Зональное строение и типы коры выветривания
В области тропических лесов мощность коры выветривания измеряется десятками метров и может достигать 100—120 м; при этом кора имеет зональное строение. Различают пять зон (сверху вниз): зона охр, каолиновая зона, гидрослюдистая зона, зона дресвы, свежая порода (см. рис. 1).
В прошлые геологические эпохи химическое выветривание благодаря повышенному содержанию в атмосфере углекислого газа (В. И. Смирнов). Однако ряд исследователей (К. И. Сатпаев, А. Г. Бетехтин, Ф. И. Вольфсон, В. В. Архангельская и др.) по-прежнему считают эти месторождения гидротермальными.
Важные идеи в области образования эндогенных месторождений были высказаны Г. Л. Поспеловым (1963 г.). Он проанализировал особенности формирования тепловых флюидопроводников и ввел понятие «зона стволового растекания фильтрующейся термоколонны», являющейся наиболее благоприятной для рудообра-зования.
Крупные достижения имеются в теории рудообразоваиия как эндогенных месторождений (Я. Н. Белевцев, М. Н. Годлевский, В. А. Жариков, Д. С. Коржинский, В. Н. Котляр, А. А. Мараку-шев, В. И. Смирнов), так и экзогенных месторождений (Г. И. Бу-шинский, М. Г. Валяшко, Б. М. Гиммельфарб, Г. С. Дзоценидзе, Д. Г. Сапожников, Н. М. Страхов). Особо следует отметить труд коллектива авторов под редакцией акад. В. И. Смирнова «Генезис эндогенных рудных месторождений» (1968) и капитальную работу акад. Н. М. Страхова «Основы теории литогенеза» (1962—1963). Из трудов иностранных ученых следует отметить работы В. Линдгрена (1928), А. М. Бэтмана (1949), Г. Шнейдерхена (1955), Р. Рутье (1963), Р. Л. Бейтса (1965), Ч. Ф. Парка и Р. А. Мак-Дормида (1966), монографию «Рудные месторождения США» (1968) и др.
|
|
|
|
|
.
Лекция 12 Вторичная зональность месторождений
В. И. Смирнов выделил четыре группы металляческих месторождений по особенностям развития зон окисления: неизменяющиеся и слабоизменяющиеся с изменениями минерального состава без выноса металла; с изменением минерального состава и выносом металла; с накоплением металлов.
В наиболее характерном случае гипергенных преобразований колчеданных залежей зона окисленияразделяется на ряд вертикальных подзон (сверху вниз): бурых железняков; бариовой сыпучки; пиритовой сыпучки. В зависимости от климатических условий в подзоне бурых железняков могут появляться сульфаты, включая ярозит, а в подзоне баритовой сыпучки ─ галогениды. Такое строение соответствует закономерной смене более окисленных и гидратизированных соединений железа (гетита, бурого железняка (лимонита) на сульфатные и ниже сульфидные.
Окисление происходит последовательно с образованием промежуточных форм и продуцированием серной кислоты: сначала разложение сульфида железа до его сульфата:
|
|
|
2FeS2+7O2+2H2O=2Fe2SO4+2H2SO4,
затем ─ окисление железа:
12FeSO4 +3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4Fе2(SО4)3,
затем гидролиз сульфата Fe:
Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2SO4
и последующая его дегидратация:
4Fe(OH)3 =2Fe2O3-3H2O + 3H2O
Гораздо быстрее разлагаются и окисляется моносульфид железа ─ пирротин по сравнению с дисульфидами пиритом и марказитом. Это указывает на меньшую стойкость в зоне гипергенеза сульфида с более рыхлым строением.
При окислении руд, содержащих сульфиды, отмечается более сложная зональность, котораясоответствует закономерной смене сверху вниз окислительных условий на восстановительные и росту рН. Образование закономерно сменяющихся подзон выщелачивания, вторичных, богатых окисных и вторичных богатых сульфидных руд соответствует изменениям окислительно-восстановительных условий и формам нахождения соединений. Сульфиды меди и её закисные соединения, включая самородную медь, также дают труднорастворимые формы в восстановительной среде. В зонах выщелачивания образуются сернокислые растворы. Тут медь выщелачивается, ниже, попадая под нейтрализующее действие грунтовых вод она выпадает в твёрдую фазу в виде вторичных окислов. С глубиной происходит уменьшение содержания кислорода, педение Еh, образовываются вторичные сульфиды и самородная медь. Подобный механизм имеет место и в отношении урана, серебра, золота, свинца, цинка, ваннадия и др. элементов.
|
|
|
Рудные тела подвергаются окисляющему и растворяющему воздействию со стороны агентов выветривания и претерпевают сильные изменения, а в результате образуется зона гипергенеза. Точно такая же как зона гипергенеза, которая образуеся при окислении сульфидных руд на поверхности. Можно еще сказать, что зона гипергенеза включает в себя: зону окисления, зону вторичного сульфидного обогащения плюс все гипергенные изменения, происходящие в кристаллохимических породах. Зона окисления - это верхняя, близкая к поверхности часть сульфидных месторождений или рудных тел, расположенная выше уровня грунтовых вод, т.е. в зоне просачивания. Зона вторичного сульфидного обогащения ─ верхняя часть сульфидных месторождений, расположенная под зоной окисления ниже уровня грунтовых вод.
