.Л. Барсуков и Г.Б. Удинцев установили повышенные содержания ртути в породах мантийного субстрата в рифтовой зоне Атлантического океана, в районе Азорских островов. Породы, представленные серпентинизированными гарцбургитами и лерцолитами, интенсивно изменены по зонам дробления. Содержания ртути в них составляют 9,2*10в-6—1,8*10в-4 %. Очевидно, с этим же процессом связано появление повышенных (по сравнению с характерными для океанических базальтов) содержаний ртути как в базальтах указанного района — 9,7*10в-6—2,4*10в-5 %, так и в молодых — четвертичных и современных продуктах извержений Исландии. По результатам анализов лав Исландии отчетливо выделяются два обособленных семейства пород с содержаниями ртути соответственно (2—5,5)*10в-6 и (1,3—7,2)*10в-6 %. Повышенные содержания ртути хорошо корреспондируются с предположением о потоке ювенильных эманаций, которые, по мнению В.А. Баскиной, участвуют в формировании кислых вулканических пород Исландии.
Вероятно, этому же процессу — дегазации мантии — обязаны высокие концентрации ртути в современных отложениях Тихого океана, южнее Калифорнии. Повышенные по сравнению с окружающим фоном содержания ртути в осадках, высокий тепловой поток и распределение магнитных аномалий трассируют на дне океана зону глубинного разлома, к которому севернее приурочены ртутные месторождения Калифорнии и ртутоносное нефтяное поле Цимрик. Отражением этого процесса являются, по-видимому, также повышение концентрации легкосорбируемой ртути в породах сейсмоактивных зон в районе городов Ташкента и Алма-Аты и заметные ее содержания в неогеновых породах предгорного прогиба в Гималаях, расположенного в зоне глубинного разлома.
Возможно, ртуть, фиксируемая в повышенных количествах в некоторых газовых месторождениях, приуроченных к зонам глубинных разломов, также связана с этим процессом. Весьма интересны материалы по ртутоносности газовых месторождений Центральной Европы. В газах месторождений Нидерландов (Гронинген) и ФРГ установлены значительные содержания ртути — n*10в-5—4,5*10в-4 г/м3; еще более высокие концентрации, близкие к величинам насыщения, обнаружены в газах месторождения Зальцведель-Пекензен, ГДР.
Если рассмотреть тектоническую позицию ртутьсодержащих газовых месторождений Центральной Европы, то можно видеть, что они приурочены к краевой части платформы и расположены в пределах крупной тектонической структуры ступенчатого погружения варисцид (рис. 9). Показательны в этом отношении и другие геохимические материалы: высокие концентрации азота — до 75%, повышенное содержание гелия — среднее 0,05% по месторождению Гронинген и т. д. Геологические и геохимические данные позволяют считать, что ртуть эманировалась по региональным зонам разломов из глубин Земли совместно с азотом и гелием и поступала в газовую залежь, где сохранилась в газообразной форме. По-видимому, такое же происхождение имеет ртуть (до 7*10в-5 г/м3) в газовых месторождениях Ставропольского поднятия. Эта структура характеризуется повышенной сейсмичностью, новейшими тектоническими движениями разного знака, крупной положительной аномалией теплового потока и рассматривается многими исследователями как область, активизированная в альпийское время. Увеличение концентрации азота, углекислого газа и водорода в газах с глубиной залегания коллекторов позволило высказать предположение о подтоке глубинных газов по разломам фундамента.
На наш взгляд эти примеры достаточно убедительно иллюстрируют «ртутное дыхание» Земли.
Источники рудного вещества. Приведенный материал по миграции ртути в различных природных процессах наглядно свидетельствует, что источник ртути в гидротермальных растворах может быть полигенным в различных геологических условиях, но масштабы образующейся при этом ртутной или ртутьсодержащей минерализации различны. Известно накопление ртути в некоторых продуктах осадочного процесса, хотя собственно ртутная минерализация в них и не установлена. К числу наиболее перспективных в этом плане отложений относятся сульфидсодержащие породы, в первую очередь типа мансфельдских сланцев, некоторые окисные марганцевые руды, железные руды, горючие сланцы и т. д.
