Прибрежно-морские россыпи

Рис. 72. Схематический геологический разрез через погребенные и современную

Рис. 69. Щеточные россыпи. Задержка ценных минералов в зависимости от ровности плотика и элементов залегания слагающих его пород (встречное и попутное к течению

падение сланцев)

Два последних пустых слоя, которые перекрывают продуктивный пласт россыпи, при их значительной мощности часто бывает выгодно предварительно убрать, вскрывая при этом промьшленный пласт («вскрыша»). Это делается при раздельной отработке россыпи. Когда мощность их не велика, их разрабатывают совместно с продуктивным пластом россыпи, несмотря на то, что их наличие снижает среднее содержание полезных минералов в промываемой массе – разубоживает россыпь.

Такое строение имеют простые россыпи, образованные в один цикл накопления наносов и заполнения ими этого участка долины реки. Этому циклу осадконакопления соответствует проявленный в верховьях реки и поставляющий обломочный материал единый эрозионный цикл углубления и расширения долины верховьев данной реки.

Нередко после первого цикла накопления наносов и заполнения ими долины реки происходит подъем этой территории (рис. 70) или опускание территории нижележащего участка реки и понижение базиса эрозии (рис. 71). Это вызывает увеличение скорости течения и углубления русла реки, ее новый эрозионный врез и размыв собственных отложений, представленных вышеописанными пластами россыпи первого цикла. При этом углубление реки в старые наносы может быть или незначительным (см. рис. 70), или более крупным, вызывающим размыв старой россыпи, сохраняющейся в этом случае иногда только в прибортовых частях долины в виде террасовых россыпей, образующихся при большем, чем в первый цикл эрозии углублении реки в коренные породы (см. рис. 67). Этот второй эрозионный цикл может смениться новым этапом накопления рекой наносов и образованием продуктивного пласта II, содержащего россыпь второго цикла (см. рис. 68). При этом в основании продуктивного пласта II новой россыпи в качестве плотика залегают не коренные породы, а сохранившиеся от размыва слои раннего цикла. В этом случае слой осадков старого цикла, лежащий в основании новой россыпи, часто являющейся более бедной, чем нижняя россыпь, которая залегает на коренном плотике, называется «ложным плотиком». Его надо уметь распознавать, чтобы при разведке и отработке россыпи не пропустить богатый нижний продуктивный пласт, лежащий на коренном плотике.

Рис. 70. Три стадии образования сложной россыпи при поднятии территории верховья реки:

I стадия – россыпь реки с равновесным продольным профилем;

II стадия – подъём территории верховьев россыпи и образование неравновесного профиля реки;

III стадия – размыв поднятого верховья старой россыпи и переотложение ее в виде второго (верхнего продуктивного) пласта с образованием сложной россыпи

Рис. 71. Схема стадий размыва старой россыпи при понижении базиса эрозии и образования новой россыпи нового эрозионно-аккумуляционного цикла:

I – равновесный профиль старого эрозионного цикла; II – понижение базиса эрозии, начало нового эрозионного цикла, неравновесный профиль реки; III – середина нового эрозионно-аккумуляционного цикла.

Цифры в кружках: 1 – уровень базиса эрозии; 2 – старая россыпь; 3 – новая россыпь

Основной процесс сортировки и отложения обломочного материала, образующий аллювиальные россыпи, происходит в русле реки, где формируются лентообразные узкие русловые россыпи (см. рис. 67).

При расширении долины реки ее меандрировании и перемещении русла в поперечном к течению реки направлении происходит постепенное заполнение наносами всей долины реки с образованием особого подкласса аллювиальных россыпей - более широких и крупных долинных россыпей.

Реликтами более ранних долинных россыпей, образованных в предшествующие циклы накопления наносов и частично размытых при последующих углублениях русла реки в поздние циклы эрозии, являются сохранившиеся в боковых прибортовых частях долин на террасах террасовые россыпи.

