Náhradní vklady uhličitanu (CRD)

Výměna uhličitanu Vklady (CRD) jsou geologické formace, které jsou výsledkem nahrazení již existujícího karbonátu skály by rudné minerály, často kovy jako např vést, zinek, a měď. Tato ložiska jsou významnými zdroji obecných kovů a mají ekonomický význam díky koncentraci cenného minerály uvnitř nich.

Základní vlastnosti:

1. Proces formování: CRD se obvykle tvoří prostřednictvím procesu výměny, kde hydrotermální kapaliny bohaté na kovy prosakují uhličitanovými horninami, rozpouštějí původní minerály a nahrazují je rudnými minerály. Proces výměny nastává v reakci na změny teploty, tlaku a chemického složení kapalin.
2. Rudné minerály: Mezi primární rudní minerály nalezené v CRD patří sfalerit (zinek), Galena (olovo), a chalkopyrit (měď). Tyto minerály se často hromadí ve změněných karbonátových hostitelských horninách a vytvářejí ekonomicky životaschopná ložiska.
3. Hostitelské skály: Hostitelskými horninami pro CRD jsou karbonátové horniny jako např vápenec a dolomitu. Nahrazení těchto karbonátových hornin rudnými minerály vede k vytvoření zřetelných mineralizovaných zón v ložisku.
4. Prostorové rozložení: CRD mohou vykazovat širokou škálu prostorových distribucí, od lokalizovaných rudních těles až po rozsáhlé mineralizované zóny. Distribuce rudních minerálů je ovlivněna geologickými strukturami, dráhami tekutin a povahou hostitelských hornin.

Historický kontext a objev: Objev CRD se datuje do konce 19. a počátku 20. století. K jednomu z pozoruhodných raných objevů došlo ve slavném ložisku Broken Hill v Austrálii v roce 1883. Broken Hill je klasickým příkladem CRD s olovem, zinkem a stříbro minerály nahrazující karbonátové horniny.

V průběhu času byly CRD identifikovány v různých geologických prostředích po celém světě. Mexiko, Spojené státy americké, Kanada, Peru a Čína patří mezi země, které hostí významná ložiska CRD. Pokroky v geologickém porozumění a technikách průzkumu hrály klíčovou roli v pokračujícím objevování CRD.

Důležitost: CRD jsou ekonomicky důležité, protože mohou obsahovat vysoké koncentrace cenných kovů. Těžba těchto ložisek významně přispívá ke světové produkci olova, zinku a mědi. Pochopení geologických procesů a charakteristik CRD je zásadní pro úspěšný průzkum a těžbu těchto nerostných zdrojů.

Geologické nastavení a formace

Hostitelské skály: Carbonate Replacement Deposits (CRD) se primárně vyskytují v karbonátových sekvencích, přičemž vápenec a dolomit jsou převládajícími hostitelskými horninami. Tyto uhličitanové horniny poskytují nezbytný rámec pro tvorbu CRD náhradou původních minerálů rudnými minerály.

Tektonická nastavení vedoucí k tvorbě CRD: CRD jsou často spojeny se specifickými tektonickými podmínkami a geologickým prostředím. Některé z běžných tektonických nastavení vedoucích k tvorbě CRD zahrnují:

1. Skládané Mountain Pásky: CRD se často vyskytují v oblastech spojených se složenými horskými pásy. Komprese a deformace spojené s tektonickou aktivitou v těchto podmínkách vytvářejí zlomy a závadyposkytující cesty pro hydrotermální tekutiny.
2. Subdukční zóny: Tektonické prostředí, kde se jedna tektonická deska podsouvá pod druhou, může vést k tvorbě CRD. Magmatismus související se subdukcí a cirkulace tekutin mohou vést k změna a nahrazení karbonátových hornin.
3. Rift zóny: Riftové zóny, kde dochází k roztahování zemské litosféry, mohou vytvářet příznivé podmínky pro cirkulaci hydrotermálních tekutin. Extenzní tektonika spojená s riftovými zónami může vést k rozvoji zlomů a zlomů, které poskytují cesty pro mineralizující tekutiny.
4. Chyba Oblasti: Zlomové systémy, bez ohledu na konkrétní tektonické nastavení, mohou hrát zásadní roli při tvorbě CRD. Zlomy fungují jako kanály pro hydrotermální tekutiny, které jim umožňují migrovat zemskou kůrou a interagovat s uhličitanovými horninami.

