Месторождения гидрогенных осадков

Гидрогенные осадки формируются на дне водоема в результате химического осаждения минеральных веществ из истинных и коллоидных растворов и могут представлять собой полезные ископаемые. Их месторождения называют также хемогенными или химическими. При образовании таких месторождений часть веществ осаждается из механических взвесей. Осадки из истинных растворов слагают месторождения различных минеральных солей, гипса, ангидрита, боратов, барита и целестина. В процессе коагуляции коллоидных растворов и осаждения тонкодисперсных взвесей возникают месторождения бокситов, железных и марганцевых руд.

Накопление солей происходило в молодых впадинах па ранних этапах развития океанов атлантического типа, в остаточных бассейнах, возникающих на окраинах континентов при надвигании на них островных дуг. Например, при надвигании в пермское время Уральской островной дуги на Русскую платформу.

Месторождения — производные истинных растворов — образуются в аридном климате при засолонении лагун и других прибрежных полузамкнутых морских бассейнов, когда происходит интенсивное испарение, преобладающее над осаждением. Как известно, морская вода имеет среднюю соленость 3,5%, что составляет 35 г солей на 1 л, и представляет собой истинный раствор в основном хлоридных, сернокислых и углекислых соединений натрия, калия, магния и кальция, па долю которых приходится 3,05%. Привносимые с притоком воды из моря через узкие проливы (горловины) и барьерные рифы (рис. 3.28) растворенные минеральные вещества при постоянном объеме воды в лагуне увеличивают концентрацию раствора, доводя ее до перенасыщения. И тогда сезонные колебания температуры приводят к осаждению из раствора значительной части минеральных веществ, называемых эвапоритами. Такие морские бассейны формируются при медленном тектоническом опускании прибрежных участков.

Осаждение минеральных веществ в солеродных бассейнах происходило в последовательности, обратной их растворимости. При достижении солености 15% осаждаются карбонаты кальция и магния с последующим диагенетическим преобразованием их в кальцит и доломит. В интервале солености 15—27% выпадал в осадок гипс. При дальнейшем повышении концентрации в осадок переходили глауберит, гейлюсит, мирабилит и тенардит, сода, астраханит и начинали формироваться толщи галита (рис. 3.29).

Рис. 3.28. Условия образования галогенной гипсовой формации, Австралия (по А. Д. Стюарту):

• 1 — цоколь; 2 — битуминозные доломиты; 3 — гипсы;
• 4 — рифовая брекчия; 5 — риф (строматолиты); 6 — известковые

песчаники В результате полного испарения воды происходила садка сильвина (КС1), бишофига (MgCl₂ • 6Н, 0) и других солей калия и магния. Они могли сохраниться, т. е. перейти в ископаемое состояние в случае перекрытия их слоем водонепроницаемых пород.

Эвапоритовые месторождения могут быть представлены ископаемыми залежами минеральных солей или связанными с ними подземными соляными водами и рассолами, природными соляными рассолами и залежами минеральных солей в современных морских или континентальных бассейнах.

Рис. 3.29. Схема галогенеза в современных озерах засушливой зоны (по Н. М. Страхову):

1а — сильно содовые образования; 16 — умеренно содовые образования; 1в — слабо содовые образования;

На — натриево-магниевые образования; Па' — магниевонатриевые образования; Иб — натриево-магниево-кальциевые образования; Ив — магниево-кальциевые образования;

III — хлоридные озера; 1 — карбонатная стадия; 2 — сульфатная стадия; 3 — хлоридная стадия; 4 — сульфатные образования с большой примесью сульфатов натрия Ископаемые залежи минеральных солей достигают мощности нескольких сот метров. Такие мощные залежи формировались в длительно развивавшихся краевых прогибах и во впадинах фундамента и чехла платформ. Максимумы солеобразования приходились на позднюю стадию тектонических этапов. Крупные месторождения калийных солей сформировались в позднедевонское время. На территории Белоруссии они приурочены к Припятскому прогибу (рис. 3.30). Это месторождения Старобинское и Петриковское.

