Лекция 15 Осадки из коллоидных растворов



 

    Месторождения этого типа являются главным поставщнком промышлонных руд марганца (Чиатури, Никополь, Больше-Токмдкское 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 Нью-фаутиленд 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 бокситоворудного 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-осадочными и метаморфическими процессами.

 

       Общие черты месторождений

       Выделяются вулканогенные и кремнистые, карбонатно-глинистые, черносланцевые, тонкообломочные и угленосные ассоциации рудоносных геологических формаций, соответствующие гумидным условиям осадконакопления и проявлениям синхронного вулканизма. Среди них выделяются формационные ряды: а)кремнисто-железистые и осадочно-эффузивные железорудные; б) кремнисто-марганцевые; в) бокситоносные карбонатные (включая рифовые) ─ угленосные; г) марганцевоносные кремнистые ─ черносланцевые; д) оолитовых железных руд – терригенные ─ карбонатные ─ черносланцевые; е) терригенные конкреционные и оолитовые марганцевые руды ─ карбонатно-глинистые.

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

   Наличие скоплений углеродистого органического вещества в черных сланцах или углях отражает относительную опресненность бассейнов, что обусловлено значительным поступлением растворов из рек, сучьев и грунтовых вод. Концентрации органическоского вещества, скопления органического детрита, присутствие сероцветных терригенных формаций и пространственная связь с корами выветривания отражают тропические климатические условия рудонакапления.

      В. Н. Страховым отмечено закономерное распределение концентраций алюминия, железа и марганца в направлении от континента к морским обстановкам. Эта зональность объясняется подвижностью коллоидных частиц соответствующих металлов в опреснённых и солёных растворах. Последние являясь электролитами, обуславливают коагуляцию коллоидов и осаждение руд. Этот ряд отражает распространение ореолов аллюминия марганца и железа от их источников ─ латеритных кор выветривания. Соединения аллюминия 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 аллюминия, железа и марганца подчиняются определённым геохимическим условиям, которые в свою очередь обуславливаются различными обстановками осадконакопления. Осаждение железа и марганца происходит на щелочном, карбонатном, лкисном или сульфидном барьерах. Пространственное положение этих барьеров в основном определяется глубиной и уалённостью осадконакопления от берега. Выпадение из растворов гидратов окиси аллюминия не зависят от окислительно-восстановительных условий и определяются двумя главными обстоятельствами: увеличением щелочности среды при росте рН от 5 до 9; выносом свободного кремнезёма. В противном случае аллюминий связывается в каолините. В этой связи не случайна приуроченность бокситов к карбонатным породам, практически лишенным кремнезёма 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; сидеритовые; пирит-марказитовые концентрации. Похожие изменения выявленя для марганцевых руд: пиролюзит-псиломелановые; манганитовые; родохрозитовые. Данноая закономерность проявляется в Никопольском месторождении. Рудам марганца присуще частое наличие сероводородного заражения.

   Распределение запасов осадочных бокситов, руд железа и марганца весьма неравномерно по стратиграфическим интервалам, что указывает на существование крупных металлоогенических эпох. Н. М. Страхов выделил 7 главных металлогенических эпох: докембрийскую, кембрийскую, ордовикскую, силурийскую, каменноугольную, юрскую и кайнозойскую, которые связаны с образованием интенсивных кор выветривания. Наиболее отчётливо это наблюдается для руд аллюминия, приуроченным к красноцветным переотложенным латеритным и сероцветным слоистым осадочным бокситам внутри карбонатных разрезов.

   Для железа главными металлогеническими эпохами являются докембрийская и юрская. Для докембрийских характерны железистые кварциты, накапливавшиеся вдали от морских побережий. Для палеозойских эпох рудоотложение типично в литоральной зоне. Начиная с позднего палеозоя начинают распространяться озёрно-болотные руды.

   Для марганца помимо докембрийской, раннепалеозойской и каменноугольной эпох выделяют и важнейшую ─ олигоценовую, к которой относят уникальнейшее месторождение Украины (Никопольское), содержащее 75% мировых запасов Mn и грузии (Чиатурское).

