Месторождения, образованные из коллоидных растворов

Представления об образовании солей

Накопление солей может происходить двумя путями: 1) в результате последовательного уменьшения площади солеродного бассейна; 2) путем концентрирования в межзерновой жидкой фазе в разрезе ранее сформированных эвапоритов. Наиболее распространен первый механизм, который обусловливает формирование месторождений гипса, галита и небольших по мощности калийных пластов. Второй механизм встречается редко, но обусловливает мощный калийный или содовый рудогенез.

В целом характерными чертами месторождений солей являются:

связь с аридными климатическими зонами (за исключением соды) и выровненным рельефом;

локализация в соленосных преимущественно хемогенно-осадочных толщах и связь с первично красноцветными тонкообломочными отложениями;

отчетливый стратиграфический контроль рудных залежей;

хроностратиграфическая неравномерность распределения запасов солей, наличие эпох солевого осадконакопления;

расположение месторождений в крупных депрессионных зонах, отличавшихся интенсивным некомпенсированным опусканием и высокой скоростью накопления каменных солей;

пластовая, иногда штоковидная форма рудных тел с большой мощностью соленосных толщ, достигающей 700 — 800 м и площадью распространения, составляющей от 5—6 тыс. кв. км до более 1 млн. кв. км;

характерные тонколистоватые текстуры руд, часто нарушенные оползневыми деформациями, присутствие текстур растворения;

частые проявления соляной тектоники, обусловленной способностью каменных солей к вязкому течению; обязательное присутствие в разрезах перекрывающих соли бронирующих глинистых толщ. Выделяются четыре рудные формации эвапоритовых хемогенных осадочных месторождений: 1) гипс-ангидрит-галитовая; 2) галит-карналлитовая с солями магния; 3) содовая; 4) современных и древних рассолов с концентрациями бора, иода, брома, щелочных и щелочно-земельных металлов.

Месторождения этого типа являются главным поставщиком промышленных руд марганца (Чиатури, Никополь, Больше-Токмакское в СНГ, Моанда в Габоне, объекты добычи в Марокко, ЮАР). Они представляются важным источником промышленных оолитовых (бурожелезняковых) руд железа (месторождения Керченское, Аятское, Колпашевское в СНГ, Лотарингского бассейна в Германии, Клинтон в США, п-ва Ньюфаундленд в Канаде и др.). К этому типу относятся перспективные по своим огромным ресурсам железо-марганцевые конкреции дна мирового океана. Заметную роль играют относящиеся к этому типу осадочные бокситовые месторождения (Северо-Уральского бокситорудного района, Венгрии, Югославии, Ямайки и Гаити).

В рассматриваемый класс отнесены осадочные месторождения железа, марганца и алюминия. Среди месторождений железа и марганца выделяется три разновидности: оолитовых руд; железо-марганцевых конкреций; железистых и марганцевых кварцитов. Происхождение последних многие исследователи связывают с вулканогенно-осадочным и метаморфическим процессами.

Общие черты месторождений

Месторождения располагаются в отложениях, которые накапливались в мелководных озерах, заливах, бухтах, лагунах и на океаническом дне с неактивным гидродинамическим режимом. Характерна ассоциация руд с мелководными глинистыми, мелкозернистыми песчаными, кремнистыми, туфогенными и карбонатными породами, слагающие трансгрессивно-регрессивные серии. Наиболее крупные месторождения бурых железняков и окисных марганцевых руд занимают обширные мульды в платформенном чехле, как, например, Камыш-Бурунская структура Керченского железорудного месторождения.

В целом Н. М. Страховым отмечено закономерное распределение концентраций алюминия, железа и марганца в направлении от континента к морским обстановкам. Эта зональность объясняется различной подвижностью коллоидных частиц соответствующих металлов в опресненных и соленых растворах. Последние, являясь электролитами, обусловливают коагуляцию коллоидов и осаждение руд. Этот ряд отражает распространение ореолов алюминия, марганца и железа от их источника — латеритных кор выветривания. Соединения алюминия могут мигрировать на небольшие расстояния до нескольких километров. Большей устойчивостью обладают закисные формы железа, максимально устойчивы коллоидные частицы марганца.