Рис. 330. Разведочный разрез по Старобинскому месторождению калийных солей (по В. А. Шаплыко):

• 1 — туффиты, туфогенные песчаники, глины, алевролиты вендского комплекса — относительный водоупор; 2 — песчаники мелкозернистые, алевролиты пинской евины; хлориднонатриевые рассолы (минерализация — 300 г/л); 3 — гнейсы, гранитоиды кристаллического фундамента; 4 — пески, супеси, суглинки, мел и мелоподобный мергель меловой системы, песчаники юры; пресные воды; 5 — верхний девон, фаменский ярус, данково-лебедянский горизонт: маргели, доломиты — водоупор; 6 — соленосная и доломито-ангидритовая толщи: каменная соль с прослоями глин и мергелей, калийные горизонты, доломиты, ангидриты — региональный водоупор;
• 7 — известняки, доломиты, мергели, глины; высокоминеральные воды; 8 — глины с прослоями песчаников и алевролитов пашийско-кыновского горизонта — водоупор; 9 — песчаники мелкозернистые, алевролиты, прослои глин и аргиллитов старооскольского горизонта; хлоридно-натриевые рассолы (минерализация — 250 г/л); 10 — глины, доломиты, мергели, песчаники, алевролиты мирпусконаровского горизонта — водоупор; 11 — калийный горизонт, его индекс;
• 12 — разрывное тектоническое нарушение; 13 — скважины;
• 14 — шахтовый ствол

Самым солепродуктивным явился пермский период, когда на завершающей стадии герцинского этапа сформировались уникальные месторождения калийных солей на западном склоне Урала (Верхнекамское и Соликамское), каменной соли в Донбассе (Славяно-Артемовское).

Соляные тела имеют пластовую, пластои линзообразные формы, чаще горизонтальное или слабонарушенное залегание, реже складчатое. Соленосные залежи распространяются на площадях в десятки и даже сотни квадратных километров, достигая мощности 800—1000 м. Однако мощность продуктивных соленосных горизонтов составляет первые метры. Во многих областях развита солянокупольная тектоника. Ядра соляных куполов представлены вертикально вытянутыми иногда на несколько километров штоками сложной формы.

Шток представляет собой соляной массив цилиндрической формы, высота которого значительно больше его диаметра. На поверхности они имеют округлую или овальную форму и размеры п • 10 км². Только в Прикаспийской низменности известно более 300 соляных куполов и штоков пермского возраста.

Состав солей на многих месторождениях комплексный — совместно залегают пласты каменной, калийной и магниевой хлоридных солей, иногда на толщах ангидритовых и гипсовых пород. Месторождения ископаемых солей иногда содержат в значительных количествах бор. В карбонатных толщах образовались пластовые залежи барита.

Месторождения подземных соляных вод и рассолов известны в районах развития ископаемых солей. В России это в основном источники хлоридных вод, например, рассолы, выкачиваемые из недр Верхнекамского соляного бассейна. Из рассолов получают поваренную соль. Попутные полезные компоненты — хлористый кальций, магний, йод, бром.

Современные морские соляные месторождения приурочены к мелководным лагунам, заливам и лиманам, постепенно утрачивающим связь с морем и находящимся в зоне жаркого и сухого климата. Соли находятся в растворах и рассолах, а также образуют дойные залежи выпавших из них твердых солей. Примером служат лиманы Крыма, Сиваша, залив Кара-Богаз-Гол, обеспечивающий потребности различных отраслей промышленности в тенардите (Ка₉80₄) и мирабилите (Ыа₂80₄ • 10Н₂О).

Континентальные соляные месторождения возникают в процессе выщелачивания подземными водами ископаемых солей, при последующем выносе и отложении их в бессточных озерах. В странах СНГ пояс соляных (хлоридных, сульфатных и содовых) озер протягивается в широтном направлении от устья р. Дунай до Забайкалья. В соляных водах некоторых озер содержатся йод и бром, а в поверхностной и межзернистой рапе —литий.

