Table of Contents

Вулканы функционируют как один из самых продуктивных геологических двигателей Земли, концентрируя и откладывая замечательный массив минералов и руд через процессы, которые действовали в течение миллиардов лет. Те же магматические и гидротермальные жидкости, которые управляют извержениями, также растворяют, транспортируют и осаждают ценные металлы, такие как золото, серебро и медь, в пределах раздробленных горных массивов. Взаимосвязь между вулканической активностью и минеральным образованием обеспечивает надежную основу для изыскателей и геологов, направляя открытие природных ресурсов, которые питают современные технологии, инфраструктуру и энергетические системы. Понимание этой связи является не просто академическим упражнением; это практическая необходимость для поиска и извлечения материалов, лежащих в основе промышленной цивилизации.

Геологический двигатель: как вулканическая активность создает минеральное богатство

Процесс минерального образования начинается глубоко внутри Земли, где частичное плавление мантии порождает магму, богатую растворенными элементами и летучими веществами. По мере того, как магма поднимается к поверхности, она охлаждается и кристаллизуется, а оставшаяся жидкость постепенно обогащается металлами и другими несовместимыми элементами. Когда эта горячая, нагруженная минералами жидкость высвобождается через трещины, разломы и пористую породу, она взаимодействует с более холодными грунтовыми водами и окружающими породами, вызывая осаждение металлов из раствора и накопление в концентрированных отложениях. Эта гидротермальная циркуляция является основным механизмом, который превращает диффузный след металлов в горючее рудохранилище.

Вулканические системы также производят массивные сульфидные отложения на морском дне, где чёрные курильщики и дымоходы выпускают перегретую воду, нагруженную растворёнными металлами.Когда эта вода смешивается с холодной морской водой, сульфиды меди, цинка, свинца и железа быстро осаждаются, создавая слоистые накопления, которые впоследствии могут быть подняты и выставлены на суше. Эти вулканогенные массивные сульфидные отложения являются одними из самых богатых источников основания и драгоценных металлов в геологической летописи. Кроме того, интенсивное тепло от вулканических вторжений может испечь и метаморфозировать окружающие породы, выпуская жидкости, которые концентрируют металлы в вены и замещающие тела, известные как и greisens.

Долговечность и сложность вулканическо-гидротермальных систем означают, что минеральные отложения могут образовываться в течение тысяч или миллионов лет, с несколькими эпизодами обогащения. Результатом является ряд типов руды, которые различаются по минералогии, содержанию металлов и пространственной протяженности, каждый из которых связан с конкретной вулканической обстановкой, в которой они сформировались. Признание этих отпечатков пальцев, таких как наличие определенных минералов изменения или геометрия вен, позволяет геологам предсказать, какие металлы, вероятно, присутствуют и где могут возникнуть самые богатые зоны.

Типы вулканических минеральных месторождений

Порфирий Медные депозиты

Порфирийные медные месторождения представляют собой крупные, низко-среднего сорта рудные тела, связанные с порфиритовыми вторжениями, которые образуются над зонами субдукции. Эти месторождения являются основным источником меди в мире, а также дают значительное количество молибдена, золота и серебра. Гидротермальные жидкости, которые создают порфировые системы, циркулируют через трещины породы, откладывая сульфиды меди, такие как халькопирит и борнит в стоковых жилах. В тихоокеанском огненном кольце находятся многочисленные порфировые месторождения, включая массивный комплекс Грасберга в Индонезии и рудник Чукикамата в Чили, которые вместе производят значительную долю мирового производства меди.

Эпитермальные золото-серебряные депозиты

Эпитермальные отложения образуются на небольших глубинах (менее одного километра) от низкотемпературных гидротермальных жидкостей, связанных с вулканической активностью. Для них характерны вены, брекчии и диссеминированная руда, содержащие родное золото, электрум и серебряные сульфосалты. Эти отложения часто бывают высококачественными, но ограниченными по размеру, что делает их привлекательными мишенями для мелко- и среднемасштабных горных работ. Известные эпитермальные районы включают Комсток-Лоде в Неваде, Хишикарский рудник в Японии и систему Вайхи в Новой Зеландии. Наличие кварца, адулярии и лезвия кальцита является классическим показателем кипения гидротермальных жидкостей, осаждающих золото.