Hydrotermální procesy zapojené do tvorby CRD: Tvorba karbonátových náhradních ložisek zahrnuje složité hydrotermální procesy. Zde jsou klíčové kroky:

1. Hydrotermální kapaliny: Horké tekutiny bohaté na kovy, často spojené s magmatickou činností, cirkulují zemskou kůrou. Tyto tekutiny mohou pocházet z pláště nebo z hlubších částí kůry.
2. Interakce fluid-rock: Hydrotermální tekutiny interagují s karbonátovými hostitelskými horninami (vápenec a dolomit). Tato interakce zahrnuje rozpouštění původních uhličitanových minerálů a vysrážení rudných minerálů na jejich místě. Proces výměny je řízen změnami teploty, tlaku a chemického složení kapalin.
3. Územní uspořádání: CRD často vykazují zonální vzor s různými mineralizačními zónami odpovídajícími změnám teploty, tlaku a složení tekutiny. Toto zónování může zahrnovat centrální zóny s nejvyššími koncentracemi kovů obklopené periferními zónami s nižšími koncentracemi.
4. Zlomenina a mineralizace související s poruchami: Poruchy a zlomy v hostitelských horninách poskytují kanály pro hydrotermální tekutiny. Mineralizace se často koncentruje podél těchto struktur, což vede k tvorbě rudných těles v rámci širšího systému CRD.

Pochopení geologických a hydrotermálních procesů zapojených do tvorby CRD je zásadní pro průzkum nerostů a hodnocení zdrojů. Pokroky v geologickém mapování, geochemii a geofyzika přispět k identifikaci a charakterizaci potenciálních ložisek CRD.

Rudné minerály a mineralizace

Rudné minerály:

Mezi primární rudní minerály spojené s Carbonate Replacement Deposits (CRD) patří:

1. Sfalerit (sulfid zinečnatý): Sfalerit je běžně se vyskytující rudní minerál v CRD a je primárním zdrojem zinku. Často tvoří dobře definované krystaly a může mít různé barvy od žluté přes hnědou až po černou.
2. Galena (sulfid olovnatý): Galenit je další významný rudný minerál nalezený v CRD, který slouží jako primární zdroj olova. Obvykle se jeví jako lesklé, kovové kostky nebo oktaedrické krystaly.
3. Chalkopyrit (měď Železo Sulfid): Chalkopyrit je rudný minerál obsahující měď přítomný v některých CRD. Má mosazně žlutou barvu a je důležitým zdrojem mědi.
4. Tetraedrit (měď antimon Sulfid): Tetraedrit se někdy nachází v CRD, což přispívá k obsahu mědi. Často se vyskytuje jako tmavé, kovové krystaly.
5. Pyrit (Sirník železitý): Zatímco pyrit není primárním ekonomickým rudným minerálem v CRD, je často spojován s tělesy rud. Pyrit tvoří krychlové krystaly a může být přítomen v různých množstvích.

Minerály gangue:

Minerály gangu jsou neekonomické minerály, které jsou spojeny s rudní ložiska. V případě CRD mohou být přítomny následující hlušinové minerály:

1. Kalcit: Kalcit je běžný hlušinový minerál v CRD, zejména s ohledem na karbonátové hostitelské horniny. Často tvoří romboedrické krystaly a lze je nalézt prorostlé s rudnými minerály.
2. Dolomit: Dolomit, další uhličitanový minerál, může být také přítomen jako hlušina v CRD. Má podobný vzhled jako kalcit, ale lze jej odlišit chemickým složením.
3. křemen: Křemen je běžným hlušinovým minerálem v mnoha rudných ložiskách a může být spojen s CRD. Tvoří šestihranné krystaly a je odolný vůči zvětrávání.
4. baryt: Baryt se občas vyskytuje jako hlušinový minerál v CRD. Má vysokou specifickou hmotnost a může tvořit tabulkové krystaly.