Механизм образования всех трех описанных типов аллювиальных россыпей один – перемещение обломочного материала потоком в русле реки, его сортировка, осаждение и накопление россыпных минералов в нижней – приплотиковой части наносов. Это определяет положение и морфологию продуктивного пласта в этих типах аллювиальных россыпей.

Фации осадков, связанные с изменением режима течения реки, представлены проявленным в разной степени в пределах отдельных пластов россыпи смешением материала разной крупности. Этот фациальный состав пластов определяет важные для технологии переработки промышленные характеристики описанных типов аллювиальных россыпей – их каменистость (содержание классов крупности от глыб, валунов до галечника), валунистость (содержание валунов) и промывистость. Последняя определяется наличием в пласте более тонкого, чем наиболее легко промываемые пески – алевритового и пелитового материала, называемого у специалистов по разработке россыпей «илами» и «глинистыми» фракциями. Количество этих фракций больше 10% и связанная с этим сцементированность промышленных песков, появление в них комьев и прослоев трудноразмываемого и уходящего с галечниками в отвал и уносящими заключенные в них включения ценных минералов материала снижает «промывистость» песков, т. е. полноту извлечения из них ценных минералов (см. табл. 4).

Важнейшими минералами, концентрирующимися в аллювиальных россыпях перечисленных типов, являются самородное золото, платина, касситерит и вольфрамит. Они присутствуют в этих россыпях в основном в виде мелких зерен разной окатанности. Золото образует также чешуйки, проволочки, дендриты, изредка октаэдрические кристаллы. Платина присутствует обычно в хорошо окатанных мелких зернах, редко – в виде кристаллов. Размеры зерен золота и платины весьма разные – от тысячных долей миллиметра до самородков в 2–3 мм и изредка до десятков сантиметров. Соотношение количества мелкого и более крупного материала (вплоть до самородков) в отдельных аллювиальных россыпях, а также в россыпях разных золотоносных и платиновоносных районов резко различается. Во многих россыпях Урала, Ленского района и Колымы золото более крупное и нередко встречаются самородки, тогда как в других районах золото – мелкое, самородки встречаются редко или вообще отсутствуют. Отмечается отчетливая прямая связь между крупностью золота в россыпях и размерами выделений золота в коренных месторождениях, являющихся источниками этих россыпей, а также степенью окатанности золотин и расстоянием их переноса от этих источников. Согласно экспериментальным исследованиям Т.Н. Бондаренко, свободные зерна золота и платины при образовании аллювиальных россыпей практически не перемещаются водным потоком вниз по течению реки. Значит, переносятся они в основном в сростках.

В связи с избирательным растворением примесей и, в том числе, основной примеси самородного золота – серебра пробность россыпного золота обычно высокая (930–980) и всегда выше пробности золота, присутствующего в коренных источниках россыпей. Большей пробностью обладают мелкие зерна россыпного золота, из которых примеси, а это прежде всего – серебро, легче растворяются, и поверхностные каемки более крупных выделений золота.

Своеобразным подклассом аллювиальных россыпей, образуемым в особых условиях, являются косовые россыпи (см. рис. 67). Эти россыпи могут формироваться значительно ниже по течению реки, чем русловые и долинные россыпи за счет переноса ценных минералов, в том числе во взвешенном состоянии на относительно большие расстояния. Косы образуются на участках резкого снижения скорости потока вдоль выпуклых участков берегов и у островов. Они слагаются очень мелкими обычно пластинчатыми зернами в отличие от всех остальных россыпей в самых верхних частях аллювия на поверхности кос.

Косовые россыпи наиболее быстро (часто за один паводок) могут восстанавливаться и пополняться ценным материалом, т. е. являются возобновляемыми. В целом размеры косовых россыпей небольшие, значение их невелико.

