Геохимические особенности кор выветривания

В корах выветривания распространены сорбционный, окис­лительно-восстановительные, кислотно-щелочные, в меньшей мере механический и испарительный геохимические барьеры. На окислительном барьере могут накапливаться руды железа, мар­ганца, меди, ваявдия, селена, церия, на восстановительном — урана, меди, ванадия. При изменении кислотно-щелочных усло­вий и в результате реакций обмена концентрируются никель, ко­бальт, бериллий, молибден, серебро, частично золото, образуют­ся магнезит, барит, апатит, целестин, стронцианит, Сорбцион-ные концентрации характерны для радия, урана, лития и редких земель. Испарительный барьер действует в пустынных условиях, где могут накапливаться уран, радий и ванадий. Механическим путем в результате гравитационных просадок возможны концен­трации золота, платиноидов, касситерита тантало-ниобатов и других тяжелых устойчивых полезных компонентов,

Большое значение при перераспределении вещества в корах выветривания имеет органическое вещество- Его роль в форми­ровании полезных ископаемых в корах выветривания следует рассматривать в трех аспектах: деятельность микрорганизмов; значение органо-минеральных соединений; сорбционно-геохи-мические свойства.

Микробиалъная деятельность обусловливает большую ско­рость биохимических реакций, в результате которых создается концентрация потенциал-задающих веществ, При образовании месторождений наиболее значимы бактерии из цикла серы, угле­рода, водорода, азота и железобактерии,

21-3177

Органоминеральные соединения включают сложные ме­талл-органические комплексы: соединения металлов с радикала­ми гуминовых, фульвиевых кислот, бензолов и др. Эти комплек­сы отличаются высокой устойчивостью в широком диапазоне Eh—рН и могут способствовать интенсивному выщелачиванию таких компонентов как уран, ванадий, редкие земли, бериллий, возможно золото. Благодаря высокими сорбционными свойствам органического вещества могут накапливаться радий, уран, тормй, молибден, бериллий, германий и др.

Кроме того, высокие концентрации органического вещества обуславливают восстановительные условия. Часто они сопровож­даются и скоплениями сероводорода.

ОСОБЕННОСТИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КОРАХ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Характерными чертами месторождений, сформированных в результате процессов выветривания являются:

- связь с влажным и жарким климатом;

- приуроченность месторождений к эпохам выравнивания;

- локализация месторождений б определенных зонах верти­
кального разреза кор выветривания;

- преимущественно плащеобразная форма рудных тел;

- слабая с цементированы ость вмещающих пород, рыхлые,
пористые, цементные, каркасные текстуры, колломорфные и
тонкодисперсные структуры руд,

В жаркой гумндной обстановке процессы перераспределе­ния вещества происходят наиболее интенсивно. Следует отме­тить, что скорость химических реакций при росте температуры на 10 градусов увеличивается в 2—4 раза. Высокая влажность и положительные среднегодовые температуры способствуют мощ­ному развитию растительно-животного и почвенного покрова и глубокому распространению органического вещества, обогащаю­щего подземные воды. Это определяет высокую интенсивность биохимического выветривания.

Наиболее крупные и многочисленные месторождения рас­сматриваемого класса встречаются в геологических формациях, образованных в глобальные эпохи развития интенсивного хими­ческого выветривания. Согласно данным В,П-Петрова, КХА.Бур-мина и других исследователей выделяются архей-протерозой­ские, палеозойский, мезозойский и кайнозойский циклы образо­вания мощных кор выветривания. Они состоят из рада эпох, в частности в фанерозое выделяются девонская, поздний триас-ран нсюрская, раннемеловая и олигоцен-миоценовая эпохи.

J62

Поэтапное развитие интенсивных кор выверивания связы­вают с эпохами глобальных потеплений и широкого распростра­нения тропического климата. Последнее подтверждается нерав­номерным распределением концентраций в атмосфере кислоро­да, углекислого газа и средних температур поверхности Земли (рис, 39, 40).

В историческом плане важно отметить чередование эпох аридного и гумидного климата. При этом резко различается со­став грунтовых вод. В аридных условиях они более минерализо­ванные и, как правило, щелочные в гумидных более пресные и кислые. Соответственно при смене климатических обстановок могут формироваться гвдрогеохимические условия благоприят­ные концентрации, растворению или консервации тех или иных полезных компонентов. Так например, в аридных условиях за счет окисления и высокой щелочности грунтовые воды обогаща­ются растворимыми соединениями урана и ванадия, которые выносятся из кор выветривания. В гумидных условиях миграция этих компонентов в корах выветривания незначительна.

