Лекция 15. Инфильтрационные (гидрогенные) месторождения

В последние годы получило широкое признание особого генезиса месторождений ряда металлов (урана, меди, свинца, цинка, ванадия, железа, сурьмы, ртути, марганца, серебра, редких земель и редких металлов), залегающих в амагматичных осадочных толщах, благодаря приповерхностной фильтрации грунтовых вод, насыщенных ионами данных металлов. В литературе прежних лет такие месторождения, не имеющие каких-либо связей с магматическими образованиями любого состава и типа, именовались телетермальными. Для них характерны пластовая форма, согласное или близкое к согласному залегание в осадочных породах различного состава (песчаники, конгломераты, глинистые сланцы, известняки), наличие явно и неявно проявленных околорудных изменений, сопряженность с геохимическими барьерами пластового типа. Масштаб месторождений достигает градации крупных и гигантских. К ним прежде всего относятся имеющие мировое значение месторождения урановых, уран-ванадиевых руд плато Колорадо в США и Средней Азии, медистых песчаников Замбии, Заира, Польши, Восточной Сибири (Удокан в Читинской области), Казахстана (Джезказган), медистых сланцев Восточной Германии (Мансфельд), свинца и цинка в штате Миссури, сурьмы и ртути в Киргизии и Китае и др. В настоящее время такие месторождения принято именовать инфильтрационными или гидрогенными (не путать с гидротермальными!).

Источником металлов являются коры выветривания, в которых в результате разложения горных пород происходит перевод металлов в растворимую ионную форму. При благоприятных условиях грунтовые воды, превращенные в слабые растворы металлов, мигрируют вниз до водоупоров, а затем по ним двигаются на сотни метров, километры, десятки и сотни километров. При резкой смене физико-химических условий (то есть на геохимических барьерах) металлы осаждаются, накапливаясь до промышленных, в том числе очень высоких концентраций.

Для гидрогенных месторождений урана, меди, ванадия, серебра благоприятна климатическая (палеоклиматическая) обстановка континентального и лагунного осадконакопления с господством аридных и полуаридных условий. Такие условия способствуют обогащению подземных вод кислородом, не расходуемым на окисление избытка органики. Интенсивное испарение воды приводит к повышению фоновых концентраций урана, меди, серебра и некоторых других металлов на 1-2 порядка выше, чем в водах гумидных областей. Высокая концентрация кислорода и вышеназванных металлов в подземных водах засушливых областей способствует их миграции и накоплению. Низкий гипсометрический уровень металлоносных грунтовых вод препятствует их смешиванию с водой поверхностных водотоков и разубоживанию.

Благоприятные региональные геоморфологические обстановки - передовые прогибы в краевых частях платформ, впадины в подножье горно-складчатых сооружений, на склонах поднятий, являющихся источниками металлов. Источник металлов не обязательно должен представлять собой богатые рудные тела. Гораздо чаще это зоны рассеянной непромышленной минерализации в породах.

Геоморфологическая позиция определяет развитие палеоартезианских гидрогеологических обстановок инфильтрационного типа, где нисходящие потоки пластово-поровых вод, обогащенных кислородом, контактировали с грунтовыми водами. Распространяясь по проницаемым пластам песков и галечников, эти воды формировали зоны пластового окисления значительной протяженности. Таким образом, наряду с наличием коренного источника металлов чрезвычайно важным условием образования месторождений являются гидрогеологические условия.

Разрез преимущественно красноцветных отложений металлоносных прогибов с урановым, медным, серебряным, редкометальным оруденением характеризуется многоярусным расположением водоупоров с чередованием окислительных и восстановительных геохимических фаций. На границах окислительной и восстановительной обстановок могли возникать масштабные скопления урана, ванадия, меди, серебра (порознь, а нередко и совместно) в диапазоне глубин до нескольких сотен метров, пригодные для подземного выщелачивания.