В каждом конкретном рудоносном бассейне концентрации алюминия, железа и марганца подчиняются определенным геохимическим условиям, которые в свою очередь обусловлены различными обстановками осадконакопления. Осаждение железа и марганца происходит на щелочном, карбонатном, окисном или сульфидном барьерах. Пространственное положение этих барьеров в основном определяется глубиной и удаленностью осадконакопления от берега. Выпадение из растворов гидратов окиси алюминия не зависит от окислительно-восстановительных условий и определяется двумя главными обстоятельствами: увеличением щелочности среды при росте рН от от 5 до 9; выносом свободного кремнезема. В противном случае алюминий связывается в каолините. В этой связи не случайна приуроченность бокситов к карбонатным породам, практически лишенным кремнезема и обычно дающим щелочную реакцию среды в гумидных условиях.

Для железа наблюдается следующая зональность руд по мере удаления от береговой линии: окисные (коричневые); окисные и гидросиликатные (табачные); окисные с сидеритом и анкеритом и гидроокислами марганца (икряные); сидеритовые; пирит-марказитовые концентрации. Похожие изменения выявлены для марганцевых руд: пиролюзит-псиломелановые (Мn0₂ и Мn0₂nН₂0); манганитовые МnО(ОН); родохрозитовые МnС0₃. Эта модель хорошо согласуется с наблюдаемыми фациально-геохимическими типами марганцевых руд Никопольского месторождения. Для руд марганца чаще, чем для железа, характерны переходы в осадки с сероводородным заражением.

Распределение запасов осадочных бокситов, руд железа и марганца весьма неравномерное по стратиграфическим интервалам, что указывает на существование крупных металлогенических эпох. Н. М. Страхов выделил семь главных металлогенических эпох:

докембрийскую, кембрийскую, ордовикскую, силурийскую, каменноугольную, юрскую и кайнозойскую, которые в целом связаны с периодами выравнивания и образования интенсивных кор выветривания. Наиболее отчетливо это наблюдается для осадочных месторождений алюминия, которые приурочены к закарстованным поверхностям и представлены красноцветными переотложенными латеритными и сероцветными слоистыми осадочными бокситами, расположенными внутри карбонатных разрезов.

Для железа главными металлогеническими эпохами считаются докембрийская (протерозойская) и юрская, которые включают громадные по запасам (десятки млрд. т) рудные провинции. Н. М. Страхов отметил эволюцию генетических типов осадочных железных руд. Для докембрийской эпохи характерны железистые кварциты, накапливавшиеся вдали от морских побережий. Для палеозойских эпох рудоотложение типично в литоральной зоне. Начиная с позднего палеозоя, появляются и все более широко распространяются озерно-болотные руды.

Для марганца помимо крупных докембрийской, раннепалеозойских и каменноугольной эпох выделяется уникальная олигоценовая эпоха, к которой относится крупнейшее в мире месторождение Украины (Никопольское), содержащие 75% мировых запасов этого металла, и Грузии (Чиатурское). Для докембрийских месторождений характерны преимущественно силикатные марганцевые руды, для палеозойских — оксидные и карбонатные, для олигоцена — гидрооксидные.

Для месторождений осадочных бокситов важнейшими эпохами являются: девонская, включающая Уральские месторождения; карбоновая с месторождениями Средней Азии; мезозойская и палеогеновая, к которой приурочены месторождения Средиземноморской провинции, и плиоцен-четвертичная, содержащая месторождения на коралловых островах Ямайки и Гаити.

Пластовая форма рудных тел и согласное их залегание в осадочных толщах прямо указывают на седиментационно-диагенетическое происхождение руд. Характерно тонкое переслаивание собственно рудных слоев и прослоев ракушняков, глин или песков, содержащих полезные компоненты в примесных концентрациях. Мощности рудных тел бурых железняков и оксидно-марганцевых руд составляют метры — десятки метров, протяженность — многие километры. Отмечается внутренняя линзовидная неоднородность пластовых рудных залежей. В месторождениях бокситов как правило встречаются рудные тела неправильной формы, часто гнездовые, которые подстилают рудные пласты. Это объясняется приуроченностью переотложенных бокситов к закарстованной поверхности известняков. Осадочные бокситы часто ассоциируют с собственно карстовыми остаточными месторождениями. Рудоносные зоны прослеживаются вдоль поверхностей несогласия на десятки километров. В типичных разрезах бокситы в нижней части рудных тел имеют красный цвет за счет гидроокислов железа и бобовую текстуру. Верхние части рудных тел сложены зеленовато-серыми и пестроцветными массивными и слоистыми бокситами.