Разновидностью косовых аллювиальных россыпей являются дельтовые россыпи, представляющие собой переходный тип от собственно косовых аллювиальных к прибрежно-морским россыпям. Они тоже характеризуются накоплением очень мелких зерен ценных минералов преимущественно в верхних частях косослоистой толщи наносов приустьевых частей рек, реже являются перекрытыми пустыми наносами.

Дельтовые россыпи залегают в виде сложных струй, связанных с отложениями отдельных рукавов и протоков дельты реки. Они тоже могут легко смываться в паводки и штормы и пополнять своим матери­алом прибрежно-морские россыпи.

К дельтовому типу, вероятно, относятся основные олигоценовые ильменит-рутил-цирконовые россыпи Тургайского прогиба, а также претерпевшие затем значительный метаморфизм протерозойские галечниковые россыпи Витватерсранда, ныне превращенные в золотоносные конгломераты.

Аллювиальные россыпи более древние, связанные с палеодолинами рек, и некоторые четвертичные россыпи, залегающие в сложных долинах, образованных с участием инородных (в том числе ледниковых, тектонических и вулканических) процессов, которые усложнили ход аллювиального осадконакопления, перекрыты значительными толщами пород и относятся к подклассу погребенных аллювиальных россыпей (рис 72).

русловую россыпь реки Бодайбо:

1 – погребенные доледниковые русловая и террасовые россыпи I–V террас (и их высоты); 2 – погребенные межледниковые россыпи; 3 – современная русловая россыпь; 4 – 8 – осадки (4 – пелиты, 5 – пески, 6 – суглинки, 7 – галечники, 8 – валунник); 9 – коренные породы

К этому типу относят некоторые россыпи Ленского золотоносного района, перекрытые толщами ледниковых отложений мощностью до 200 м, и золотые россыпи Восточной Австралии и Калифорнии, перекрытые туфолавовыми потоками.

Погребенные россыпи являются весьма богатыми и крупными, т. е. значение их может быть очень большим. Поэтому поиски этих россыпей, несмотря на значительные трудности, заслуживают самого большого внимания, особенно в старых рудных районах, где есть предпосылки для их образования и где отработка открытых россыпей заканчивается.

Формы продуктивных залежей аллювиальных россыпей – от лентообразных, линзовидных и гнездовых (русловые и косовые россыпи) до пластовых (долинные и террасовые россыпи).

Размеры промышленных залежей аллювиальных россыпей весьма различны. Протяженность мелких россыпей достигает десятков метров при ширине 2–5 м. Наиболее частые средние по размерам россыпи характеризуются длиной в сотни метров до 2–5 км при ширине 50–100 м. Крупные аллювиальные россыпи имеют длину 5–10 км при ширине 100–200 м. Наиболее крупные россыпи достигают протяженности до 200 км, при ширине 1–2 км. При этом надо иметь в виду, что крупные россыпи обычно относятся к типу сложных россыпей, образованных в несколько эрозионно-аккумуляционных циклов, и состоят из нескольких продуктивных пластов, в том числе иногда относящихся к русловым, долинным и террасовым россыпям, в значительной части в плане перекрывающих друг друга.

Мощность продуктивной залежи аллювиальных россыпей обычно составляет 0,5–1,2 м. Нередко она достигает 2–3 м, а иногда 5–8 м. Однако обычно это увеличение мощности наблюдается не по всей длине залежи, а в ее раздувах. Минимальная мощность наблюдается в простых приплотиковых россыпях, в которых весь ценный материал осаждался на плотике.

Мощность перекрывающих продуктивный пласт пород (торфов и др.) подвержена еще большим колебаниям – от нескольких метров до 100–200 м, что наблюдается при развитии в долине не только аллювиальных, но и ледниковых или других отложений.

Распределение полезных компонентов в аллювиальных россыпях обычно неравномерное и зависит от расположения коренных источников, содержания в них полезного минерала, крупности его зерен, условий разрушения, транспортировки и осаждения обломочного материала. Промышленные содержания в аллювиальных россыпях золота и платиноидов составляют от нескольких десятков миллиграммов до нескольких граммов на кубический метр, запасы в них металлов – от десятков килограммов до нескольких тонн, редко до десятков тонн.

