Крупность обломочных пород и характеристики россыпей

Размеры обломков, мм	Обломочные фракции	Содержание фракций и определяемые ими характеристики россыпей
окатанные	угловатые
> 400   200–400	крупные валуны валуны	глыбы	валунистость   < 1% + 3 + 10 + + 30% и >	каменистость   < 30% + 60% и >
100–200	мелкие валуны	плитняк
50–100 10–50	булыжник галька	щебень	–
2–10	гравий	дресва		–
0,1–2	песок
0,01–0,1 < 0,01	алеврит пелит	промывистость < 10% + 15 + 30% и >

Более крупнообломочные из названных полезных ископаемых отлагаются в основном в горных и предгорных условиях или вдоль берегов морей. Они используются в качестве материала для дорожного строительства (отсыпка путей) или в качестве наполнителей для бетонных работ. Это делювиально-пролювиальные, а также аллювиальные и ледниково-моренные отложения горных распадков и предгорных долин, которые располагаются в районах Кавказа, Средней Азии, Алтае-Саянской и Забайкальских горных систем. В Европейской части СССР крупнообломочные полезные ископаемые добываются в основном из отложений ледниковых морен. По мере сноса в более равнинные районы в процессе механической дифференциации переносимого материала водотоками производится сортировка отлагаемых обломков прежде всего по их крупности. В равнинах, прибрежных и морских условиях образуются месторождения галечников и мелкозернистых осадков (песков, алевритов, пелитов и глин), являющихся самыми широко используемыми полезными ископаемыми – строительными материалами. Эти месторождения имеют в основном речное-аллювиальное и озерно-морское происхождение и связаны с пойменными и древними террасами крупных рек, а также с мезозойско-кайнозойскими озерно-морскими осадками, широко распространенными в чехле Русской и Сибирской платформ. Они также связаны с моренно-ледниковыми и флювиогляциальными (водно-ледниковыми) отложениями.

По возрасту обломочные полезные ископаемые являются в основном наиболее молодыми – четвертичными, но могут быть и более древними. В последнем случае они обычно являются более плотными, в той или иной мере метаморфизованными, сцементированными и менее пригодны для использования в рыхлом виде. Обломочные осадочные месторождения строительных материалов представлены рыхлыми породами, состоящими в основном из наиболее распространенных породообразующих минералов (кварца, полевых шпатов) и продуктов их химического выветривания (глинистых минералов).

Выветриванию, сносу в долины и переносу реками подвергаются обломки пород, которые кроме основных породообразующих минералов содержали рассеянную вкрапленность, а иногда обогащенные скопления и даже фрагменты коренных рудных тел, состоящих из ценных промышленных минералов, в том числе химически устойчивых в поверхностных условиях минералов. Эти минералы при разрушении содержащих их пород и рудных тел будут тоже вскрываться, переноситься и при благоприятных условиях концентрироваться среди рыхлых отложений, образуя вторую и ценнейшую группу механи­ческих осадочных месторождений – россыпные месторождения или россыпи.

Россыпями называются скопления рыхлого или сцементированного обломочного материала, содержащего в виде зерен или сросшихся агрегатов те или иные ценные минералы. Россыпи образуются в результате разрушения коренных источников россыпеобразующих минералов – эндогенных месторождений, рудопроявлений, минерализованных горных пород, а также путем перемыва осадочных пород с повышенными концентрациями ценных минералов – промежуточных коллекторов. В зависимости от рельефа местности эти ценные химически устойчивые минералы выветриваемых пород будут при ровном рельефе участка накапливаться в коре выветривания без их перемещения, образуя в верхней части выветриваемых исходных пород и рудных тел элювиальные россыпи.

При неровном рельефе эти минералы и их срастания будут перемещаться вместе с другими обломками вниз по склону, образуя спускающиеся от коренных источников склоновые или делювиальные россыпи, или будут накапливаться у основания склонов, давая коллювиальные россыпи (рис. 67). Элювиально-делювиальные и коллювиальные россыпи образуются на месте или вблизи участков разрушения коренных источников россыпеобразующих минералов и потому близки к генетическому типу месторождений выветривания. Эти россыпи имеют в основном большое поисковое значение для выявления по ним коренных рудных тел. Лишь в случаях их связи с крупными коренными месторождениями и особо благоприятными для выветривания условиями эти россыпи иногда имеют большое практическое значение, являясь самостоятельными объектами высокоэффективной отработки (некоторые месторождения алмазов и других драгоценных камней, олова, золота, колумбита-танталита, бадделеита, киновари).