В плане рудные зоны гидрогенных месторождений часто имеют форму сопряженных по простиранию неправильных серпов, изломанных «полумесяцев», приуроченных к линии смены окислительных геохимических условий на восстановительные, то есть к физико-химическим барьерам. Ширина рудной зоны в плане определяется величиной латерального горизонтального смещения такого барьера по падению пласта. «Изломы» рудных тел в плане объясняются литологической неоднородностью водоносных пластов с чередованием участков с различными фильтрационными свойствами. В разрезе рудные тела имеют обычно также вид серпов, обращенных выпуклой стороной по падению пласта. Такая форма объясняется тем, что наибольшая скорость потока напорных подземных вод обычно присуща центральным частям пластов, а к кровле и подошве его она убывает.

Наличие обогащенных органикой горизонтов сероцветов внутри лимонитизированной красноцветной толщи - эффективных осадителей урана, меди, ванадия, серебра, а иногда также селена, молибдена, скандия, иттрия - прямой поисковый признак. Образование сероцветных горизонтов может быть как первично-осадочным (захоронение остатков гумуса и растительного детрита, выносимых водотоками, в последствии углефицированных), так и эпигенетическим, связанным с дренажом сероводородных вод, миграцией битумов, сопровождающих частично или полностью разрушенные нефтегазовые скопления.

Горизонты осадочных пород в разрезе красноцветов, обогащенные костными остатками, также являются эффективными осадителями металлов. В месторождениях плато Колорадо (США) именно в них отмечались наивысшие урановые концентрации, а также высокие содержания меди и серебра. Минералы урана – оксиды (урановая смолка, урановая чернь, уранинит) и урановые слюдки – фосфаты, ванадаты, арсенаты урана.

Большого внимания при поисках урана, меди, молибдена, и некоторых других элементов заслуживают площади, обогащенные органическим веществом, а также площади, где с благоприятными структурами в недавнем прошлом были связаны нефтяные месторождения. Точно так же весьма интересны участки, примыкающие к разрушающимся в настоящее время нефтяным залежам. Эти площади должны быть отнесены к числу объектов, заслуживающих первоочередного изучения.

Складчатые сооружения, неоднократно подвергавшиеся тектоно-магматической активизации, являющиеся источниками сноса пород, минералов и элементов в рудоносные прогибы на краю платформ, нередко обладают полиметаллической, ванадиевой, благороднометальной, редкометальной и радиоактивной геохимической и рудной специализацией.

Многие руды, в первую очередь урановые и медные, интересны как геотехнологичные в зоне окисления, а также как эффективный сорбент ванадия, редких земель, селена, рения, скандия, молибдена, благородных металлов (в первую очередь серебра, а также платины и платиноидов, в меньшей степени золота). Платина и платиноиды много десятилетий извлекались из медных руд Мансфельда, польских месторождений, их присутствие установлено в медистых песчаниках Приуралья.

В обобщениях, выполненных ВСЕГЕИ по чехлу Русской платформы, дана прогнозная оценка на уран и сопутствующие элементы, позволившая обосновать возможность выявления традиционных и новых геолого-промышленных типов уранового оруденения. В качестве традиционных типов рассматриваются сорбобиогенный, палеодолинный, урано-угольный и урано-битумный (уран-сульфидный). К нетрадиционным и новым типам, имеющим промышленные аналоги в мире, отнесены: связанные с региональными и локальными зонами пластового окисления, с очагами и без очагов вторичного восстановления (чу-сарысуйский, учкудукский); приуроченные к брекчиевым трубкам (аризонский); связанные с перераспределением урана в битумоносных толщах (роннебургский).

В числе типов, пока не имеющих промышленных аналогов, выделяются: локализованные в базальных горизонтах орогенных впадин, выполненных угленосными отложениями; связанные с разгрузкой трещинно-жильных вод фундамента в отложения чехла; связанные с процессами сернокислотного выщелачивания в зоне гипергенеза; приуроченные к каналам миграции и очагам разгрузки углеводородных флюидов в красноцветные толщи и тыловые части зон окисления; разнообразные поверхностные образования в русловых, озерных, болотных и других отложениях; месторождения других полезных ископаемых, в которых уран может присутствовать в качестве попутного компонента.