В вертикальном разрезе обычно наибольшее содержание наблюдается в нижней части аллювия у плотика. Вниз от поверхности плотика содержание резко падает при ровном плотном плотике или убывает постепенно, если плотик неровный, трещиноватый или закарстованный. В этом случае полезные компоненты могут проникнуть в плотик на глубину до 1 м и больше.

По направлению вверх от плотика содержание ценных компонентов в продуктивных песках одного цикла накопления наносов постепенно убывает.

По ширине продуктивной залежи наибольшие содержания наблюдаются обычно в средней части россыпи, а по направлению к бортам долины они закономерно убывают. Если происходило «блуждание» русла по долине, то наблюдается более сложная картина распределения содержаний по ширине залежи. По длине россыпи обычно содержание ценных компонентов падает от ее вершины вниз по течению.

Эти закономерности распределения ценных компонентов в россыпи могут значительно нарушаться в связи с рядом факторов, определяющих обогащение или обеднение отдельных участков россыпи, вызывая появление в ней раздувов или пережимов.

1. Впадение притоков, по которым привносятся ценные компоненты, вызывает образование ниже по течению раздува россыпи. Если приток пустой, то ниже его по течению будет пережим или разубоживание россыпи.

2. Изменение угла наклона плотика вдоль долины, связанное с чередованием выходов пород разной крепости, вызывает появление участков обогащения (пологие углы долины и замедленное течение) или обеднения россыпи (крутые углы и быстрое течение, препятствующее осаждению ценных минералов).

3. Изменение состава пород плотика определяет характер его поверхности: неровная поверхность, хорошо задерживающая ценные минералы, – появление богатых щеточных россыпей; ровная поверхность – обеднение россыпи (см. рис. 69).

4. Выход в плотике россыпи дополнительного размываемого рекой коренного источника может вызвать появление участка обогащения россыпи.

5. Разделение потока на несколько русел – струй вызывает усложнение или обеднение россыпи.

6. Сочетание ряда этих факторов приводит к сложному характеру распределения полезных компонентов в аллювиальных россыпях.

Важнейшие аллювиальные россыпи таких тяжелых и относительно мягких минералов как самородное золото и платина образуются в основном вблизи питающих их коренных источников, так как переносятся они с трудом и преимущественно в виде сростков с другими минералами. Исключением являются поверхностные косовые россыпи, слагаемые тонкими, в основном плоскими, чешуйчатыми зернами, которые могут быть удалены от коренных источников на многие километры.

Аллювиальные россыпи более легких и твердых (устойчивых к истиранию) минералов – ильменита, рутила, циркона, монацита, алмазов и других драгоценных и абразивных камней – часто являются более удаленными от коренных источников – на десятки километров и более. Перенос их достигает устьев рек, привносящих мелкие зерна этих минералов к морским и озерным берегам, где они затем и концентрируются.

Россыпи этого класса образуются в прибрежной части морей и крупных озер под воздействием волн прибоя и прибрежных течений в полосе пляжа между линиями прилива и отлива, а также на подводном береговом склоне за счет перемыва и сортировки обломочного материала, в основном приносимого впадающими реками и обычно в небольшом количестве поступающего с прибрежной части суши.

Из трех типов морских берегов воздымающихся (высоких, абрадируемых), опускающихся (низких, интенсивно заносимых наносами – аккумулятивных) и устойчивых берегов (остающихся длительное время стабильными), для образования россыпей наиболее благоприятными являются последние. Именно вдоль таких берегов происходит вызываемое преимущественно морскими волнами длительное непрерывное возвратно-поступательное перемещение обломочных масс, их измельчение, сортировка и переотложение.

