Месторождения группы контактового метаморфизма

Региональное геологическое положение месторождений группы определяется наличием геологических условий контакта преимущественно осадочных пород с прорывающими их более молодыми магматическими. Такие условия чаще всего бывают в складчатых областях или на активизированных участках древних платформ.

Тела полезных ископаемых имеют обычно пластовую форму, соответствующую форме залегания осадочных пород, подвергшихся метаморфизму, а сами тела располагаются в зоне экзоконтакта магматических пород.

Состав полезных ископаемых определяется главным образом составом геологических тел, подвергшихся метаморфизму. При этом можно, как и в предыдущей группе различать метаморфизованные и метаморфические месторождения (табл.). Среди метаморфизованных можно выделить месторождения апатита во Вьетнаме, образовавшиеся в результате метаморфизма фосфоритов, некоторые месторождения магнетита, возникшие при метаморфизме пластов бурых железняков. Более распространены месторождения метаморфического класса, в которых полезное ископаемое образовалось в результате метаморфизма. Это прежде всего широко распространенные месторождения мраморов на контактах интрузий гранитоидов с карбонатными породами, примером которых может служить Высокогорское месторождение на Среднем Урале. Для Сибирской платформы, где угленосные отложения тунгусской свиты пермокарбона прорываются базальтами и долеритами характерны образовавшиеся на контакте пластов угля и магматических пород месторождения графита, например, Курейское месторождение в Красноярском крае. Редкими являются месторождения абразивного камня наждака и корунда в Греции, образовавшиеся на контакте гранитоидов с пластами бокситов.

Исходя из рассмотренных примеров видно, что главным фактором образования месторождений контактового метаморфизма является достаточно интенсивный прогрев первичных пород за счет тепла магматических пород.

ВЫВЕТРИВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

При исследовании месторождений полезных ископаемых первоначально обычно приходится иметь дело с верхней, выходящей на земную поверхность или близкой к ней их частью. Эта верхняя часть месторождений, расположенная в зоне гипергенеза, подвергается процессам выветривания, в результате которых происходят химические и механические изменения тел полезных ископаемых (Смирнов, 1989). Необходимость изучения выветрелой части месторождений обусловлена с одной стороны изменением поисковых критериев месторождений, обусловленных изменением первичного минерального состава, формы и характера залегания тел полезных ископаемых и их физических свойств, а с другой - изменением технологических свойств полезных ископаемых и, соответственно, необходимостью выделить границы технологических типов руд. Наконец, процессы выветривания могут привести к обогащению верхней части залежей полезных ископаемых полезными компонентами в такой степени, что именно она может иметь промышленное значение с точки зрения экономически эффективной разработки. Исследованию процессов выветривания месторождений посвящена обширная литература. В первую очередь следует отметить пионерную работу В. Х. Эммонса (1917), а также работы С.С.Смирнова (1951) и В.И.Смирнова (1982).

Характер изменения месторождений процессами выветривания определяется внешними факторами, к числу которых относятся климат, определяющий при прочих равных условиях интенсивность изменения полезных ископаемых, постепенное погружение уровня грунтовых вод, обеспечивающее большие размеры по вертикали измененной части месторождений, преобладание окислительной обстановки в верхней части зоны гипергенеза, обеспечивающее преобладание реакций окисления, и смена ее на восстановительную в нижней части ниже уровня грунтовых вод. С другой стороны характер изменения месторождений определяется внутренними факторами, связанными главным образом с минеральным составом полезных ископаемых. Учитывая, что главными химическими процессами выветривания на земной поверхности являются процессы окисления и растворения первичных минералов, по поведению этих минералов в зоне окисления намечаются три разновидности месторождений. Первая разновидность включает месторождения, первичные полезные минералы которых устойчивы в зоне окисления, вторая - месторождения, полезные минералы которых изменяются, но выноса полезных химических элементов не происходит, третья - месторождения, минеральный состав которых изменяется с выносом химических элементов. Рассмотрим каждую разновидность месторождений в отдельности.