Процессы термального метаморфизма основных типов осадочных пород — песчанистых, глинистых и карбонатных — приводят лишь к перераспределению ртути, а не к ее отгонке. В этом случае, когда исходными являлись обогащенные ртутью природные образования (в описанном выше случае — колчеданные руды), только 1/10 ее часть реализовалась в виде ртутных месторождений, а остальная рассеялась. Масштабы образовавшегося при этом ртутного оруденения незначительны. Таким образом, осадконакопление и метаморфизм не могут рассматриваться в качестве главных процессов, поставляющих ртуть в гидротермальные месторождения.
Поэтому мы не можем согласиться с тем, что в формировании ртутных поясов, где сосредоточены основные промышленные концентрации этого металла, источники ртути не ювенильного происхождения — осадочного, осадочно-эпигенетического или метаморфогенного, как предполагают некоторые исследователи.
Известные проявления ртутной и ртутьсодержащей минерализации, образующиеся в последние стадии рудного процесса в различных по составу пост-магматических месторождениях, наряду с широко известным фактом наличия ртутных ореолов вокруг различных месторождений свидетельствуют о генетических связях ртути с самыми разнообразными типами магматических пород. Ho все эти проявления по масштабам также несоизмеримы с теми концентрациями ртути, которые локализуются в пределах ртутных поясов.
По мнению некоторых исследователей, оруденение таких поясов имеет источником верхнюю мантию. Об этом свидетельствуют геологические, минералогические и геохимические данные. Общеизвестна приуроченность такого ртутного оруденения к зонам глубинных разломов, т. е. к структурам регионального масштаба, глубокого заложения и длительного развития, достигающим подкоровых мантийных глубин и иногда сопровождающимся поясами гипербазитовых пород. На примере ряда регионов показано, что ртутное оруденение таких поясов не имеет прямой генетической связи с рудными формациями предыдущих стадий развития и является наложенным на металлогенические зоны другого профиля. Для этого оруденения характерна устойчивость минерального состава в различных участках поясов, не обнаруживающего зависимости от локальной геологической обстановки. Ртуть здесь генетически не связана с каким-либо определенным типом магматических пород. Она, очевидно, выделялась по зонам глубинных разломов в период их активизации как продукт дегазации глубоких частей Земли.
Таким образом, хотя происхождение ртути в гидротермальных растворах может быть различным, значение ювенильного источника, с которым связано формирование крупных рудных поясов, скорее всего преобладающее.
Сурьма и мышьяк, которые в переменных количествах постоянно встречаются в ртутных месторождениях, образуя устойчивую геохимическую ассоциацию, как и ртуть, эманируют, по-видимому, из глубин Земли по зонам региональных разломов в виде легколетучих соединений. Другие рудные элементы, такие, как свинец, цинк, медь и др., могут быть выщелочены из вмещающих пород. Для свинца и цинка это предполагается на примере Никитовского рудного поля. Процессы заимствования свинца, цинка, молибдена и меди наблюдались и при формировании современной ртутно-колчеданной залежи вулкана Менделеева. Для свинца это подтверждается данными изотопного анализа галенитов из ртутных и близких к ним по генезису полиметаллических месторождений Донбасса, Горного Алтая и Закарпатья. He исключено, однако, и более глубинное происхождение этих элементов в других месторождениях.
Однозначно решается вопрос об источниках никеля и кобальта. Они образуют сульфиды в ртутных месторождениях преимущественно лиственитового типа, где заимствуются из вмещающих ультраосновных пород. Это отчетливо наблюдается на ртутных месторождениях Алтае-Саянской области, Сахалина, Югославии и т. д. Столь же убедительно представление о выщелачивании железа из породообразующих минералов вмещающих пород и образовании за счет его пирита и марказита в гидротермальных рудах. Нами это наблюдалось при формировании ртутно-колчеданной залежи на вулкане Менделеева.
Петрогенные элементы (кальций, магний, кремний, алюминий, барий и др.), участвующие в рудообразовании и образующие жильные минералы, наиболее чутко реагируют на состав вмещающих пород. Кварц, каолинит и диккит образуются преимущественно в силикатных породах, карбонаты — в известняках и доломитах, а барит отлагается в том случае, если в разрезе есть вулканогенные толщи, которые обычно содержат повышенные концентрации бария (сотые и десятые доли процента).