Поступающий в море обломочный материал переносится вдоль берега морскими течениями и одновременно дифференцируется волнами и приливами по размеру обломков и их удельной плотности, образуя прибрежно-морские россыпи. Схема положения трех основных типов прибрежно-морских россыпей представлена на рис. 73.

Рис. 73. Схема положения различных типов молодых прибрежно-морских россыпей:

1 – коренной берег, 2 – зона прибрежных террас с террасовыми россыпями, 3 – зона прибоя с пляжевыми россыпями, 4 – зона берегового склона и прибрежных течений с подводными россыпями

Важным типом таких россыпей являются пляжевые, в том числе современные пляжевые россыпи. Процесс их образования непосредственно связан в основном с деятельностью прибрежных волн, несущих и выплескивающих на пляж частицы обломочного материала. В связи с тем, что скорость прибойных волн всегда выше скорости волн, скатывающихся обратно в море, в полосе пляжа (в его самой верхней поверхностной части) избирательно накапливаются наиболее тяжелые ценные минералы, тогда как легкие минералы уносятся возвратной волной обратно в море.

Полноценные прибрежные россыпи могут формироваться только в том случае, когда размер обломков ценных минералов равен или несколько больше размера частиц остальных обломков, слагающих пляжевые наносы. В противном случае на пляже будут накапливаться более крупные и тяжелые обломки пород и непромышленных минералов, а более мелкие и легкие зерна ценных минералов будут сноситься обратно в море.

Так как в прибрежье крупными реками в основном привносится мелкозернистый обломочный материал и в том числе ценные минералы дальнего переноса, то наиболее благоприятен для образования пляжевых россыпей тонкозернистый, равномернозернистый состав пляжевых песков с размером зерен в основном 0,1–0,5 мм.

Выносимые волнами на берег тяжелые ценные минералы не могут погрузиться в неподвижную плотную массу подстилающих отложений и накапливаются в самой верхней части тонкозернистых пляжевых песков, подверженных постоянному перемыву и пополнению морскими волнами. Поэтому в отличие от большинства аллювиальных россыпей (кроме косовых), погруженных вглубь осадков, современные пляжевые морские россыпи являются открытыми поверхностными россыпями.

Они в основном слагаются твердыми устойчивыми к истиранию и потому способными переноситься реками на дальние расстояния и выноситься в море россыпеобразующими минералами, имеющими темный преимущественно черный цвет: магнетитом, ильменитом, рутилом, цирконом, монацитом, гранатами. Поэтому пляжевые россыпи представлены в основном богатыми по содержанию ценных минералов (содержание их 30–80%) и потому темно-серыми и черными тонкозернистыми песками.

Прибрежные морские течения, не нарушая общей волновой схемы формирования пляжевых россыпей способствуют «растягиванию» – перемещению привносимого в основном крупными реками обломочного материала вдоль берега со скоростью до десятков и более метров в сутки. Это способствует тому, что прибрежные россыпи протягиваются в виде узких располагающихся между линиями прилива и отлива весьма протяженных полос шириной чаще в 5–25 м, реже более, располагающихся вдоль берега от устья питающей реки или размываемых морем источников на километры, а иногда и сотни километров.

Мощность таких лентообразных залежей современных россыпей обычно небольшая (около 1 м, изредка до 2–3 м), причем внутри этой суммарной мощности продуктивный пласт россыпи состоит из нескольких еще более тонких (в 10–20 см) линзовидных черных прослоев, сложенных наиболее богатыми концентратами ценных минералов.

Важнейшей особенностью современных пляжевых россыпей, отличающих их от почти всех других типов месторождений полезных ископаемых, является их возобновляемость. Этому способствует интенсивное перемещение больших масс прибрежного обломочного материала береговыми течениями и морскими штормами с последующей его сортировкой волнами и повторяющимся относительно быстрым накоплением на поверхности пляжей.

Примерами современных пляжевых россыпей являются прибрежные россыпи Австралии, Бразилии, Индии.

Известны такие россыпи на Тихоокеанском побережье СССР и Америки.