Месторождения, полезные минералы которых устойчивы в зоне окисления. Эта разновидность включает месторождения, полезные минералы которых представлены оксидами в высшей валентности: гематитом, хромшпинелидами, касситеритом, кварцем и др.; гидроксидами: лимонитами, псиломелан-вадами, бокситами и др.; самородными элементами: золотом, платиной, алмазами и др. При этом следует иметь в виду устойчивость к выветриванию неполезных минералов минеральной ассоциации, слагающей полезное ископаемое. В случае, если и нерудные минералы устойчивы к выветриванию существенных изменений залежей полезных ископаемых не происходит, в случае же, если нерудные минералы не устойчивы в коре выветривания, происходит химическое разложение и вынос их вещества, а с другой стороны природное обогащение верхних частей месторождений полезными компонентами. Ярким примером последнего являются богатые порошковатые руды верхних частей месторождений хромовых руд Кемпирсайского рудного поля. Первичные руды Кемпирсая сложены хромшпинелидом и серпентином. Попав в зону гипергенеза серпентин начинает разлагаться и выноситься, а руда обогащается хромшпинелидом, количество которого может достигнуть 100%. Такие руды, естественно, не требуют обогащения. В нижних горизонтах коры выветривания продукты разложения нерудных минералов могут концентрироваться. Так, продукт разложения серпентина - магнезит, может цементировать хромшпинелиды, а другой продукт его разложения - кварц или халцедон, может встречаться в виде прожилков в руде, образуя парагенезисы, совершенно не свойственные первичным рудам.

Месторождения, полезные минералы которых изменяются, но выноса полезных химических элементов не происходит. Другими словами для полезных ископаемых этих месторождений зона окисления становится окислительным геохимическим барьером. К этой разновидности относятся месторождения, полезные минералы которых сложены оксидами, карбонатами металлов, находящихся в низшей валентности или другими соединениями, при окислении которых образуются трудно растворимые вещества. Наиболее распространенным примером оксида такого рода является магнетит.

Fe⁺²Fe⁺³₂O₄ + O₂ ---- Fe⁺³₂O₃

магнетит гематит (мартит)

В магнетите часть железа находится в двухвалентной форме, часть - в трехвалентной. Попав в зону окисления, двухвалентное железо магнетита переходит в трехвалентное с образованием псевдоморфоз гематита по магнетиту, получивших название мартит. При мартитизации первично магнетитовых руд меняются их магнитные свойства, что затрудняет проведение магниторазведочных работ и меняются по сравнению с первичными рудами технологические свойства вторичных руд.

При окислении карбонатных руд железа и марганца также образуются трудно растворимые соединения, накапливающиеся в виде бурожелезняковых и псиломелановых “шляп” на первичных рудах. При этом концентрация железа и марганца в таких шляпах и их размеры достигают таких масштабов, что становятся важнейшими объектами разработки. Примером может служить Бакальский рудный район на западном склоне Южного Урала, где первичные руды представлены сидеритом со средним содержанием железа около 30%, а в бурожелезняковых вторичных рудах содержание железа составляет порядка 50%.

Fe⁺²CO₃ + O₂ + H₂O ---- Fe⁺³₂O₃ n H₂O.

сидерит лимонит

Аналогичным примером является Усинское месторождение в Кузнецком Алатау, где первичные родохрозитовые руды в верхней части окислены до псиломелановых.

Mn⁺²CO₃ + O₂ + H₂O ---- m Mn⁺²O n Mn⁺⁴O₂ p H₂O.

родохрозит псиломелан-вад

Среди сульфидных минералов, образующиеся при окислении которых сульфаты труднорастворимы, следует выделить галенит. При окислении полиметаллических сульфидных и галенитовых руд образуется достаточно трудно растворимый англезит, благодаря чему свинец обычно не выносится из зоны окисления.

PbS + O₂ + H₂O ---- Pb[SO₄]

галенит англезит.

Если у рудных полезных ископаемых при выветривании полезные свойства окисленных руд сохраняются, то у нерудных - выветривание может привести к полному или частичному уничтожению полезного ископаемого. Так в зоне окисления нефтяных месторождений образуются твердые битумы. В зоне окисления месторождений самородной серы образуется гипс. Слюды в коре выветривания подвергаются гидратации с образованием гидрослюд.

Месторождения, полезные минералы которых изменяются с образованием в зоне окисления растворимых соединений. Это прежде всего месторождения большинства сульфидных медных и цинковых руд, а также никелевых, кобальтовых, молибденовых. Кроме того, в эту же разновидность месторождений попадают и оксидные урановые руды. При этом следует отметить, что если окислительная обстановка для перечисленных минералов способствует образованию растворимых соединений, то восстановительные условия становятся геохимическим барьером для растворенных в воде металлов. К этой же разновидности месторождений следует отнести месторождения, сложенные растворимыми в воде минералами и в первую очередь месторождения солей.