Проблема происхождения и образования минералов в зоне гипергенеза рудных месторождений неоднозначна. Первые представления о гипергенных процессах, происходящих на месторождениях рудных полезных ископаемых, принадлежат классической гидрохимической модели формирования окисленных руд. Разрушение первичного и жильного материала руд обычно сопровождается формированием водного раствора, из которого посредством высаждения (кристаллизации), а также в результате ряда химических превращений (гидролиз, окисление и др.) происходит гипергенное минералообразование. Химизм процессов отражался уравнениями разрушения первичных минералов, в которых был соблюден лишь баланс вещества. Согласно этим представлениям, начало развития зоны гипергенеза определяется процессами окисления и растворения (выщелачивания) первичных минералов кислородсодержащими водами. Большое значение имеют факторы, формирующие зону гипергенеза (климат, рельеф, минеральный состав руд и их текстурная характеристика, тектоника района и др.) В дальнейшем одни авторы стали рассматривать процессы, происходящие в зоне гипергенеза рудных месторождений с точки зрения электрохимической модели, когда на первое место были выдвинуты электрохимические взаимодействия между сульфидами - полупроводниками и растворами ─ электролитами. Механизм формирования минералов зоны гипергенеза в этом случае рассматривается как процесс, протекающий в обстановке “руды под током”, который возникает в рудном теле месторождения в результате работы ─ природных микрогальванических элементов. В этом случае одни первичные минералы играют роль катода, а другие занимают анодное положение. Гипергенные минералы, согласно этим представлениям, рассматриваются как продукт анодных и катодных процессов, концентрирующихся в соответствующих участках разреза и площади рудного тела. Образование каждого минерала описывается свойственными ему электрохимическими характеристиками (плотностью протекающего тока, временем его протекания и др.)
|
|
|
Другими авторами электрохимического направления процессы, протекающие в зоне гипергенеза, рассматриваются с позиции коррозионной модели (электрохимическая модель без протекающего тока). Основная суть этой идеи заключается в том, что окислительно-восстановительная реакция разрушения рудного минерала сопровождается выделением и захватом электронов, то есть гальваническим эффектом, а ее направленность и результативность зависит от возможности среды (растворов и контактирующих минералов) принять электроны или отдать их минералу. Решающее значение для осуществления окислительных реакций придается главному природному окислителю ─ кислороду, растворенному в природных водах. Следовательно, основное значение имеет не протекание тока ─ непосредственного продукта химической реакции, а “катодный эффект” в среде, в омывающем минерал электролите, или на контактирующем минерале, занимающем катодное положение в этой системе. Начальный процесс окисления минерала происходит как коррозия, при которой минеральный электрод под воздействием окисляющей среды подвергается окислению и, следовательно, разрушению. Коррозионная модель развития зоны гипергенеза учитывает действие целого ряда факторов, формирующих зону гипергенеза и выявленных классическим гидрохимическим представлением.
В последние годы установлена существенная роль микроорганизмов, в частности бактерий, в механизме разрушения рудных минералов, которые осуществляют этот процесс значительно интенсивнее, чем в случае воздействия чисто химического или электрохимического факторов. При этом с точки зрения коррозионной модели бактерии в процессе окисления руд выступают в роли “живого” катода, “забирающего” электроны окислительной реакции “на себя,” в сферу внутриклеточных жизнеобеспечивающих реакций.