Рис. 67. Схема размещения россыпей различных классов и подклассов в поперечном разрезе речной долины

и в ее перспективе:

1–7—осадочные россыпи: 1 – собственно русловая; 2 – косовая; 3 – долинная; 4–6 – террасовые (4 – первой террасы, 5 – второй террасы, 6 – третьей террасы); 7 – пролювиальная; 8–10 – россыпи выветривания: 8 – коллювиальная; 9 – делювиальная; 10 – элювиальная; 11 – коренные рудные тела

Для этих россыпей характерна слабая окатанность обломочного материала, его плохая сортировка и неравномерное распределение практически во всей толще рыхлых отложений. Промежуточное положение между вышеназванными россыпями со слабо перемещенными продуктами разрушения коренных пород и руд и последующими речными и другими россыпями, в которых в процессе осаждения концентрируются россыпеобразующие минералы после их значительного перемещения от коренных источников, занимают ложковые (или распадковые) россыпи. Они образуются в самых верховьях рек – в логах (ключах, распадках) еще не имеющих постоянных водотоков, характеризующихся крутыми склонами, с которых спускаются делювиально-коллювиальные россыпи, прямыми продолжениями которых они и являются. Пролювиальные россыпи приурочены к конусам выноса временных водотоков (см. рис. 67). Эти конуса выноса в предгорьях в засушливых районах часто сливаются, образуя широкие пролювиальные шлейфы. В них также еще не происходит хорошей сортировки и обогащения материала.

Попадая в долины ручьев и рек, устойчивые минералы и их срастания переносятся водотоками на некоторое расстояние, дробятся и сортируются, а затем отлагаются в руслах и долинах рек или вдоль побережий озер и морей вместе с прочим обломочным материалом. В процессе переноса при механической дифференциации обломков в реках, а также в прибрежной части морей и озер их разделение происходит не только по крупности, но и по плотности, форме зерен и механической прочности. В водотоке наиболее крупные и тяжелые зерна переносятся с трудом и выпадают раньше, а легкие тонкие и обладающие пластинчатой формой частиц – переносятся наиболее далеко. Однако, химически устойчивые тяжелые, но не обладающие достаточной механической абразивной прочностью (твердостью, отсутствием спайности) минералы (например, киноварь, вольфрамит, шеелит) далеко от коренного источника переноситься водотоком не могут, так как будут быстро истираться и разрушаться.

Устойчивые при выветривании минералы с достаточными удельной плотностью и абразивной прочностью, называемые россыпеобразующими минералами, особенно интенсивно накапливаются в определенных участках речных долин и образуют речные или аллювиальные россыпи.

Наиболее устойчивые к истиранию и обладающие средней удельной плотностью россыпные минералы, переносимые реками на большие расстояния и достигающие прибрежных частей морей, и реже – тяжелые и более мягкие россыпеобразующие минералы, такие как золото, привнесенные с близкорасположенных к побережью территорий, образуют группу прибрежно-морских или латеральных россыпей.

Кроме вышеназванных основных классов россыпей выделяются более редкие россыпи, связанные с особыми типами перемещающей обломочный материал среды – ледниковые или гляциальные россыпи и ветровые или эоловые россыпи. Последние присутствуют среди открытых для ветров пространств, слагаемых в основном подвижным в ветровом потоке песчаным материалом, т. е. в пустынях и на широких приморских пляжах.

АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ РОССЫПИ

Речные или аллювиальные россыпи – важнейшие и наиболее распространенные – в основной своей части связаны с современной гидросетью.

Современные аллювиальные россыпи разрабатываются наиболее интенсивно. Учитывая, что в исторический промежуток времени они практически не возобновляются, количество и значение их быстро убывает.

Поэтому весьма актуальна задача выявления и изучения более древних сложных, в том числе погребенных, аллювиальных россыпей, свя­занных с палеодолинами и грабенообразными долинами.

В вертикальном разрезе аллювиальных россыпей выделяется ряд слоев (рис. 68):

1. «Плотик» – коренные породы, залегающие в основании россыпи. Состав пород плотика, наличие в нем неровностей, связанных с переслаиванием пород разной крепости и с разными элементами залегания, определяют степень ровности поверхности плотика. Углубления в плотике имеют большое значение для задержания и накапливания ценного россыпного материала (рис. 69).

2. «Пласт» – слои, залегающие в основании россыпи и содержащие ценные минералы, пласт обычно делится на два слоя. Нижний слой, залегающий на плотике и слагаемый в основном песчанистым материалом, называется «песками». Этот слой обычно является основным продуктивным – наиболее обогащенным ценными минералами – слоем россыпи. Верхний слой пласта называется «речники». Он также иногда содержит ценные минералы и слагается в основном галечниками и песками. Мощность продуктивного слоя – «пласта» обычно составляет около 0,5–1,0 м, до 2–3 м и редко больше.

Рис. 68. Схема строения сложной аллювиальной россыпи (разрез):

1 – коренной плотик; 2–3 – «пласт» (2 – пески I, 3— речники I); 4 – «торфа» I; 5 – ложный плотик; 6 – пески II; 7 – торфа II; 8 – почвы; 9 – делювий

3. «Торфа» – песчано-глинистый слой, не содержащий ценных минералов, залегающий выше пласта. Название связано с первыми в России уральскими россыпями, где этот слой действительно в основном слагался торфяниками. Мощность этого слоя бывает разной, иногда значительной и достигает 10 м и более.

4. Почвенно-растительный слой – самый верхний.

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).

Рис. 72. Схематический геологический разрез через погребенные и современную

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.