Происхождение серы в ртутных месторождениях лет 10—15 назад рассматривалось как глубинное. Предполагалось, что ртуть и сера мигрируют совместно в виде щелочного сульфидного комплекса. Однако в настоящее время накопилось достаточно геологических и геохимических данных, позволяющих считать, что определяющую роль в формировании ртутных месторождений имела коровая сера. Как показывает изучение изотопного состава серы в рудах ртутных месторождений, особенности изотопного состава зависят главным образом от конкретной геологической обстановки. По-видимому, сера генерировалась во многих случаях в самостоятельных очагах и фракционирование ее изотопов определялось причинами, не связанными с процессом рудообразования.
Наиболее вероятным источником сульфидной серы являются осадочные сульфаты, восстановление которых за счет абиогенных и особенно биогенных процессов приводит к образованию значительных количеств сероводорода. По-видимому, этим обусловлен частый парагенезис сульфидов ртути и битумов (нефти, углеводородов и др.). Исходный изотопный состав серы осадочных сульфатов δS34 находится в пределах +10/+20%, но в ходе эпигенетического восстановления может происходить ее утяжеление до +30/+50%. Изотопный состав сероводорода, который образуется при восстановлении сульфатов, может быть самым различным, в том числе и равным по значению сере метеоритного троилита (δS34 = 0).
Во всех случаях четким доказательством участия осадочных сульфатов в ртутном рудообразовании является изотопный состав сульфатных жильных минералов: барита, гипса, алунита. Он обычно соответствует составу серы сульфатов осадочных пород, развитых в районах месторождений. Реже сульфаты образуются за счет окисления сульфидной серы, при этом изотопный состав серы в сульфатах такой же, как и в сульфидах. Подобные случаи возможны при формировании руд вблизи поверхности в пределах досягаемости кислородсодержащих вод. Наиболее часто сульфаты образуются в районах активного вулканизма, где существуют условия для глубокой циркуляции атмосферного кислорода.
При рассмотрении данных по изотопному составу серы установлена большая роль органического вещества в продуцировании сероводорода, участвующего в процессах рудообразования. Поэтому одной из важных предпосылок формирования крупных концентраций сульфидов ртути является наличие в районе пород, обогащенных органическим веществом, или нефтей. Последние и являются источником битумных веществ, ассоциирующих с ртутными рудами. Такое заимствование показано В.С. Балицким, А.И. Германовым и Л.А. Банниковой для ртутных месторождений Северо-Западного Кавказа, П.В. Бабкиным и др. для Северо-Востока бывш. СССР; оно также следует из материалов С.Д. Талиева по Южной Фергане, Э. Бейли и Д. Уайта по Калифорнии и т. д.
Некоторые ртутные провинции характеризуются повышенными концентрациями селена и фтора, для которых они являются типоморфными элементами.
Повышенной селеноносностью, в частности, выделяется Южно-Ферганский пояс. Здесь вполне вероятно заимствование селена из вмещающих пород, характеризующихся повышенным содержанием этого элемента. Такой процесс предполагается и для ртутных месторождений Чукотки. Для фтора подобных исследований не проводилось; на ртутных месторождениях с заметными его концентрациями в виде флюорита (например, южноферганские месторождения) можно предполагать его глубинное происхождение.
Резюмируя изложенное об источниках вещества ртутных месторождений, подчеркнем, что они включают как собственно ювенильные составляющие, в первую очередь ртуть, так в значительной степени и коровые — серу, битумы, петрогенные и другие элементы.
- Промышленные типы ртутных месторождений
- Структурные типы ртутных месторождений
- Генетические группы, рудные формации и минеральные типы ртутных месторождений
- Испытания резиновых стаканообразных опорных частей
- Испытания опорных частей скольжения
- Испытания катковых опорных частей
- Технические условия на допуск резиновых стаканообразных опорных частей к эксплуатации
- Технические условия на допуск армированных эластомерных опорных частей к эксплуатации
- Технические условия на допуск опорных частей скольжения к эксплуатации
- Технические условия на допуск катковых опорных частей к эксплуатации