В разрезе зона гипергенеза представлена глубокоокисленными рудами, которые ниже сменяются полуокисленными, а еще ниже слабоокисленными рудами. Мощность каждой зоны, как и всей зоны гипергшенеза, различна и на каждом месторождении своя. Было установлено, что на начальной стадии формирования зоны гипергенеза сульфидных руд, в основном, образуются сульфаты и отчасти оксиды и гидроксиды. Карбонаты, арсенаты, силикаты и основная масса гидроксидов принадлежат к конечной стадии формироования зоны гипергенеза. Окисленные руды месторождений характеризуются черезвычайно разнообразным минеральным составом и по числу минералов обычно заметно превосходят первичные рудные ассоциации. К настоящемуу моменту всего известно более 650 гипергенных минералов. Это представители следующих классов (количество минералов в классе): оксиды и гидроксиды (100), сульфаты (120), арсенаты (105), фосфаты (45), карбонаты (40), ванадаты (35), силикаты (30), молибдаты, вольфраматы и хроматы (25), теллуриты и теллураты (30), селениты и селенаты (8), антимонаты, сульфиты и арсениты (5), галогениды (60), сульфиды и их аналоги (40), самородные элементы и интерметаллиды (20). К числу наиболее распространенных в верхней части зоны гипергенеза минералов относятся гидроксиды железа, которые в некоторых случаях, там где широко распространены сульфидные минералы (галенит, сфалерит, пирротин, халькопирит, станнин, арсенопирит и пирит, перечисленные в порядке их устойчивости к окислению, (от менее устойчивого минерала галенита к наиболее устойчивому - пириту), дают возможность сформироваться так называемой “железной шляпе”. В “железной шляпе” можно увидеть минерал гидроксид железа, по внешнему виду похожий на обычную ржавчину, который выделяется виде натечных образований: ящичной, ячеистой и губковидной текстуры. Окраска гидроксидов железа - от яркожелтых и оранжевых, красного, красно-бурого до коричневых разных оттенков и даже до черного цвета. Минерал может быть матовым, либо иметь металлический блеск, а иногда образуется ирризирующая пленка, напоминающая переливающийся мыльный пузырь, которым в детстве все засматриваются. Эти минералы могут быть как мягкими, порошкообразными, так и очень твердыми, как железный гвоздь. Кроме того, в зоне гипергенеза можно увидеть такие интересные минералы как азурит, малахит и хризоколла, которые трудно не заметить даже при самом беглом осмотре образцов из зоны гипергенеза из-за их яркой голубой, зеленой, синей окраски разных оттенков. Да - это те минералы, которые могут быть использованы в ювелирном деле, хотя нужно отметить, что в Приморье эти минералы не имеют мощных образований, чтобы использовать их в широком смысле, как например, на Урале. Ниже по разрезу идут полуокисленные руды, а еще ниже слабоокисленные, где все гипергенные минералы встречаются в меньших количествах, чем на горизонте глубокоокисленных руд. Отмечается в разрезе горизонт вторичного сульфидного обогащения, для которого характерны следующие минералы: медь самородная, куприт, халькозин, ковеллин и борнит. Все эти минералы выделяются в виде зерен, пленок, выполняют небольшие пустотки и трещинки реже больше 0,1-0,2см. Отмечаются так называемые сезонные минералы, появляющиеся лишь в строго определенных климатических условиях и в строго определенный сезон. Это - халькантит, мелантерит, пизанит и ряд других.
Отработка месторождений полезных ископаемых, ведение на них горнотехнических и технологических работ приводят к активным физико-химическим процессам, в результате которых образуются разнообразные техногенные минералы. Техногенез определяется совокупностью геоморфологических и минералого-геохимических процессов, вызванных производственной деятельностью человека. Наиболее активно техногенные процессы протекают в окисленных рудах зоны гипергенеза. По существу они переоформляют сформированную прежде зону гипергенеза, расширяя ее границы, значительно (в 20 и более раз) углубляя процессы окисления и осуществляя вынос за пределы месторождений техногенных продуктов окисления руд. Техногенные образования на месторождениях представлены мощными (иногда до 50см.) корками, натеками, сталактит-сталагмитовымми образованиями, развитыми на поверхности руд, вмещающих пород, крепи и кровле и стенах горных выработок. Макроскопически среди них выделяются образования белого, желтого, зеленого, голубого и коричневого цветов разных оттенков. Техногенные образования могут быть представлены мономинеральными образцами, но чаще - это полиминеральные соединения. В большинстве своем техногенные минералы рентгеноаморфны, т.к. плохо раскристаллизованы. Среди техногенных минералов на месторождениях данного типа особо отмечаются минералы железа, меди и алюминия.
Минералы железа: питтицит, глоккерит, гизингерит, скородит, фиброферрит, роценит.
Минералы меди: халькантит, познякит, роуволфит, ктенасит, серпиерит, вудвардит, целулеит.
Минералы алюминия: эвансит, аллофаноид, гидраргиллит.
Техногенные растворы и образования представляют собой “жидкие руды” - попутное поликомпонентное сырье, в котором минералы находятся в технологически оптимальной форме. В последние годы их такой “жидкой руды” на Фестивальном месторождении (Комсомольский рудный район) признано рентабельным промышленное извлечение меди, что, вероятно, возможно и в Приморье.
Некоторые гипергенные минералы могут встречаться в значительных количествах и образовывать месторождения. Как в древности, так и в настоящее время разрабатывают самородную медь и “галмейные руды”, состоящие из минералов смитсонита и каламина. Известно, что в древности, когда химических красок еще не было, художники при написании картин, пользовались природными красками, в том числе и техногенными минералами - белого, желтого, зеленого, голубого, синего и коричневого цветов разных оттенков, о которых говорилось выше. Кроме того, природные минеральные красители использовались в быту и в имеющемся тогда ремесленном поизводстве.
При отработке месторождений, те руды, процентное содержание в которых добываемых элементов ниже, чем необходимо по технологии, складируются в так называемых хвостохранилищах. Здесь складируются порой огромные количества (до сотен тысяч тонн) такой руды, занимающие иногда площади до десятков квадратных метров. Все те процессы, которые происходят с рудами в зоне гипергенеза не прекращаются, а усиливаются в хвостохранилищах благодаря возрастающему механическому воздействию и доступу кислорода и воды.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 439; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!