Среднее содержание лития в рапе составляет 0,015%, доля лития в мировых запасах — 43,4% и добыче — 49%. В озере Сильвер-Пик (США) содержание лития — 0,04%. Запасы оценивают в 3,5 млн т.

Месторождения — производные коллоидных осадков — образовались в результате выноса поверхностными и грунтовыми водами с водозаборной площади, находившейся в зоне гумидного климата, рудных компонентов в форме тонких взвесей, коллоидных и истинных растворов и последующего их отложения в водных бассейнах. Таким путем сформировались месторождения бокситовой, железорудной и марганцевой формаций.

Благоприятными для бокситов исходными рудопродуцирующими породами являются кислые и щелочные породы, а для железа и марганца — основные. Алюминий переносится в форме гидроксида в кислых (pH 9,5) растворах и выпадает в осадок первым. Вслед за ним осаждаются гидроксиды железа и марганца. Для этих руд характерно оолитовое строение.

Оолиты — это мелкие (0,1 —1,0 мм, иногда до 2—4 см) шаровидные или эллипсоидальные образования, обладающие концентрически-слоистым строением. Далее от береговой линии бассейна в сторону распространения глубоководных осадков при pH 4—6 осаждаются силикаты железа (шамозит и тюрингит) и манганит — Мп0₃ • Мп (ОН)₂, еще далее в условиях нейтральной среды образуются сидерит — РеСО.₍ и родохрозит — МпСО_т Разложение органических веществ без доступа кислорода протекает с выделением Н₂5. В этих условиях образуются сульфиды железа — пирит и марказит.

Бокситовая формация. Как уже отмечалось в разделе 3.5, остаточные лагеригные месторождения бокситов кайнозоя образуются в жарком влажном климате экваториального пояса. Известные в России палеозойские месторождения бокситов, производные коллоидных осадков, также сформировались вблизи экватора, но в результате дрейфа континентов они сместились с ними в более высокие широты.

Осадочные месторождения бокситов по условиям образования подразделяются на платформенные и складчатые, а по минеральному состав}' — на диаспоровые, бемит-диаспоровые и гиббситовые или гидраргиллитовые. Платформенные месторождения залегают в герригенных толщах и представлены в основном гидраргиллитовыми разностями, а складчатые месторождения приурочены к карбонатным породам и сложены пластообразными бокситами диаспорового и бемит-диаспорового состава. Бсмит и его кристаллическая форма — диаспор имеют одинаковый состав — Л1₂0, • Н₂0, гиббсит (гидраргиллит) — А1₂0₃ • ЗН₂0.

Платформенные месторождения бокситов — это преимущественно озерно-болотные образования, развитые в краевых частях синеклиз в эрозионно-тектонических депрессиях, зонах сочленения платформ со складчатыми структурами. Такие месторождения раннекаменноугольного возраста расположены на северо-западной окраине Московской синеклизы (Тихвинская и Северо-Онежская группы месторождений).

Месторождения бокситов складчатых областей формировались в мелководных морских фациях в период перерыва осадконакопления. Пласты бокситов залегают выше поверхности несогласия; вместе с вмещающими толщами карбонатных пород они подверглись тектоническим дислокациям. Такие месторождения известны в Северо-Уральском бокситовом районе — Красная Шапочка, Кальинское, Черемуховское и др. Часто бокситы залегают в понижениях закарстованной поверхности известняков (о. Ямайка).

Железорудная формация. Осадочные месторождения железных руд могут быть аллювиальными, дельтовыми, лиманными и прибрежно-морскими. По минеральному составу выделяют оксидные, карбонатные и силикатные руды. Эти месторождения имеют большую площадь распространения пластовых руд: десятки километров в длину и несколько километров в ширину, при мощности пластов в десятки метров.