Вулканогенные массивные сульфидные отложения (VMS)

Эти отложения образуются на морском дне или вблизи него, когда богатые металлом гидротермальные жидкости выпадают в холодную морскую воду, выпадая в виде слоистых курганов и дымоходов. Они обычно содержат обильные пиритовые, халькопиритовые, сфалеритовые и галиеновые курганы с переменным количеством золота и серебра. Отложения VMS часто имеют линзообразную форму и могут быть обширными, с отдельными телами, содержащими десятки миллионов тонн руды. Горный лагерь Батурста в Канаде и Иберийский пояс пирита в Испании и Португалии представляют два крупнейших района VMS в мире.

Магматические сульфидные депозиты

В некоторых вулканических условиях, особенно в тех, которые связаны с ультрамафичными магмами, которые имеют высокие температуры и низкую вязкость, несмешивающиеся сульфидные жидкости могут отделяться от силикатного расплава и накапливаться в основании магматических камер. Эти сульфидные капли сильно обогащены никелевыми, медными и платиновыми элементами группы. Судбериский игнеозный комплекс в Канаде, образованный метеоритным ударом, который вызвал плавление мантии, и Норильск-Талнах отложения в России являются главными примерами магматических сульфидных систем, которые производят большую долю мирового никеля и платины.

Депозиты Skarn и Greisen

Когда горячие магматические жидкости вторгаются в карбонатные породы, такие как известняк или доломит, они вызывают ряд химических реакций, которые образуют месторождения скарна — сборки кальций-силикатов и связанных с ними рудных минералов. Скарны могут содержать медь, железо, цинк, вольфрам и золото. Отложения грейзена, напротив, образуются в зонах крыши из гранитных вторжений и характеризуются кварцем, москвичем и топазом, а также оловянными, вольфрамовыми и молибденовыми рудами. Оба типа месторождений тесно связаны с вулканической и субвулканической инвазивной активностью.

Общие минералы и руды из вулканов

Широкий спектр минералов и металлов происходит от вулканических процессов.В приведенном ниже списке подробно описаны наиболее экономически важные и типичные для вулканических условий.

  • Золото и серебро: Эти драгоценные металлы сосредоточены в эпитермальных жилах, порфировых системах и VMS-отложениях. Золото часто присутствует в виде родного металла или теллурид, в то время как серебро встречается в сульфосолях и в качестве побочного продукта в рудах из недрагоценных металлов. Золотые отложения карлинского типа в Неваде, хотя и не являются непосредственно вулканическими, связаны с гидротермальными системами, приводимыми в движение региональным магматизмом.
  • Медь: Доминирующими медными минералами в вулканических отложениях являются халькопирит, борнит и халькоцит. Порфирийские медные отложения обеспечивают около 60% мировой меди, а VMS-отложения способствуют дополнительному производству. Основные медно-производящие вулканические регионы включают Анды, юго-запад США и Филиппины.
  • Никель и хромит: Эти металлы содержатся в ультрамакических вулканических породах, особенно в коматиитах и слоистых вторжений. Никель часто ассоциируется с сульфидными минералами, такими как пентландит, в то время как хромит образует массивные хромитовые слои.Бушвельдский игнорированный комплекс в Южной Африке и Камбалда в Австралии являются районами мирового класса для этих товаров.
  • Сера: Элементальная сера осаждается вулканическими газами вблизи фумаролов и горячих источников. Крупные скопления могут быть добыты непосредственно, а сера также извлекается в качестве побочного продукта при плавке сульфидных руд.Древние вулканические источники серы имели решающее значение для производства пороха и серной кислоты.
  • Цинк и свинец: Эти базовые металлы присутствуют в VMS-отложениях и в некоторых эпитермальных венах. Сфалерит (сульфид цинка) и гален (сульфид свинца) являются основными минералами, часто сопровождаемыми серебром. Мор Красная Собака на Аляске, осадочное-выдыхательное месторождение с сильным вулканическим компонентом, является одним из крупнейших в мире производителей цинка.
  • Молибден и вольфрам: Молибден и рудный вольфрам (вольфрамовая руда) встречаются в порфировых, скарновых и гризеновых месторождениях, связанных с высокоразвитыми гранитными вторжениями.Climax и ХендерсонХендерсонские шахты в Колорадо являются легендарными производителями молибдена, в то время как Китай доминирует в производстве вольфрама из вулканических месторождений в провинциях Цзянси и Хунань.
  • Элементы платиновой группы: ПГЭ, в том числе платина и палладий, сосредоточены в магматических сульфидных отложениях и в некоторых слоистых вторжениях, полученных из мантийных магм.Меренский риф в Южной Африке является единственным крупнейшим источником платины.