Textury a parageneze rudných minerálů:

1. Náhradní textury: Nejcharakterističtější texturou v CRD je nahrazení, kde jsou původní uhličitanové minerály nahrazeny rudnými minerály. K této výměně může dojít při zachování původní horninové tkaniny, což vede k výrazným texturám.
2. Územní uspořádání: CRD často vykazují zónování v mineralizaci s různými minerálními asociacemi odpovídajícími změnám teploty, tlaku a složení kapaliny. Toto zónování může zahrnovat centrální jádro rudných minerálů vyšší kvality obklopené periferními zónami s nižšími koncentracemi.
3. Parageneze: Paragenetická sekvence v CRD odkazuje na chronologické pořadí tvorby minerálů. Pomáhá pochopit vývoj vkladu v čase. Typicky se sulfidové minerály jako sfalerit a galenit tvoří časně v paragenetické sekvenci, následované minerály v pozdějším stádiu, jako je křemen a kalcit.
4. Křížové žíly: Kromě náhrady mohou rudné minerály v CRD tvořit průřezové žíly v hostitelských horninách. Tyto žíly jsou často spojovány se zlomy a zlomy, které představují pozdější fázi mineralizace.

Pochopení těchto rudních minerálů, minerálů gangu, textur a paragenetických vztahů je zásadní jak pro průzkum, tak pro využití CRD. Geologické studie, včetně podrobných terénních a laboratorních rozborů, přispívají k odhalení složité historie těchto ložisek.

Geochemický podpis CRD

Geochemický podpis Carbonate Replacement Deposits (CRD) poskytuje cenné informace o původu a vývoji mineralizujících tekutin. Mezi klíčové geochemické ukazatele patří:

1. Obsah kovu: Primárními indikátory CRD jsou zvýšené koncentrace kovů, jako je zinek, olovo a měď. Geochemické analýzy vzorků hornin mohou odhalit přítomnost těchto ekonomicky cenných kovů.
2. Prvky Pathfinder: Určité prvky jsou spojeny se specifickými typy rudních ložisek. V případě CRD mohou prvky pathfinderu obsahovat prvky jako stříbro, antimon, arsen, a vizmut. Tyto prvky mohou sloužit jako indikátory během průzkumu.
3. Síra Izotopy: Izotopové složení síry v sulfidických minerálech v CRD může poskytnout pohled na zdroj síry v mineralizujících tekutinách. Variace v izotopech síry mohou naznačovat příspěvky z různých zdrojů, jako je magmatická nebo sedimentární síra.
4. Izotopy uhlíku a kyslíku: Uhličitanové minerály v CRD, jako je kalcit a dolomit, mohou vykazovat variace v izotopech uhlíku a kyslíku. Izotopové studie pomáhají porozumět zdroji uhlíku a kyslíku v hydrotermálních tekutinách a mohou poskytnout informace o interakci mezi tekutinou a horninou.

Studie inkluze tekutin:

Fluidní inkluze jsou mikroskopické dutiny v minerálech, které obsahují zachycené tekutiny, poskytující přímý důkaz o složení a vlastnostech mineralizujících tekutin. Studie zahrnutí tekutin do CRD zahrnují:

1. Složení tekutiny: Analýza složení tekutin zachycených v inkluzích pomáhá identifikovat chemické vlastnosti hydrotermálních tekutin odpovědných za mineralizaci.
2. Teplotní a tlakové podmínky: Studium fluidních inkluzí umožňuje geologům odhadnout teplotní a tlakové poměry během mineralizace. Tyto informace pomáhají při rekonstrukci geologické historie ložiska.
3. Slanost: Salinita tekutých inkluzí je zásadní parametr. Změny salinity mohou naznačovat změny v chemickém složení hydrotermálních tekutin během vývoje ložiska.
4. Fázové změny: Pozorování fázových změn (např. přechody pára-kapalina nebo kapalina-kapalina) ve fluidních inkluzích pomáhá při určování podmínek zachycení a pochopení chování tekutiny.

Izotopové studie:

Izotopové studie poskytují další pohled na zdroje a procesy zapojené do tvorby CRD:

1. Stabilní izotopy (kyslík, uhlík): Stabilní izotopy kyslíku a uhlíku v uhličitanových minerálech mohou indikovat teplotu a zdroj hydrotermálních tekutin. Variace stabilních izotopů mohou pomoci rozlišit mezi různými zdroji tekutin a poskytnout informace o interakci tekutina-hornina.
2. Radiogenní izotopy (olovo, stroncium): Radiogenní izotopy, jako jsou izotopy olova a stroncia, lze použít ke stanovení stáří mineralizace a ke sledování původu kovů. Poměry izotopů pomáhají rozlišovat mezi různými geologickými zdroji kovů.
3. Izotopy síry: Jak již bylo zmíněno dříve, izotopy síry v sulfidických minerálech poskytují informace o zdroji síry v hydrotermálních tekutinách.