Осадочные месторождения железных руд формировались в различные геологические эпохи. Месторождения железистых кварцитов (Кривой Рог, КМ А, Верхнее Озеро в США) образовались за счет метаморфизма докембрийских осадочных образований. Несколько эпох образования осадочных месторождений отмечено в фанерозое. Самой продуктивной является олигоцен-четвертичная эпоха экзогенного рудообразования. Только в Западно-Сибирском палеогеновом железорудном бассейне учтено 700 млрд т прогнозных ресурсов с содержанием железа 30—40%. В неогене образовались платформенные месторождения Керченского, а в позднем мелу — Аятского (Тургайский прогиб) бассейнов.

Осадочные континентальные месторождения представлены гидро-гетитовыми, бобово-оолитовыми озерно-болотными рудами различного состава — известны юрские мелкие месторождения в Тульской и Липецкой областях, довольно крупные олигоценовые аллювиальные месторождения в Тургайском прогибе в Казахстане (Лисаковское, Октябрьское, Шиелинское). Такие руды продолжают формироваться в настоящее время.

Марганцевая формация. Осадочные месторождения марганцевых руд по сравнению с оксидными железными рудами смещены в сторону глубоководной зоны. Это объясняется большей подвижностью марганца по сравнению с железом. Однако площадь распространения марганца меньше. Месторождения марганца связаны с глинистокарбонатными формациями и характеризуются многослойным строением рудоносных толщ. Марганцевые рудные тела по размерам почти па порядок меньше железорудных, они также имеют пластовую, пластообразную и линзовидную формы и различный минеральный состав. Выделяют оксидные, гидроксидные, карбонатно-оксидные марганцевые и оксидные железомарганцевые руды.

Наиболее важное практическое значение имеют оксидные и гидроксидные руды, сформировавшиеся в олигоценовое время (месторождения Никопольское и БольшеТокмакское на Украине и Чиатурское в Грузии). Отметим, что самые крупные в мире олигоценовые осадочные месторождения с запасами марганца в п млрд т находятся в северном полушарии, протягиваясь в виде субширотной полосы из Болгарии через Украину, Кавказ, Закаспий, Восточную Сибирь вплоть до Камчатки, не подчиняясь ни характеру тектонических структур, ни палеогеографическим особенностям территорий.

Глубоководные железомарганцевые конкреции. В последние десятилетия все большее внимание исследователей уделяется изучению глубоководных железомарганцевых образований, возникающих на дне современных океанов в рифтовых зонах и на склонах поднятий, на глубине от 0,8—4,2 до 6 км. Они представляют собой конкреции и рудные корки. Конкреции имеют сферическую, лепешковидную, желваковую, гроздевидную и плитчатую формы размером в поперечнике 1 — 10 см. Толщина рудных корок на подводных вулканитах — 2—3 см. Хотя среднее содержание марганца в конкрециях составляет около 18,6%, а железа — свыше 12%, основной практический интерес в них представляют другие металлы: кобальт — 0,27%, никель — 0,66%, медь + никель — 1,12%. Концентрация таких конкреций на глубине 4270 м достигает 10 кг/м.

Средние содержания марганца, никеля + меди в конкрециях Тихого океана выше соответственно в 1,42 и 2,36 раза, чем в конкрециях Атлантического океана и в 1,12 и 1,5 раза, чем в конкрециях Индийского океана.

В океанических конкрециях обнаружено около 60 химических элементов. В конкрециях, содержащих 0,5% кобальта, отмечаются наиболее высокие содержания Т1, V, У, Ъх, Ба, Се, РЬ, Бг и Р, а в конкрециях с суммой никеля и меди более 1,8% — высокие концентрации Мо, Бс, Сг и Zn. Прогнозные ресурсы железомарганцевых конкреций составляют триллионы тонн. Формирование железомарганцевых конкреций происходило в течение всего четвертичного периода.