Для руд характерны оолитовые, конкреционные, бобовые, микрослоистые, кластогенные и биогенные текстуры, примесь глинистого и песчаного терригенного материала. Для докембрийских месторождений типичны слоисто-полосчатые и плойчатые текстуры руд. В месторождениях бурых железняков железистые хлориты (шамозит и др.) и гидроокислы железа (гетит, гидрогетит) считаются первичными седиментационными, образованными в подвижной водной среде. Они слагают оолиты и их цемент. Сидерит в рудах поздний диагенетический. В оолитовых железных рудах встречаются глауконит, фосфаты и карбонаты. Для руд Керченского месторождения глауконит не характерен, отмечаются повышенные концентрации марганца, фосфора, мышьяка, ванадия и никеля.

Конкреции железа и марганца встречаются в современных озерно-болотных отложениях и на дне морей и океанов. Первые в железный век служили самым доступным источником выплавки железа. Вторые рассматриваются в качестве перспективного сырья XXI века. Следует подчеркнуть, что помимо основных компонентов, в конкрециях имеются высокие концентрации попутных кобальта, никеля, меди, цинка и свинца. Интересен факт современного роста пелагических конкреций. Подсчитано, что за год их накапливается порядка 10 млн т.

Современные железо-марганцевые конкреции дна Мирового океана прослежены до глубины 6 км и при дециметровых мощностях занимают огромные площади и соответствующие запасы, которых человечеству может хватить на несколько столетий. На плато Клипертон в центре Тихого океана проведено экспериментальное крупнообъемное опробование. Диаметр конкреций — от первых см до многих дециметров, концентрации металлов в них достигают: Fe — 25 — 27%, Мn — более 20%, Со—первые %, Сu — 1,5%. Отмечаются также высокие концентрации Ni, V, Mo, Ti и др. За счет этого получается весьма ценное сырье для непосредственного получения легированных сплавов.

Представления о рудоообразовании

В качестве источников полезных компонентов рассматриваются латеритные коры выветривания и гидротермальные вулканические эксгаляции.

Возможность выноса больших объемов алюминия, марганца и железа из кор глубокого химического выветривания доказывается:

-присутствием остаточных месторождений бокситов, бурых железняков и скоплений гидроокислов марганца;

-общей геохимической зональностью распределения этих трех металлов;

-временной связью оруденения с эпохами выравнивания и проявлениями жаркого гумидного климата.

Наличие вулканического источника подтверждается:

существованием в зонах океанического спрединга глубоководных «черных» и «белых курильщиков», в результате деятельности которых в океан выносятся значительные объемы сульфидов железа;

повышенными содержаниями марганца (до 0,3 — 0,5 мг/л) в глубинных сероводородных восходящих водах;

пространственной и временной ассоциацией железо-марганцевых руд с глубоководными вулканогенными и кремнистыми отложениями;

— наличием вулканического пепла, при разложении которого могли формироваться бокситы на рифах Ямайки и Гаити.

На примере формирования океанических железо-марганцевых конкреций оба источника рассматриваются в качестве одинаково значимых.

Основными путями миграции этих металлов являются: подводные вулканические гидротермы и сопровождающие их океанические и глубинные морские течения; стоки малых и больших рек; грунтовые и артезианские подземные воды.

В большинстве случаев наиболее важными формами переноса металлов, по-видимому, были коллоидные растворы. Причинами концентрации являлись разнообразные геохимические барьеры.

Рассматриваемые месторождения имеют следующие характерные особенности:

-ассоциация месторождений с сероцветными терригенными, туфогенно-осадочными, черносланцевыми и угленосными формациями гумидных климатических зон, выполняющими озерные, морские и океанические впадины;

-фациально-геохимическая и минеральная зональность оруденения относительно береговой линии; стратиграфический контроль оруденения, наличие металлогенических эпох, в которых сосредоточены наибольшие мировые запасы железа, марганца и алюминия;

-пластовая форма рудных тел, оолитовые, конкреционные и микрослоистые текстуры руд.

Выделяются рудные формации хемогенно-коллоидных осадочных месторождений: 1) бурых железняков с оолитовыми шамозит-гетит-гидрогетитовыми и сидеритовыми рудами; 2) псиломелан-пиролюзитовая с родохрозитом; 3) железо-марганцевых конкреций дна Мирового океана; 4) бокситовая (диаспор-бемитовая) в угленосных и известняковых толщах; 5) хемогенных известняков и доломитов.