Integrace těchto geochemických studií, studií inkluze tekutin a izotopů umožňuje geologům vybudovat komplexní pochopení geneze a vývoje CRD, což pomáhá při průzkumu nerostů a hodnocení zdrojů.

Typy karbonátových náhradních vkladů

Carbonate Replacement Deposits (CRD) mohou vykazovat různé typy a klasifikace na základě jejich geologických charakteristik, mineralogiea geologická nastavení. Některé běžné typy CRD zahrnují:

1. Typ údolí Mississippi (rozšíření MVT) Vklady:
   • Hostitelský rock: Obvykle se nachází v karbonátových horninách, jako je vápenec a doloston.
   • minerály: Skládá se převážně ze sfaleritu (zinku), galenitu (olova) a fluorit. Někdy spojován s barytem.
   • Distribuce: Často se vyskytuje v prostředí řízených poruchami v sedimentárních nádržích.
2. Vklady zinku a olova irského typu:
   • Hostitelský rock: Hostuje v karbonském vápenci.
   • minerály: Vyznačuje se sfaleritem a galenitem jako primárními rudními minerály.
   • Distribuce: Nalezeno v Irsku a částech Spojeného království.
3. SEDEX (Sedimentární exhalace) Usazeniny:
   • Hostitelský rock: Hostováno v sedimentární horninyvčetně karbonátových sekvencí.
   • minerály: Skládá se ze sulfidových minerálů, jako je sfalerit, galenit a pyrit. Může být přítomen i baryt.
   • Distribuce: Široce distribuovaný globálně, často spojený s pánvemi a nastavením trhlin.
4. Vklady typu Broken Hill:
   • Hostitelský rock: Primárně se nachází v karbonátových horninách.
   • minerály: Charakteristický je galenit, sfalerit a menší množství jiných sulfidů.
   • Distribuce: Pozoruhodné příklady zahrnují ložisko Broken Hill v Austrálii.
5. Vklady typu Skarn:
   • Hostitelský rock: Karbonátové horniny, které podléhají metasomatické změně v důsledku pronikání magmatických hornin.
   • minerály: Rudné minerály zahrnují sfalerit, galenit a chalkopyrit, často spojovaný s skarn minerály jako např granát a pyroxen.
   • Distribuce: Spojeno se zónami kontaktní metamorfózy kolem intruzivních vyvřelých těles.
6. Náhradní vklady vázané na vrstvu:
   • Hostitelský rock: Typicky se vyskytují v karbonátových sekvencích v sedimentárních pánvích.
   • minerály: Rudné minerály mohou zahrnovat sfalerit, galenit a další sulfidy.
   • Distribuce: Nachází se ve stratigrafických horizontech a může být ovlivněn regionální tektonikou.
7. Ložiska hostovaná hydrotermálními Dolomity:
   • Hostitelský rock: Dominantně hostované v Dolomitech.
   • minerály: Rudné minerály jako sfalerit a galenit jsou spojovány s náhradou dolomitu.
   • Distribuce: Vyskytují se v oblastech, kde proběhla dolomitizace, často spojená s hydrotermálním prouděním tekutin.
8. Vklady olova a zinku hostované uhličitanem (CHZ):
   • Hostitelský rock: Karbonátové horniny, včetně vápence a dolomitu.
   • minerály: Skládá se převážně z galenitu a sfaleritu.
   • Distribuce: Nachází se v různých geologických prostředích, včetně karbonátů plošin a nastavení souvisejících s trhlinami.

Tyto typy CRD demonstrují rozmanitost geologických prostředí a procesů, které mohou vést k vytvoření ekonomicky významných Ložiska nerostných surovin. Každý typ má svůj vlastní soubor charakteristik a pochopení těchto variací je zásadní pro úspěšný průzkum a těžbu nerostů.