 

       Для месторождений в докембрийскую эпоху 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 седимен-тационно-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 терриген-ного материала. Для докембрийских месторождений типичны слоисто-полосчатые и плойчатые текстуры  руд. В месторождениях бурых железняков железис хлориты (шамозит и др.) и гидроокислы железа (гетит, гидрогетит) считаются первичными седимента-онными, образованными в подвижной водной среде Они слагают оолиты и их цемент. Сидерит в рудах поздний диагенетический. В оолитовых железных ру-ах 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 оассматриваются 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 марганцевые конкреции дна Мирового океана прослежены до глубины 6 км и дециметровых мощностях занимают огромные площади. Концентрации элементов в конкрециях достигают таких величин: Fe ─ до 27%, Mn ─ более 20%, Со ─ первые %, повышенные концентрации меди, молибдена, титана и др.

 

   Рудообразование

  В качестве источников полезных компонентов рассматриваются латеритные коры выветривания и гидротермальные вулканические эксгаляции. Для пелагических конкреций помимо названных допускают подводные базальты, которые в результате взаимодействия с «юрской водой выделяют железо и марганец.

  Возможность выноса больших объемов алюминия, марганцаи железа из кор глубокого химического выветриваниядоказывается:

—присутствием остаточных месторождений бокситов, бурых ж.елезняков и скоплений гидроокислов марганца;

—общей геохимической зональностью распределения этих ттлх металлов; временной связью оруденения с эпохами выранивания и проявлениями жаркого гумидного климата.

      Следует иметь в виду различное количество металлов, содержащихся в определенных типах горных пород, среди которых алюминием, например, наиболее богаты щелочные породы, базальты и глинисто-сланцевые толщи.

 

Наличие вулклнического источника подтверждается

Существованием в зонах океаническою спрединга существованием в зонах спрединга глубоководных «чёрных» и «белых курильщиков», в результате деятельности котоыхв океан выносятся значительные объёмы сульфидов железа;

    Повышенными содержаниями марганца до 0,5 мг/л в глубинных водах.

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

       Наличием вулканического пепла.(бокситы Ямайки и Гаити)

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

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

   Для накопления руд железа и повышенных концентраций марганца в пресноводных водоемах и карстовых бокситов большое значение, вероятно, имели грунтовые воды. Для формирования осадочных бокситов, оолитовых руд марганца и железа в условиях литорали определяющее значение имели речные выносы. Для руд железа и марганца, ассоциирующих с глубоководными вулканогенными и карбонатно-кремнистыми отложениями, и пелагических конкреций первостепенными следует считать океанические течения.

Полезные компоненты мигрировали в виде механических взвесей, истинных и коллоидных растворов. В поверхностных водотоках преобладали коллоидные растворы. Согласно представлениям большинства исследователей Г. И. Бушинского, Ю. К. Горецкого, В. А Тенякова, В. Занса, Д Бардоши, бокситы переносились в карстовые понижения преимущественно механическим путем из размывающихся латеритных кор выветривания. В этой связи они удалены от кор выветривания не далее нескольких (до 10) км. В дальнейшем внутри карстовых глинисто-латеритных образований кремнезем выщелачивался, а глинистые минералы преобразовывались в гидроокислы алюминия (гиббеит, гидраргилит, бемит, диаспор). При более поздней ингрессии моря происходило механическое н в меньшей мере хемогенное накопление бокситов. Для некоторых карстовых месторождений бокситов и бокситов, расположешшх на коралловых рифах, удаленных от кор выветривания, высказывается точка зрения об их образовании в результате латеритизации вулканического пепла (А. С. Калугин, Д. Годен и др.)