На примере хорошо изученных месторождений урана в США можно показать, что торф, битумы, остатки захороненного гумуса и древесины улавливают до 98 % урана, содержащегося в грунтовых водах в виде сульфатных и карбонатных растворов.

Основные вещественные типы рудной минерализации в медистых песчаниках в виде медной черни и зелени в линзах углистого вещества, залегающего в карманах косослоистых песчаников; в виде малахита в цементе зеленовато-серых песчаников и конгломератов и в форме тонко распыленного халькозина, ковеллина, борнита, куприта, около оруденелых растительных остатков; равномерно рассеянных соединений меди в цементе мелкозернистого серого песчаника, бледно-желтых выцветов ванадата меди – фольбортита Cu(OH)VO₄, в форме конкреционных скоплений тонкозернистых медных минералов в глинистых песчаниках; сложенных малахитом, азуритом и купритом в наружной оболочке и халькозином в центре.

Медные минералы представлены в основном водными карбонатами - малахитом и азуритом Cu₂CO₃(OH)₂. Характерны также: сложный силикат меди хризоколла Cu₃[OH]₈[Si₈O₂0]*8H₂O, сульфидные соединения меди (халькозин – Cu₂S, борнит Cu₅FeS₄, халькопирит CuFeS, ковеллин CuS), реже оксиды - куприт Cu₂O, тенорит CuO и самородная медь. В пустынях встречается сложный фосфат меди - бирюза CuAl₆[PO₄]4*[OH]₈5H₂O. Часто присутствие медных минералов макроскопически незаметно, но химические анализы выявляют 1-1,5 % меди. При выветривании такие песчаники приобретают голубоватую и зеленоватую окраску;

Многими исследователями медистых песчаников подчеркивается рудоконцентрирующая роль углефицированных растительных остатков. Углефицированные остатки создают восстановительную обстановку и препятствуют окислению. Ниже границы проникновения свободного кислорода они восстанавливают карбонаты и сульфаты меди до сульфидов. Вместе с тем сульфиды меди присутствуют в песчаниках и внутриформационных конгломератах с обломками аргиллитов без видимой органики. Характерно многоярусное строение рудоносных пачек. Содержание меди в наиболее богатых рудах достигает 10 -12 %, серебра – до 1 кг/т. Околорудные изменения очень незначительны и проявлены в виде окремнения, карбонатизации, реже хлоритизации. Местами наблюдается эпигенетическое перераспределение меди в зонах наложенной трещиноватости.

Мощность пластов медистых песчаников в обычно измеряется долями метра, первыми метрами, протяженность их колеблется от сотен метров до многих километров. Общая протяженность поясов медной минерализации в осадочных породах достигает тысячи километров и более.

В гумидной обстановке умеренных широт подвижными компонентами в поверхностных и подземных водах, обладающих заметно выраженной кислой реакцией, являются железо и марганец. Их миграция и осаждение на щелочных и восстановительных барьерах (карбонатах, торфах и др.) приводит к образованию пластовых залежей железных руд, иногда природно легированных марганцем (зигазино-комаровский тип в Белорецком районе Башкортостана). В последнем случае вынос железа связывается с окислением и выщелачиванием в мощных линейно-площадных корах выветривания пиритизированных черных сланцев и его избирательное накопление на пластах анкеритов CuFeCO₃, вплоть до их полного замещения новообразованными бурыми железняками. Сильная трещиноватость и пористость пород в коре выветривания облегчает миграцию металлонасыщенных вод. Перераспределение железа в коре сопровождается ярко проявленным изменением вмещающих песчано-глинистых пород, сходным с таковым в зонах окисления сульфидных месторождений (сопряжение зон выщелачивания – обеленных пород и зон привноса железа и марганца – ярко окрашенных красных, бурых, темно-коричневых пород, имеющих достаточно четкие контакты). Мощность разно окрашенных зон измеряется метрами и десятками метров.