Ключевые места расположения вулканических месторождений полезных ископаемых по всему миру

Распределение вулканических минеральных отложений следует глобальным образцам тектоники плит. Конвергентные границы плит, где океаническая кора субдукция под континентальными или океаническими плитами, генерируют магматические дуги, которые являются наиболее плодовитыми настройками для образования руды. Дивергентные границы, такие как среднеокеанические хребты, производят массивные сульфидные отложения морского дна, в то время как интраплатетные горячие точки создают большие магматические провинции, в которых находятся магматические сульфидные системы. Ниже находятся наиболее значительные области и месторождения, которые они содержат.

Тихоокеанское огненное кольцо

Этот околотихоокеанский пояс активных вулканов и зон субдукции содержит наибольшую концентрацию месторождений металлических минералов на Земле. Западная окраина Америк, от Аляски до Патагонии, является домом для крупнейших в мире месторождений порфировой меди, включая Чукикамата, Эскондида и Лос-Пеламбрес в Чили и Моренци и Бингемский каньон в США. Эпитермальные золото-серебряные месторождения в изобилии находятся в Неваде, Мексике и Перуанских Андах. В западной части Тихого океана на Филиппинах, в Индонезии и Папуа-Новой Гвинее находятся крупные порфирные и эпитермальные месторождения, такие как Грасберг, Ок-Теди и Бату-Хиджау. Япония и Новая Зеландия также содержат продуктивные эпитермальные системы, которые добывались на протяжении веков.

Горный хребет Анд

Анды, образованные субдукцией плит Наска и Антарктиды под Южной Америкой, богаты медью, золотом, серебром и молибденом. Только на чилийские и перуанские Анды приходится почти 40% мирового производства меди. Высокий климат и гиперзасушливость пустыни Атакама сохранили обширные зоны обогащения супергенов, где первичная руда низкого качества была естественным образом модернизирована процессами выветривания. Известные месторождения включают Серро-Верде в Перу и Коллахуаси в Чили. Боливийский Альтиплано также принимает Серро-Рико-де-Потоси , легендарное месторождение серебра, связанное с вулканическими куполами.

Средиземноморские вулканические регионы

Италия, Греция, Турция и острова Средиземноморья имеют долгую историю добычи вулканических месторождений. Циклады в Греции содержат VMS-залежи, которые использовались для меди и свинца в древности. Кампания и Тоскана области Италии произвели железо, серу и бораты из вулканических выбросов и горячих источников. Эолийские острова , включая Вулкано и Стромболи, являются активными лабораториями для изучения гидротермального образования руды. Сегодня Турция является основным производителем золота из эпитермальных месторождений, таких как Чёплер и Кышладаг, которые связаны с неогеновыми вулканическими центрами.

Ультрамафические комплексы в Южной Африке и России

Бушевельдский игнорированный комплекс в Южной Африке — крупнейший в мире слоистый комплекс, образованный повторными инъекциями ультрамафии. В нём находятся Меренский риф и хромитовый слой UG2, которые вместе поставляют большую часть элементов платиновой группы в мире и большую долю хромита. Большой Дайк в Зимбабве — аналогичный палеопротерозойский вторжений. В России месторождения Норильск-Талнах, связанные с Сибирскими ловушками большой магматической провинции, являются крупнейшими известными магматическими сульфидными месторождениями, содержащими огромные ресурсы никеля, меди и ПГЭ. Полуостров Кола и Уралы также содержат важные ультрамафиозные месторождения хр

Массивные сульфиды морского дна и будущие рубежи

Современные исследования все больше направлены на подводные вулканические системы. В средних океанских хребтах, заполярных бассейнах и интраплатовых подводных горах находятся активные и ископаемые массивные сульфидные месторождения морского дна, которые содержат медь, цинк, свинец, золото и серебро. Проект Solwara 1 в море Бисмарка в Папуа-Новой Гвинее был одной из первых попыток добывать эти месторождения, хотя он столкнулся с экологическими и экономическими препятствиями. Достижения в автономных подводных аппаратах и картировании морского дна улучшают нашу способность находить и оценивать эти глубоководные ресурсы, которые представляют собой огромный неиспользованный резервуар металлов.

Экономическое и промышленное значение вулканических руд

Минералы и металлы, полученные из вулканических рудных месторождений, необходимы для современной жизни. Медь является основой электрической инфраструктуры, от электросетей до проводки в зданиях и транспортных средствах. Золото и серебро имеют решающее значение для электроники, медицинских устройств и в качестве денежных резервов. Никель и кобальт, часто встречающиеся вместе в вулканических сульфидных месторождениях, являются ключевыми компонентами литий-ионных батарей для электромобилей и систем хранения энергии. Элементы платиновой группы используются в каталитических нейтрализаторах для сокращения выбросов транспортных средств, а также в водородных топливных элементах для производства чистой энергии.

