Хемогенные осадочные месторождения

Хемогенными называются осадочные месторождения, которые образуются в результате осаждения полезных компонентов из истинных или коллоидных растворов в морях, озерах, болотах.

Образование рассматриваемых месторождений предопределяют следующие факторы: присутствие необходимых ионов (с полезными компонентами), рН и Eh среды; глубина бассейна осадконакопления; близость береговой линии; строение поверхности дна; течения в прибрежной зоне морей; жизнедеятельность организмов; вертикальные колебательные тектонические движения. Выделяются месторождения, образованные:

из истинных растворов – соли, гипс, ангидрит, барит, бораты;

из коллоидных растворов – наиболее характерны руды Fe, Mn, Al, реже Pb, Zn.

Из истинных растворов солеобразование происходит в бассейнах 2-х типов: морских и континентальных. Наиболее благоприятная обстановка создается в краевых прогибах и синеклизах платформ.

Морские бассейны солеобразования связаны с колебательными движениями суши. Они образуются в понижениях прибрежных участков, залитых морем и затем отшнурованных барами, косами и т.д. Это лиманы, лагуны, прибрежные озера (рис. 2.39).

Наиболее значительные эпохи галогенеза: карбон (Ангаро-Ленский район, Якутия); силур-девон (Северная Америка, Минуса, Днепрово-Донецкий район), пермь – наиболее мощное соленакопление (Приуралье, Прикаспий, Польша, Германия, Северная Америка, Англия); юра-мел (Средняя Азия, Франция, Северная Африка); триас (Закарпатье, Прикаспий, Испания, Польша, Турция и др.). В процессе осадконакопления образование соляных месторождений происходило неравномерно. Максимальное проявление галогенеза - заключительные стадии геологических циклов.

Наиболее благоприятными являются климатические условия сухого и жаркого климата, в которых происходит интенсивное испарение и осолонение. В современных солеродных бассейнах соляная масса состоит из рапы (соляной рассол) и самосада (твердые соляные накопления). Наиболее мощные соляные залежи приурочены к устойчиво прогибающимся структурам. Они формировались в предгорных или синклинальных прогибах (Сибирская, Русская, Африканская, Северо-Американская платформы).

Минеральный состав галогенных месторождений определяют хлориды, сульфаты Na, K, Mg, Ca с примесью бромидов, иодитов, боратов. Хлориды: галит (NaCl), сильвин (КСl), карналлит (KСl · MgCl₂ · 6 Н₂О); сульфаты: мирабилит (глауберова соль) Na₂SО₄ · 10 Н₂О, ангидрит СаSО₄, гипс СаSО₄ · 2 Н₂О.

Я. Вант-Гофф и Н. Курнаков установили последовательность солеобразования при испарении морской воды. По «Солнечной диаграмме» Н. Курнакова последовательно выделяются гипс-галит-эпсомит-гексагидрит- карналлит-бишофит.

Стадии солеобразования:

1) кристаллизация солей из воды, отложение карбонатов, затем гипса;

2) увеличение концентрации в 10-11 раз, отложение галита с примесью гипса;

3) отложение ангидрита (при поднятии уровня моря и смешении раствора с морской водой);

4) выделение оставшихся легкорастворимых солей K и Na в лагуне, полностью отделенной от моря.

Залежь должна быть перекрыта глиной, предотвращающей размыв. В стадию диагенеза происходит перекристаллизация, возникают новые минералы (астраханит и др.).

Для соляных бассейнов характерна специфическая тектоника. Она связана с низким удельным весом солей и их пластичностью. По мере смятия толщ в складки происходит выжимание пластичных солей в ядра антиклиналей. Соляные купола образуются и в спокойной обстановке по модели «всплывания» более легких пород.

В Восточная Сибири месторождения солей распространены в Присаянье, а также на Сибирской платформе в пределах Непского свода.

Из коллоидных растворов образуются месторождения ряда металлов: Fe, Mn, Al, Cu, U, Ge, Mo и др.

Геологические условия образования рассматриваемых месторождений определяются характером источников рудного вещества, особенностями переноса и накопления металлоносных осадков.

Источники металлов – континентальные породы, подвергшиеся выветриванию в жарком, влажном климате с обильной растительностью и водонасыщенностью (мощные коры выветривания), зоны окисления сульфидных месторождений. Железо выносится из основных магматических пород; источником алюминия являются кислые породы, а марганца и урана – толщи с повышенным содержанием этих металлов (вулканические, глинистые, карбонатные породы).

Перенос осуществляется реками и грунтовыми водами в виде коллоидных соединений и взвесей. Содержания металлов очень низкие – от 0,007 до 1 мг/л; Fe переносится в виде золя Fe (ОН)₃³⁺, Al – в виде гидратов окиси, Mn – в виде бикарбоната и золя гидрата двуокиси. Необходимо присутствие гумусовых и других веществ, которые не дают металлам осаждаться в процессе транспортировки. За длительный период времени может быть перенесено огромное количество вещества. Так, по данным Дж. Грюнера, р. Амазонка за 180 тыс. лет могла перенести около 2 биллионов тонн железа.