С осаждением марганца из кислых грунтовых вод на известняковом барьере вероятно связано наличие промышленных скоплений своеобразных марганцевых карбонатных руд на Улутелякском месторождении в Башкирском Предуралье. Сильная трещиноватость и рассланцованность рудоносных известняков, обусловленная их вовлечением в образование межпластовых срывов (зоны гравитационного шарьяжа), облегчает замещение первичных карбонатов минералами марганца.

Возможно, гидрогенными являются крупнейшие месторождения свинца и цинка в штате Миссури, приуроченные к карбонатным пачкам палеозойского платформенного чехла. Рудные тела представлены пластовыми телами известняков с агрегатами наложенного кальцита, доломита с вкрапленностью галенита PbS, сфалерита ZnS, пирита FeS₂, иногда барита BaSO₄. Протяженность оруденелых пластов в полого залегающих осадочных толщах достигает многих километров. Литологической особенностью рудоносных пластов известняков и доломитов является их обогащенность органикой, что придает породам серый, темно-серый до черного цвет. Рудные тела отличаются простотой внутреннего строения (относительно равномерная вкрапленность, тонкие послойные линзочки и пропластки рудных минералов). Характерным попутным металлом свинцово-цинковых месторождений в карбонатных толщах является серебро.

Предполагается, что в море свинец и цинк (как известно, это активные мигранты) поступали из питающих областей суши в виде слабых хлоридных, сульфатных, бикарбонатных растворов и коллоидных взвесей в речной воде. В шельфовых карбонатных илах, обогащенных органикой (в том числе сульфатредуцирующими бактериями) в условиях сероводородного заражения эти соединения переходили в сульфидную форму. В ходе постседиментационного преобразования толщ (диагенез, катагенез, метаморфизм) структуры и текстуры руд в минерализованных пластах претерпевают изменения. В условиях диагенеза и последующих стадиях преобразования распыленные в осадках металлы под воздействием возникающих на окислительно-восстановительных барьерах локальных электрических полей стягиваются в отдельные точки и прослои. В них появляются согласные и секущие рудные жилы и прожилки, зоны брекчий, сцементированных переотложенным рудным веществом, а также кварцем, переотложенным карбонатом, баритом. Главным геологическим агентом таких преобразований, повышающих качество рассеянной минерализации до промышленного значения, являются дренирующие в пластах порово-трещинные воды, обогащенные углекислотой и кремнекислотой, что сближает деятельность их с обычным гидротермальным процессом. Температура образования наложенных минеральных ассоциаций достигает 100-200 градусов. Попытки обнаружить связь таких месторождений с какими-либо магматическими породами успехом не увенчались.

Сравнительно недавно гидрогенный генезис стал приписываться крупным месторождениям сурьмяных, ртутных и сурьмяно-ртутных руд в Средней Азии (Хайдаркан, Кадамджай) и Южного Китая (Сигуань-Шань). Они приурочены к зонам тектонической активизации платформенных чехлов древних платформ и щитов. Рудные тела представлены пластами окремненных известняков с вкрапленностью антимонита Sb₂S₃, киновари HgS, иногда арсенопирита FeAsS, реальгара AsS, аурипигмента As₂S₃, пирита FeS₂, флюорита CaF₂. В околорудно измененных породах, наряду с наложенным халцедоновидным кварцем (обычное приповерхностное окремнение карбонатов в условиях аридного и полуаридного климата с образованием особых фаций выветривания и замещения карбонатного вещества – так называемых силкрет) наблюдается незначительная примесь каолина, кальцита, серицита, что сближает эти месторождения с низкотемпературными гидротермальными и гидротермально-осадочными. Рудные пласты часто расположены этажно. Наряду с преобладающей пластовой формой рудных тел в подошве некоторых из них наблюдаются оруденелые бескорневые трещины и трубки, нередко связываемые с карстом, наложенным на пластовые руды.

Дата добавления: 2014-01-07