Regionální příklady CRD

1. Broken Hill Deposit, Austrálie:
   • pronájem: Nový Jižní Wales, Austrálie.
   • minerály: Převážně galenit (olovo) a sfalerit (zinek).
   • Geologické vlastnosti: Broken Hill je jedním z nejbohatších CRD na světě, přičemž mineralizace probíhá v sekvenci silurských sedimentárních hornin. Ložisko je spojeno s poruchami a je umístěno v prostředí bohatém na uhličitany. Je historicky významným zdrojem olova, zinku a stříbra.
2. Doly Trepča, Kosovo:
   • pronájem: Severní Kosovo.
   • minerály: Galenit, sfalerit, chalkopyrit a pyrit.
   • Geologické vlastnosti: Doly Trepča představují komplex CRD uložených v karbonátových horninách. Mineralizace je spojena se zlomovými zónami a probíhá v tektonicky aktivní oblasti. Ložisko bylo historicky důležité pro olovo, zinek a další obecné kovy.
3. Pine Point Mine, Kanada:
   • pronájem: Severozápadní teritoria, Kanada.
   • minerály: Sfalerit, galenit a pyrit.
   • Geologické vlastnosti: Pine Point je klasickým příkladem ložiska typu Mississippi Valley (MVT). Ruda se vyskytuje v dolostonech a vápencích a mineralizace je spojena s krasovými útvary a zlomy. V minulosti to byl významný výrobce olova a zinku.
4. Důl Borieva, Bulharsko:
   • pronájem: Madanské rudné pole, Bulharsko.
   • minerály: Sfalerit, galenit, pyrit a chalkopyrit.
   • Geologické vlastnosti: Důl Borieva se nachází v regionu s dlouhou historií těžby a je známý svými ložisky karbonátové rudy. Mineralizace je spojena s poruchami a vyskytuje se v karbonátových horninách, což přispívá k produkci olova a zinku v Bulharsku.
5. Důl Rammelsberg, Německo:
   • pronájem: Dolní Sasko, Německo.
   • minerály: Sfalerit, galenit, pyrit a chalkopyrit.
   • Geologické vlastnosti: Rammelsberg je historická důlní oblast, která byla využívána po staletí. Ruda se vyskytuje v polymetalickém ložisku hostovaném v komplexu vulkanických a sedimentárních hornin. Je to jedno z největších nalezišť olova, zinku a stříbra na světě.
6. Důlní oblast Ozdag, Turecko:
   • pronájem: Střední Anatolie, Turecko.
   • minerály: Sfalerit, galenit a pyrit.
   • Geologické vlastnosti: Důlní čtvrť Ozdag je známá svými CRD hostovanými uhličitany. Mineralizace je spojena se zlomovými zónami a ruda se vyskytuje v dolomitu a vápenci. Turecko je významným producentem zinku a olova z těchto ložisek.
7. Navan Mining District, Irsko:
   • pronájem: County Meath, Irsko.
   • minerály: Sfalerit, galenit a pyrit.
   • Geologické vlastnosti: Navanská těžební oblast je ložisko zinku a olova irského typu. Ruda se vyskytuje v karbonských vápencích a je spojena s porušením. V Irsku byl hlavním zdrojem zinku a olova.

Tyto regionální příklady zdůrazňují globální distribuci ložisek nahrazujících uhličitany a geologickou rozmanitost prostředí, ve kterých se tvoří. Každé ložisko má jedinečné vlastnosti formované jeho geologickou historií a tektonickým uspořádáním, což přispívá k ekonomickému významu příslušných těžebních oblastí.

Srovnání s jinými typy vkladů

1. Porfyrová ložiska mědi:

• Kontrast: Ložiska porfyrské mědi jsou primárně spojena s magmatickými intruzemi a jsou charakterizována rozptýlenou mineralizací ve velkých objemech hostitelské horniny. Naproti tomu CRD jsou obvykle umístěny v karbonátových horninách a jsou výsledkem nahrazení původních minerálů rudnými minerály díky hydrotermálním tekutinám.
• Shodnost: Oba typy ložisek mohou být významnými zdroji obecných kovů, včetně mědi, a jsou často spojeny s hranicemi tektonických desek.