       В подводных вулканических гидротермах, грунтовых и глубоких артезианских водах железо и марганец могли переноситься в виде хлоридов и органо-мннеральных комплексов. Вблизи океанических «курильщиков» железо распространялось в виде «дымов» — суспензий пирротина и пирита. Допускается перенос соединений аллюминия кислыми вулканогенными гидротермальными растворами. В осадочные бассейны марганцевоносные растворы могли поступать: преимущественно с суши в виде речных суспензионных выносов (А. Г. Бетехтин, В. И. Грязнови др.) и затем перераспределяться в осадке; привноситься глубинными сероводородными водами из батиальных частей морей и океанов (Д. Г. Сапожников); поступать из вулканических эксгаляций (Г. С. Дзоценидзе и др.). Предполагается привнос марганца и железа восходящими напорными водами артезианских бассейнов (Д. И. Павлов, Д. И. Горжевский и др.).

   В большинстве случаев наиболее важными формами переноса металлов, по-видимому, были коллоидные растворы. Напомним, что устойчивыми положительно заряженными коллоидными частицами являются гидроокислы железа и алюминия. Окислы марганца также как кремнезем, гумусовые и глинистые частицы и сульфиды образуют отрицательно заряженные коллоидные частицы. В соответствии с этим коллоидные растворы алюминия и железа менее устойчивы в присутствии отрицательно заряженных частиц гумусовых веществ и кремнезема. Коллоиды окислов марганца при наличии органических веществ не могут коагулировать и находятся в растворе. Этим объясняется отсутствие в марганцевых рудах скоплений органического вещества.

Причинами концентрации являлись разнообразные геохимические барьеры. В их числе наиболее распространенным, по-видимому, был электролитный. В результате его действия происходила коагуляция коллоидов, устойчивых в пресных непроводящих растворах, при их поступлении в морскую соленую воду. В образовании оолитовых руд железа Е. Ф. Шпюков отводит значительную роль подвижной гидродинамической среде водоема. В результате многократных турбулентных движений сгустки коагулянтов формировали концентрические структуры вокруг вращающихся частиц кварца, глин, обломков раковин и самих оолитов

Следует отметить, что осаждавшиеся коллоидные частицы обладали большой сорбционной поверхностью. Это обусловливало накопление в конкреционных образованиях ценных попутных компонентов.

Вторым по значимости следует считать окислительный барьер, на котором осаждалась основная масса оксидных руд железа и марганца. При образовании родохрозитовых и сидеритовых руд существовал щелочной карбонатный барьер. Для железа важное значение имели силикатный и сероводородный барьеры.

Важно подчеркнуть, что осаждение окисных и карбонатных соединений марганца по сравнению с железом должно было происходить в значительно более щелочных средах. Это обстоятельство вместе с противоположным знаком заряда коллоидов обусловило большую миграционную способность марганца.

   Существенными для осаждения железа и марганца, вероятно, были микробиологические барьеры. Катионы этих металлов способны легко изменять свое валентное состояние и поэтому активно участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. Это обусловливает широкое использование этих элементов бактериями — хемотрофами и участие железа и марганца в биологических реакциях (кроветворная деятельность, рост растений и пр.). В этой связи существуют точки зрения об осаждении этих металлов в результате интенсивного роста биомассы использующих их микроорганизмов (Б. В. Перфильев, А. М. Обут). По мнению А. М. Обута, формирование уникальных месторождений этого металла на юге Русской платформы объясняется интенсивным развитием в олиго-цене марганцевой микрофлоры.

Следует иметь в виду, что качественные и минералого-геохимические характеристики руд рассматриваемых осадочных месторождений железа, марганца и алюминия сформировались в результате сложных процессов на стадиях седимонтогенеза, диагенеза, катагенгых и гипергенных преобразований. Самыми важными считаются стадии седиментогенеза и диагенеза. Рассматриваемые месторождения имеют следующие характерные особенности: 1) ассоциация месторождений с сероцветными терригенными, туфогенно-осадочными, черносланцевыми и угленосными формациями гумидных климатических зон, выполняющими озерные, морские и океанические впадины; 2) 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; 3) 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 (диаспорбемитовая) в угленосных и известняковых толщах; 5) хемогенных известняков и доломитов.

   В рассматриваемую группу ряд исследователей относят углеродистые сланцы, фосфоритыи угли, битуминозные известняки, отличающиеся повышенными кон-центраииями урана, редких земель, меди, полиметаллов, платины, германия и других компонентов.

 


 


Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 463; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!