Залежи сульфидных руд попадая в верхние горизонты коры выветривания, начинают окисляться и минералы-сульфиды переходят в сульфаты, как, например, халькопирит:

CuFeS₂ + O₂ + H₂O ---- Cu⁺² + SO₄^-2 + Fe⁺² + SO₄^-2.

При этом сульфаты многих металлов (купоросы) являются легко растворимыми в воде и в гумидных условиях диссоциируют с образованием сернокислых ионных растворов. Большая часть железа здесь же окисляется и образует концентрации в виде железной “шляпы”, сложенной гидроксидами железа - бурыми железняками. Меньшая часть меди остается в железной шляпе в ее верхней наиболее высоко окислительной части в виде вкрапленности тенорита (CuO), при наличии карбонат-иона в виде малахита (Cu₂[CO₃](OH)₂), азурита (Cu₃[CO₃]₂(OH)₂), а при наличии кремнекислоты в виде хризоколлы (CuSiO₃ nH₂O). В нижней части железной шляпы может образоваться куприт (Cu₂O), а на границе зоны окисления и восстановления - самородная медь. В нижней части коры выветривания в восстановительных условиях, куда проникает большая часть меди, происходит восстановление сульфата меди до сульфида. При этом важная роль отводится взаимодействию сернокислой меди с первичными сульфидами, наиболее распространенным среди которых является пирит. Происходит замещение пирита и халькопирита ковеллином (CuS), а в более восстановительных условиях - халькозином (Cu₂S) и борнитом (Cu₅FeS₄). В результате в зоне восстановления содержание меди по сравнению с первичными халькопиритовыми рудами увеличивается в 1,5 - 2 раза. Поэтому зона получила название зоны вторичного сульфидного обогащения. Эта зона имеет наиболее важное значение для гидротермальных плутоногенных медно-порфировых месторождений прожилково-вкрапленных руд во вторичных кварцитах. Такие месторождения, обладая громадными запасами первичных руд, характеризуются низким содержанием в них меди, исчисляемом 0,1 - 0,5%. Главную же промышленную ценность на этих месторождениях представляет зона вторичных сульфидов, где содержание меди увеличивается до 1 - 1,5%. Таким образом, на месторождениях, сложенных сульфидными минералами, и наиболее характерно это для медных месторождений, кора выветривания, залегающая на первичных рудах, представлена двумя главными зонами: зоной окисных руд и зоной вторичных сульфидов. Последняя может иметь важное практическое значение.

Аналогичная картина зональности наблюдается в корах выветривания урановых месторождений, где формируется зона окисления и зона восстановления. Первичный урановый минерал - уранинит (U⁺⁴O₂) в зоне окисления окисляется с образованием комплексного иона уранила [U⁺⁶O₂]⁺², сульфаты, карбонаты, гидроксиды которого легко растворимы в воде. Часть его остается в этой зоне преимущественно в виде урановых слюдок, таких как отенит, торбернит, карнотит и др. Другими словами здесь накапливаются фосфаты, ванадаты, арсенаты, силикаты урана. Большая часть уранила, проникшая в зону восстановления, снова восстанавливается до четырехвалентного урана с образованием труднорастворимой урановой черни. Возникает зона вторичного уранового обогащения, лежащая на первичных рудах.

Процессы растворения первичных минералов характерны для месторождений карбонатных, сульфатных пород и солей. При их выветривании протекают различные карстовые процессы, приводящие к частичному или полному растворению полезных ископаемых, нарушению их механической прочности, загрязнению глинистым материалом. Естественно, что наиболее интенсивному разрушению подвергаются соляные залежи. В их верхней части накапливаются более трудно растворимые по сравнению с солями гипсы, ангидриты, глины, карбонаты, образуя гипс-ангидритовую шляпу месторождения. В таких шляпах при концентрации первично рассеянного в соляной массе бора могут накапливаться бораты в количествах, имеющих промышленное значение. Примером подобной концентрации бора является Индерское месторождение в Прикаспийской впадине на территории Казахстана.

Наряду с химическими могут происходить механические изменения залегания тел полезных ископаемых. Так, в горных условиях на склонах долин рек в результате оползней может происходить изменение элементов залегания тел полезных ископаемых, а за счет частичного растворения или изменения минерального состава в этих же условиях может происходить опускание кровли пласта с уменьшением его мощности. В отдельных случаях размазывание полезных компонентов по склону может привести к кажущемуся увеличению мощности залежи.

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ

В этом разделе мы кратко остановимся на двух вопросах. На характеристике геологических структур месторождений различных генетических групп и структур их рудных полей.

Дата добавления: 2014-01-05