Отложение металлов из коллоидных растворов происходит в прибрежной зоне озер и морей в результате коагуляции коллоидов и перевода их в осадок. Главная роль принадлежит смешению коллоидных растворов Fe, Mn с истинными растворами, а именно, с морской водой, богатой солями. Велика роль биохимического процесса – бактерии в процессе жизнедеятельности переводят металлы в осадок. Благоприятные условия – расчлененность береговой линии, многочисленные реки.

В связи с разной геохимической подвижностью соединений металлов ближе к берегу накапливается Al (бокситы), в верхней части шельфа – Fe, в нижней части шельфа – Mn (рис. 2.40). Часто встречаются Fe – Al и Fe – Mn руды. В этом же направлении (береговая линия – верхний шельф – нижний шельф) меняется минеральный состав: оксиды сменяются карбонатами, а затем силикатами.

Для геологического строения месторождений характерны пласты, пластообразные залежи, линзы, гнезда; протяженность пластов – десятки км, мощность – десятки м. Пластовые тела могут иметь несколько км в ширину и часто характеризуются сложным внутренним строением (рис. 2.41). Во многих случаях структура рудного поля осложняется крупными поднятиями и прогибами. Так, Керченское месторождение железа состоит из ряда рудоносных прогибов – мульд, разделенных поднятиями.

Минеральный состав. Хемогенные осадочные месторождения характеризуются преобладанием оксидных, гидрооксидных, карбонатных и силикатных руд.

Для месторождений железа характерны следующие типы руд: 1) окисные руды бурых железняков – лимонит, гидрогетит, гетит, гематит, иногда магнетит; 2) карбонатные руды – сидерит (FeСО₃); 3) силикатные руды – шамозит (хлорит), тюрингит Fe₄Al[Si₃AlО₁₀] [ОН]₆ ^. n Н₂О. Кроме того, в составе этих руд содержатся оксиды Mn, кварц, халцедон, полевой шпат, кальцит, барит, гипс, сульфиды.

Характерна оолитовая, полосчатая текстура.

Типичные месторождения – оз. Верхнее (Северная Америка), Керчь, КМА, месторождения Тюрингии, Западной Сибири (Колпашово).

Месторождения марганца содержат руды: 1) гидрооксидные (континентальные озерные отложения) – псиломелан (Ва, Mn)₃ (О^.ОН)₆ (Mn₈О₁₆), пиролюзит (MnO₂), лимонит, опал, глины; 2) оксидные (морские) – манганит, пиролюзит, псиломелан; 3) карбонатные – родохрозит, манганокальцит, опал, пирит и др.; 4) силикатные – родонит, гранат, гематит, магнетит, кварц.

Месторождения России и стран СНГ: Усинское, Атасу, Никополь, Чиатуры (рис. 2.41), Полуночное (см. рис. 1.4).

Среди руд Al (бокситов) по минеральному составу выделяют: 1) моногидратные бокситы, состоящие из бемита или его кристаллической разности - диаспора (Al₂О₃^. Н₂О); 2) тригидратные, состоящие из гиббсита (Аl₂О₃ ^. 3 Н₂О). Кроме того, в составе бокситов присутствуют гематит, гетит, каолинит. Текстуры: бобовые, оолитовые, песчанистые, афанитовые.

Известны месторождения складчатых областей (Боксонское, Красная Шапочка, месторождения Ямайки, Венгрии) и платформ (Тихвинское, Тургай, Арканзас, месторождения Индии).

Существуют две модели образования бокситов:

1. Осадочно-латеритная гипотеза – продукты выветривания пород, богатых полевым шпатом, переносятся поверхностными водами в виде суспензий и осаждаются в морском бассейне.

2. Осадочная – Al с гумусовыми веществами образует комплексные соединения. Осаждение происходит при распаде каолиновой молекулы и высвобождении глинозема под действием сильных кислот (серной и др.). Al₂О₃ переходит в раствор в виде Al₂ (SO₄)_3. Затем образуется гидроокись Al(ОН)₃ и гиббсит Al₂О₃ ^. 3 Н₂О.

Месторождения радиоактивных, цветных и редких металлов – U, Cu, V, Mo, Sr, Ge приурочены к черным сланцам с рассеянной вкрапленностью рудных минералов (Мансфельд в Германии, Кольм в Швеции, Чаттангуа в США).

Месторождения включают пласты битуминозных мергелистых сланцев, в которых тонко распылены борнит, сфалерит, халькозин, галенит, серебро. Содержатся также V, Ni, Mo, Pt, Pb. Оруденение формируется как продукт взаимодействия морской воды, содержащей металлы, с бактериями сапропелевого ила на дне моря.

Наиболее типичные рудные формации хемогенных осадочных месторождений: 1) гипс-ангидрит-галитовая (Ангаро-Ленский соленосный бассейн); 2) галит-карналлитовая (Верхнекамское); 3) сидерит-лимонитовая (месторождения Швеции, Канады); 4) шамозит-гетит-гидрогетитовая (Керчинское); 5) псиломелан-гидрогетитовая (Южный Урал); 6) марганцовистых известняков (Усинское в Западной Сибири); 7) опал-пиролюзитовая (Никополь на Украине, Чиатуры на Кавказе); 8) диаспор-бемитовая (Северный Урал).