Широкое распространение кор выветривания было обуслов­лено затуханием дифференцированных блоковых движений зем­ной коры и высокого стояния континентов. Эти обстоятельства, в свою очередь, послужили причинами выравнивания обширных континентальных территорий. Последнее отчетливо фиксируется синхронными региональными поверхностями несогласия в оса­дочных разрезах. Поэтому часто образования кор выветривания залегают в основании осадочного чехла.

Одной из ярких особенностей рассматриваемых месторожде­ний является их приуроченость к определенным вертикальным го­ризонтам (зонам) кор выветривания, соответствующего профиля.

С корами гидрослюдистого профиля, которые непосредст­венно залегают на дезинтегрированных коренных породах (структурном элювии), связаны лишь элювиальные россыпи, рас­положенные в нижних горизонтах этих кор,

В более проработанных образованиях каолин-гидрослюди­стого профиля находятся месторождения глин и каолинита. По­следние развиваются по кислым магматическим породам и слага­ют мощные плащевидные залежи, занимающие верхние части разрезов (рис. 41). Если выветриванию подвергаются кремнистые породы, то возможно образование маршаллита. В некоторых слу­чаях с глинисто-каолиновым профилем связаны месторождения фосфоритов, магнезита и бирюзы.

С латеритными корами связаны все важнейшие месторож­дения, прежде всего бокситовые. В наиболее типичном случае бокситовые залежи представляются панцирными залежами, за-

^2Г 163

f -

0_г1Ю²г

К Т

С0₂,% 0.4 г

Рис. 39. Изменения содержания кислорода и углекислого газа и атмосфере на протяжении фанерозоя (Будыко и др,, 1985; Бугельский и др., 1990)

f2 20 К С

500

 

	0.1	0,3 СО* Л
А/	\
К J		? ^ ) <
ъ р	: С <
с	с
S

Рис. 40. Средние температуры земной поверхности и содержания углекислого газа в атмосфере в фанерозое (ЯсаманОВ, 1982; Бугельский, 1990)

f50

i30

ffO

 

Рис. 41. Схематический разрез Вершинной залежи каолина Глуховедкого месторождения (Украина) (по В.И.Сивоконю),

/ — суглинки; 2 — глины; 3 — каолин; 4 — выветрелые граниты, гнейсы и мигматиты

ни мающими самые верхние горизонты кор выветривания. С ла­теритами, развитыми по ультрабазитам, ассоциируют кобальт-железо-никелевые месторождения. В этом случае различные по составу руды стратифицируются, охватывая почти всю кору вы­ветривания,

В этом случае рудные тела повторяют форму тех или иных горизонтов кор выветривания и подразделяются на площадные^ комбинированные и линейные. Первые наиболее распростране­ны и составляют основные запасы на месторождениях. Вторые также часто встречаются и являются комбинацией плащевидных горизонтов кор с крутопадающими зонами, распространенными вдоль разломов и зон трещиноватости. Наиболее ярким приме­ром месторождений со сложной формой рудных тел являются лимонитизированные железорудные залежи месторождений рай­она КМА (рис. 42).

В особый морфологический тип выделяются месторожде­ния, связанные с корами выветривания и карстовыми образова­ниями. Они представлены ветвящимися рудными телами, повто­ряющими неровную поверхность закарсто ванных карбонатных пород и контактов карбонатных и алюмосиликатных пород.

Для руд характерны землистые, каркасные, ячеистые и по­ристые текстуры. Структуры руд колломорфные, часто микро-зернистыс и скрытокристаллические. Строение минеральных рудных агрегатов устанавливается при очень больших увеличени-

 

 

 

 

 

Рис. 42. Месторождения бснэтых железных руд а площадных и линейных карах выветривания (Белгородский район КМА) (Железисто-кремнистые формации

Разрезы местороасдения: а — Михайловского, 6 — Яковлевского: 1 — осадочные породы фанерозоя; 2 — филлиты, алевролиты докембрия; J — куммингтонит-магнетите вые кварциты; 4 — магнетит-гемати то вые (железно слюд ков ые) кварциты; 5 — богатые мартит-железнослюдковые руды; 6 — богатые дисперсно гематгитовые и гидрогетитоше руды; 7— переоттюженные руды

-

ях и зачастую с применением электронного микроскопа и мик­розонда.