2. Vulkanogenní masivní sulfid (VMS) Vklady:

• Kontrast: vklady VMS vznikají v souvislosti s podmořskou sopečnou činností a jsou charakterizovány masivními akumulacemi sulfidů na mořském dně. Na druhé straně CRD jsou často spojeny se sedimentárním prostředím a jsou výsledkem nahrazení karbonátových hornin rudnými minerály.
• Shodnost: VMS i CRD mohou obsahovat různé základní kovy, včetně zinku a olova, a mohou sdílet některé geochemické vlastnosti.

3. Vklady Skarn:

• Kontrast: Skarnová ložiska vznikají interakcí hydrotermálních tekutin s uhličitanovými horninami, podobně jako CRD. Skarny jsou však typicky spojovány s pronikáním magmatických hornin, což vede k metamorfním změnám v okolních horninách. CRD naproti tomu nemusí mít přímou souvislost s rušivým magmatismem.
• Shodnost: Oba typy ložisek mohou obsahovat základní kovy, jako je zinek, olovo a měď, a mohou mít překrývající se minerální seskupení.

4. Usazeniny sedimentárních exhalací (SEDEX):

• Kontrast: Usazeniny SEDEX se tvoří v sedimentárních pánvích exhalací tekutin bohatých na kovy z mořského dna. CRD, i když jsou také spojeny se sedimentárním prostředím, často zahrnují nahrazení karbonátových hornin rudnými minerály v důsledku hydrotermálních tekutin.
• Shodnost: Oba typy ložisek mohou být stratiformní a hostitelské mineralizace obecných kovů, ale specifické geologické procesy vedoucí k jejich vzniku se liší.

5. Epitermální Gold Vklady:

• Kontrast: Epitermální ložiska zlata vznikají z nízkoteplotních hydrotermálních tekutin v blízkosti zemského povrchu a jsou charakteristická ukládáním zlata a stříbra. CRD, i když zahrnují hydrotermální tekutiny, jsou zaměřeny na nahrazení uhličitanových hornin sulfidy obecných kovů.
• Shodnost: Oba typy ložisek jsou spojeny s hydrotermálními procesy a některá CRD mohou také obsahovat zlato a stříbro jako vedlejší produkty.

6. Stratiformní ložiska olova a zinku:

• Kontrast: Stratiformní ložiska olova a zinku, podobná ložiskům SEDEX, jsou uložena v sedimentárních horninách. CRD, i když se také vyskytují v karbonátových sekvencích, mohou zahrnovat složitější procesy hydrotermální náhrady.
• Shodnost: Oba typy ložisek mohou být stratiformní a obsahovat olověnou a zinkovou mineralizaci, ale geologické procesy vedoucí k jejich vzniku se mohou lišit.

I když tyto typy ložisek sdílejí některé společné prvky, rozdíly spočívají v jejich geologickém nastavení, mineralogii a specifických procesech, které vedou k jejich vzniku. Pochopení těchto rozdílů je zásadní pro efektivní průzkum nerostů a hodnocení zdrojů.

Referenční seznamy

Knihy:

1. Guilbert, JM, & Park, CF (1986). Geologie rudních ložisek. Freeman.
2. Spry, PG (2003). Sulfidová mineralogie a geochemie. Cambridge University Press.
3. Kesler, SE a Wilkinson, BH (2008). Raná atmosféra Země a oceánya Původ života. Springer.
4. Evans, AM (1993). Rudná geologie a průmyslové nerosty: Úvod. Blackwell Science.

Články v časopise:

1. Large, RR, & Bull, SW (2006). Karbonátem hostovaná ložiska olova a zinku. Speciální publikace Společnosti ekonomických geologů, 10, 307-328.
2. Lydon, JW (1984). Role karbonátových hornin ve vývoji typu Mississippi Valley vklady. Hospodářská geologie, 79(3), 321-337.
3. Hofstra, AH (1995). Skarnová ložiska. Recenze v hospodářské geologii, 7, 13-29.
4. Hannington, MD, & Barrie, CT (1999). Obří vulkanogenní masivní sulfidové ložisko Kidd Creek, západní subprovincie Abitibi, Kanada: přehled. Rudogeologické přehledy, 14(1), 101-138.

Online zdroje:

1. Společnost ekonomických geologů (SEG): https://www.segweb.org/
2. Geologická společnost Ameriky (GSA): https://www.geosociety.org/
3. US Geological Survey (USGS): https://www.usgs.gov/
4. Australian Mines Atlas – Geoscience Australia: http://www.australianminesatlas.gov.au/