Помимо металлов, вулканическая сера используется в химической промышленности для производства серной кислоты, наиболее широко используемой промышленной химии, используемой во всем, от производства удобрений до переработки нефти. Хромит необходим для производства нержавеющей стали и суперсплавов для реактивных двигателей и газовых турбин. Стратегическое значение этих материалов побудило страны обеспечить цепочки поставок из вулканических минеральных провинций и стимулировало возобновление инвестиций в разведку новых месторождений.

Экономическая ценность месторождений вулканической руды ошеломляет. Один крупный порфировый медный рудник может приносить десятки миллиардов долларов дохода в течение своей жизни, обеспечивая при этом тысячи рабочих мест и поддерживая местную экономику. Однако добыча также приносит экологические и социальные проблемы, включая нарушение среды обитания, использование воды и перемещение населения. Ответственная практика добычи, строгие экологические правила и взаимодействие с коренными и местными общинами необходимы для баланса преимуществ добычи полезных ископаемых от ее потенциального вреда.

Исследование и извлечение: современные методы и проблемы

Поиск новых месторождений вулканических минералов является все более изощренным делом. Геологи используют комбинацию спутниковых снимков, геохимических исследований, геофизических методов, таких как магнитное и гравитационное картирование, и бурение для выявления перспективных целей. Достижения в геохимии позволяют анализировать микроэлементы в проточных отложениях, почвах и растениях для обнаружения захороненных рудных тел. 3D-геологическое моделирование и алгоритмы машинного обучения помогают интегрировать разрозненные наборы данных для прогнозирования местонахождения месторождений с большей точностью.

После того, как месторождение расположено, методы извлечения зависят от глубины, геометрии и сорта руды. Открытая добыча распространена для крупных, околоповерхностных порфировых медных месторождений, в то время как подземная добыча используется для более глубоких, более высококачественных вен и массивных сульфидов. Инновации в технологии добычи, включая автономные грузовые автомобили, электрические подземные транспортные средства и дистанционное контролируемое бурение, повышают безопасность и эффективность. Обработка руды обычно включает дробление, шлифование, флотацию и плавку для производства концентратов и рафинированных металлов, с текущими исследованиями, направленными на снижение потребления энергии и воздействия на окружающую среду.

Экологические проблемы включают управление хвостохранилищами, которые являются мелкомолотыми отходами горных пород, оставшимися после обработки. Хвостовые склады должны быть спроектированы для предотвращения катастрофических сбоев, таких как трагические обрушения плотины на горе Полли в Канаде и в Бразилии. дренаж кислых шахт, вызванный окислением сульфидных минералов, подвергающихся воздействию воздуха и воды, является еще одной долгосрочной проблемой, которая требует активной обработки и мониторинга. Промышленность внедряет более устойчивые методы, включая сухое укладывание хвостов, переработку воды и прогрессивную реабилитацию нарушенных земель.

Оригинальное название: Looking Ahead

Связь между вулканами и образованием минералов является одним из самых мощных и практических идей в науке о Земле. Она направляла усилия человека по добыче от древних медных плавильных заводов Средиземноморья до массивных открытых ям современных Анд. Поскольку спрос на металлы продолжает расти - движимый электрификацией, возобновляемой энергией и цифровыми технологиями - вулканические системы, которые произвели самые богатые в мире рудные месторождения, останутся центральными для стратегий разведки. Понимание процессов, которые концентрируют эти металлы, и пластинно-тектонические настройки, которые их принимают, позволяет геофизикам более разумно искать ресурсы, которые требуются обществу. В то же время экологические и социальные обязанности добычи требуют постоянного улучшения методов добычи и обработки. Вулканический двигатель, который построил наше металлическое богатство, все еще может дать больше, но проблема заключается в его устойчивом разблокировании.

Для дальнейшего чтения Геологическая служба США предоставляет подробные оценки глобальных минеральных ресурсов, включая месторождения, размещенные на вулканах. Программа минеральных ресурсов USGS предлагает всеобъемлющие отчеты и данные. В энциклопедии Britannica о месторождениях руды Encyclopaedia покрывает классификацию и формирование различных типов месторождений. Для глубокого погружения в системы порфирной меди страница геологии предоставляет доступные объяснения.