ПРЕДПОСЫЛКИ ОБРАЗОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КОРАХ

ВЫВЕТРИВАНИЯ

Совокупность благоприятных условий образования место­рождений в ко pax выветривания можно разделить на две группы. Первая группа включает предпосылки образования мощных и интенсивно развитых кор. Она включает, рассмотренные выше проявления тропического климата, приуроченность к глобаль­ным эпохам выветривания, каолин-гидрослюдистые и латерит-ные профили выветривания. Вторая ipynna объединяет рад до­полнительных условий: состав исходных пород; определенный тектонический режим; пенепленезированный рельеф; активный водообмен и глубокие уровни грунтовых вод; длительность фор­мирования.

Состав исходных пород во многом определяет вид минераль­ного сырья, месторождения которого могут образоваться в корах

выветривания. Благоприятным фактором считается широкое рас­пространение пород, изначально обогащенных теми или другими полезными компонентами (табл, 6),

Как видно из табл, 6, благоприятными для формирования месторождений могут быть типы пород, их определенные разно­видности, метасоматигы и руды. Некоторые исследователи в ка­честве важного фактора считают проявления синхронного вулка­низма, в частности вулканического пепла. Действительно вулка-

Таблица 6

Связь первичных пород и полезных ископаемых, сформированных

в корах выветривания по ним

 

Исходные породы	Полезные	Примеры
	ископаемые	месторождений
Богатые глиноземом	Бокситы	Боке (Гвинея)
базальты, габбро»
щелочные породы и	L
кристаллические сланцы
Ультрабазиты	Ni, Co, Fe	Майари (Куба)
	Магнезит	Халиловское
	Ильменит	(Россия) Волы*[ское
		(Украина)
Габбро -анортозиты
Железистые кварциты	Fe	МкхайдоБСКОС
		(Россия)
Ген щиты,	Мп	Постмасбургское
марганце воносные		(ЮАР)
метаморфические сланцы
Лсйкократовыс фаниты	Каолин	Васильковское
		(Казахстан)
Карбонатиты	Nb, Zr. TR	Араша (Бразилия)
Рсдкомсталльные	Та, Nb, Th	Плато Джое
щелочные граниты		(Нигерия)
Золотоносные	Аи	Майкаип
колчеданные		(Кятяхстан)
месторождения и
березиты
Оталькояанныс	Тальк и	Алгуйскос (Россия)
доломиты и кремнисто-	маршаллит	■
известковые породы
Фосфор итоносны е	Фосфорит	Телскскос
доломиты		(Россия)
Содержащие фосфор и	Бирюза	Бирюзокан
медь пиритоносные		(Узбекистан)
черные сланцы

нический пепел и стекло по сравнению с другими породами наи­более легко разлагаются в условиях гипергенеза и могут постав­лять большие количества полезных компонентов. В частности так можно объяснить происхождение бокситов на рифовых извест­няках.

Для формирования месторождений в карстовых и линейных корах выветривания необходимыми предпосылками являются неоднородное строение исходных породных ассоциаций и кон­тактные зоны пород разного состава. Так для месторождений зо­лота благоприятны контакты известняков и алюмосиликатных

пород.

Тектонический режим. Формированию месторождений спо­собствуют режимы длительных устойчивых поднятий в геотекто­нически стабильных блоках земной коры.

В этой связи закономерно расположение районов месторо­ждений на щитах древних платформ, в срединных и консолиди­рованных массивах складчатых областей. Эти же обстоятельства определяются временной связью месторождений с эпохами ква-зиплатформенных и постороженных крупно-блоковых вертикаль­ных положительных движений.

Относительная тектоническая стабильность предопределяет большую длительность образования кор и месторождений в них. В.П.Петров оценивает продолжительность формирования 100-метровой коры в 1 млн лет. В обзоре Кукала (1983) приведено время перехода гранита в каолинит и далее в гиббеит соответст­венно от 41 до 225 тыс. лет в зависимости от разных климатиче­ских условий.