Из пляжевых россыпей в процессе отступления моря образуются более древние морские террасовые россыпи, располагающиеся на прибрежных морских террасах, отстоящих от современного берега моря на разные расстояния (до нескольких километров) и поднятые на высоту в 10–200 м (см. рис. 73).

Эти россыпи бывают перекрыты песчано-глинистыми торфами мощностью 1–5 м. Обычно у моря они сопровождаются современными пляжевыми россыпями. Мощность продуктивных пластов террасовых россыпей часто более значительная, чем пляжевых (до 2–3 м). Размеры их зависят от степени сохранности морских террас и, как правило, уступают размерам пляжевых россыпей.

Важнейшими примерами морских террасовых россыпей являются богатейшие алмазоносные россыпи Намибии и золотоносные россыпи района Ном на Аляске.

Подводные россыпи образуются на береговом склоне в значительной степени в результате деятельности постоянных морских прибрежных течений вдоль берегов трансгрессирующих морей, наступающих на участки побережья с имеющимися пляжевыми и дельтовыми россыпями. Они характеризуются иногда значительными мощностями продуктивных песков (до 25 м), но нередко перекрыты пустыми осадками мощностью в 2–30 м. Ширина их достигает сотен метров при протяженности в километры (до сотен километров).

В настоящее время из таких россыпей начата подводная добыча ильменита, рутила, циркона, монацита, магнетита, хромита, золота, алмазов и др. Например, в Японии со дна Токийского залива производится добыча магнетитовых песков объемом около 500 тыс. т в год с содержанием железа – 56% и диоксида титана 12%; в качестве примеси присутствует ванадий.

В районах, сформированных в процессе поднятия суши и значительного отступления (регрессии) моря, древние морские россыпи нередко обнаруживаются вне связи с современными побережьем вдали от моря, под чехлом перекрывших их впоследствии наносов в виде погребенных прибрежно-морских россыпей. Эти россыпи приурочены к прибрежно-морским фациям пород третичного, мезозойского и реже палеозойского возрасту, перекрытых более молодыми отложениями, и залегают на глубинах от нескольких метров до сотен метров.

Так как эти россыпи были образованы в основном как пляжевые россыпи в условиях, аналогичных современным, но формировались преимущественно на фоне опускания дна и трансгрессии моря, то они характеризуются значительно большими мощностями продуктивных песков (до 20–30 м). В остальном они сходны с соответствующими современными прибрежно-морскими россыпями.

Примером погребенных прибрежно-морских россыпей, аналогичных вышеописанным современным пляжевым ильменит-цирконовым россыпям, являются третичные россыпи Приднепровья.

Эти россыпи залегают на северо-восточной окраине Украинского щита, сложенного архейскими гранитогнейсами, содержащими акцессорную вкрапленность ильменита, рутила, циркона.

В верхней части архейского фундамента развита мощная кора выветривания. Фундамент перекрыт толщей кайнозойских песков, глин, бурых углей, в которой присутствуют два продуктивных горизонта россыпей, связанных с прибрежно-морскими фациями полтавского и сарматского ярусов и перекрытых более молодыми осадками мощностью до 30 м и более.

Полтавские и сарматские пески имеют мощность 5–30 м и 20–25 м и обогащены ильменитом (до 25 кг/м³), рутилом (до 5 кг/м³) и цирконом (до 7 кг/м³). Размер зерен песков этих россыпей 0,05–0,12 мм, зерна хорошо окатанные.

Форма продуктивных залежей пластообразная, залежи неоднородны.

Россыпи Приднепровья образовались в результате размыва мезозойской коры выветривания пород фундамента и концентрации ценных минералов в прибрежно-морских условиях при формировании пляжевых и, возможно, частично дельтовых и подводных россыпей полтавского и сарматского морей. Размеры этих погребенных россыпей весьма значительные.

Подобные погребенные россыпи известны также на Северном Кавказе, на Урале, в Сибири.