Длительность накопления гипергенных руд в корах опреде­ляется примерным равенством скоростей прохождения физико-химических и биохимических реакций растворения и минерало-образования скоростям поднятия блоков земной коры при мень­шей скорости эрозии.

Минимальный объем эрозии сформированных кор вывет­ривания или условия их неглубокого захоронения являются не­обходимыми условиями сохранности месторождений. Это опре­деляется тектоническими движениями пострудных эпох. Послед­ние должны быть инверсионными со сменой знака на отрица­тельные и малоамплитудными.

Геоморфологические и гидрогеологические условия, Мсгарельеф складчато-глыбовых и глыбовых средних гор, низкого плоского­рья, высокохолмистых плато и цокольных равнин является наи­более благоприятным для образования месторождений, посколь­ку обуславливает максимальную глубину проникновения грунто­вых вод.

Плоские водоразделы обусловливают также минимальную денудацию образующегося элювиального материала, который происходит моль эрозионной сети. Вместе с тем в этих условиях отмечается интенсивный дренаж и необходимый вынос раство­римых соединений грунтовыми водами,

В схематическом виде гидрогеологические условия при об­разовании кор показаны на рис. 43. Выделяются три гидродина­мические зоны — аэрации, полного насыщения с активными во­дообменом и полного насыщения с пассивным водообменом. Наибольшая эффективность процессов выветривания и рудооб-разования происходит в верхней зоне аэрации. Воды этой зоны в гуммдном климате являются кислыми и обогащены кислородом. Вблизи уровня фунтовых вод они становятся нейтральными, ниже щелочиьши и восстановительными. Таким образом, вблизи уровня грунтовых вод чаще всего формируются геохимически барьерные обстановки и происходит рудонакогшение.

Максимальная проработка грунтовыми водами горных по­род отмечается в краевых частях пенелленов, приближенных к

Склок дол*#&

Деятельный слон

аэрации

le

Рис. 43. Схема циркуляции грунтовых &од в благоприятных условиях инфильтрации атмосферньп осадков (по В.И.Смирнову).

МГВ — меженный горизонт речной воды* ПГВ — паводковый горизонт речной воды

22-3177

аккумулятивным равнинам. В макрорельефе это лолжны быть придолинные участки плоских водоразделов.

Типы рудных формаций. Согласно представлениям ряда авто­ров (Бугельский и др.Д990, Петров, 1967, Смирнов, 1989, Рома­нович, 1992, Ли, 1983, Синяков, 1987 и др.) рассматриваемые ме­сторождения можно объединить в несколько рудных формаций:

- латеригных и карстовых бокситов;

- желеэо-кобальт-никелевая в серпентинизированных ги-
пербазитах;

- редкометальных и редкоземельных выветрелых карбонати-
тов и щелочных гранитов;

- золотоносных контактных и карстовых кор выветривания;

- каолиновая в выветрелых гранитах;

- мартитовая в выветрелых железистых кварцитах;

- окисных марганцевых руд в выветрелых марганцевоносных
метаморфических породах,

К второстепенным рудным формациям следует отнести ме­сторождения ильменита, камнесамоцветного сырья (бирюзы, ма­лахита, хризопраза и др.), магнезита-капустника, талька, барита, маршаллита и фосфоритов.

Гипергенные изменения месторождений

Выделяется два типа преобразования месторождений в ги-пергенезе — морфологическое с существенными вариациями формы и элементов залегания рудных тел и физико-химическое с глубокими изменениями минерального состава и качества руд. Поскольку в составе руд часто имеются скопления весьма актив­ных в зоне гипергенеза соединений серы, углерода, железа, меди, ванадия, мышьяка и других элементов, то интенсивные проявле­ния кор выветривания на месторождениях получили собственное наименование — зоны окисления месторождений*

Морфологические изменения во многом являются механи­ческими. Таким воздействиям подвергаются лишь месторожде­ния, рудные залежи которых выходят на дневную поверхность.

Выделяется пять типичных случаев морфологического изме­нения рудных тел месторождений в приповерхностных условиях: изменение элементов залегания плитообразных тел, выходящих на крутом склоне; уменьшение мощности жил, обусловленное растворением рудных минералов; увеличение мощности рудных жил или за счет увеличения объема более рыхлой окисленной части жил, или за счет развала юварцево-жильного материала; об­разование отрицательных или положительных форм в рельефе в

зависимости от соотношения прочности руд и вмещающих по­род.