Зона окисления. 
Минералы зоны окисления в сульфидных месторождениях

Зона окисления— верхняя, близкая к поверхности, часть сульфидных месторождений или рудных тел, расположенная выше уровня грунтовых вод в зоне просачивания. В зоне окисления почвенные воды, насыщенные кислородом и углекислотой, окисляют и растворяют сульфидные неустойчивые в окислительной обстановке минералы, переводя их полностью или частично в окислы, водные или безводные. Зона окисления обычно выделяется в породах или рудах, попавших по тем или иным геологическим причинам в новые для них условия, зафиксированные признаками поверхностного или субповерхностного (в трещиноватых зонах до 400—600 м и более) выветривания: В последнем случае это связано с циркулирующими по пластам или вдоль них кислородсодержащими водами. Возникающие при этом на залежах сульфидных месторождений покрышки продуктов окисления называются «железными шляпами». Сложенные преимущественно бурым железняком. Зона окисления распространяется вглубь до уровня грунтовых вод, обычно от нескольких метров до нескольких десятков метров, но иногда, на отдельных участках, до нескольких сот метров от поверхности Земли. В процессе окисления часть минерального вещества полезного ископаемого может раствориться грунтовой водой, просочиться вниз и вновь отложиться ниже уровня грунтовых вод, образовав зону вторичного минерального обогащения. Зона вторичного обогащения особенно характерна для некоторых месторождений меди, урана, золота и серебра.

Благоприятными условиями для развития кор выветривания и зон окисления в частности, являются: стабильный тектонический режим, слабая эрозионная активность, наличие в рудах и вмещающих породах химически активных минералов (в первую очередь сульфидов и карбонатов), водонасыщенность пород и руд. Температурный режим окисления сульфидов и других минералов имеет экзотермический характер, судя по парагенетической ассоциации минералов температура может достигать 80°, т. е. она сопоставима с температурой образования гидротермальных месторождений. То есть в зонах окисления ярко выраженная контрастность минералообразования.

Тела всех полезных ископаемых вблизи земной поверхности подвергаются химическому и физическому выветриванию, изменяющему их минеральный, химический состав и строение. Причем залежи одних полезных ископаемых изменяются близ поверхности слабо, других — интенсивнее, а третьих — настолько сильно, что требуются специальные исследования для определения первичного состава минерального сырья по материалу их выходов у поверхности земли. Наиболее радикальное изменение при выветривании претерпевает большая часть сульфидных рудных тел, а также некоторых пластов углей, залежей соли и серы.

В этих случаях для оценки состава, строения и промышленного значения тел полезных ископаемых на глубине, ниже выветрелой части, требуется знание условий слагающих минералов, в зоне выветривания.

В низах зоны окисления сульфидных залежей развиты горизонты рыхлых сульфидных песков, сложенных в основном пиритом с значительной примесью ковеллина и других вторичных сульфидов меди. В них также характерны высокие содержания золота и серебра. Ниже окислительно-восстановительного барьера происходит цементация (вторичное сульфидное обогащение) первичных руд цветных металлов переотложенным сверху вниз рудным веществом.

УСЛОВИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ЧАСТЕЙ ЗОНЫ ОКИСЛЕНИЯ Приповерхностные изменения тел полезных ископаемых связаны с тем, что минералы, слагающие вещество полезного ископаемого, попадая в обстановку высокого кислородного потенциала, оказываются в ней неустойчивыми и подвергаются разложению. При этом образуются новые соединения, часть которых сохраняется на месте, другая часть выносится и переотлагается поблизости, а третья часть мигрирует и рассеивается.

Основными агентами изменения приповерхностной части тел полезных ископаемых, так же как и при формировании месторождений выветривания, являются: вода, кислород, углекислота и промежуточные химические соединения, возникающие при реакциях между ними и полезными ископаемыми, такие как сульфаты, гуматы и др., образующие с водой слабые растворы солей соответствующих кислот. В соответствии с этим основное направление изменения определяется как окисление вещества полезного ископаемого, а интервал по вертикали, в пределах которого это изменение протекает, называется зоной окисления.

Для изменения состава и строения тел полезных ископаемых в их приповерхностных частях особенно велико значение воды, омывающей эти тела.

Область циркуляции приповерхностных вод, разделяется на три зоны. Верхняя зона аэрации, или просачивания, характеризуется быстрой и свободной, преимущественно нисходящей циркуляцией воды, насыщенной растворенными в ней кислородом и углекислотой. Ниже этой зоны, обычно уже под уровнем грунтовых вод, располагается зона активного водообмена, с медленным боковым движением воды, несущей незначительное количество растворенного в ней кислорода. Еще ниже находится зона застойных вод, практически не перемещающихся и не содержащих свободного кислорода.

Соотношение между измененными и неизмененными частями тел полезных ископаемых, а также перечисленными выше зонами циркуляции приповерхностных подземных вод следующее. Зоне просачивания отвечает измененная, окисленная часть залежей, застойной зоне соответствует неизмененная часть тел полезных ископаемых, а в зоне водообмена в теле неизмененных полезных ископаемых могут встречаться измененные участки, а также скопления вторичного, переотложенного материала.

В зоне окисления сульфидных рудных тел, кроме того, выделяются четыре подзоны: 1) поверхностный слой; 2) подзона окисленных руд; 3) подзона окисленных выщелоченных руд; 4) подзона богатых окисленных руд. Среди этих подзон обычно четко выделяется только поверхностный слой.

Поверхностный слой ограничивается несколькими десятками сантиметров в глубину и представляет собой как бы корку наиболее интенсивно измененного рудного материала, из которой могут быть полностью удалены даже самые трудноподвижные соединения.

Интенсивность и глубина изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых зависят, как показал С. Смирнов, главным образом от климата, скорости эрозии, химизма вод, состава и строения рудных тел, характера боковых пород и структуры месторождения. Наиболее благоприятным для интенсивного изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых является жаркий и теплый климат с умеренными и равномерными осадками. Неблагоприятен полярный климат; не вполне благоприятен сухой пустынный климат. Зона окисления может развиваться лишь в таких геоморфологических условиях, при которых скорость ее формирования выше скорости эрозии. Поэтому в высокогорных резко расчлененных районах с большой скоростью эрозии склонов тела полезных ископаемых могут выходить на поверхность в слабо измененном или вовсе неизмененном виде.

Агрессивность разрушающего действия воды зависит от ее химизма Наиболее энергичными являются воды кислотные, сульфатные, но они обычно достаточно быстро нейтрализуются вмещающими породами, что задерживает вынос металлов из зоны окисления. Воды кислотные гуминовые, хотя воздействуют и менее энергично, но при длительной циркуляции, создающейся в обстановке заболоченных районов, возможен полный вынос всех металлов из верхней части рудных тел. Что касается строения тел полезных ископаемых, то для тех из них, которые обладают большей проницаемостью или хотя бы частичной растворимостью, интенсивность изменения будет выше, чем для монолитных залежей, не содержащих растворимых минералов. Точно также и водопроницаемые боковые породы, например пористые песчаники или трещиноватые известняки, будут способствовать равномерной и интенсивной циркуляции вод и развитию зоны измененных руд.

Состав пород имеет также и другое значение. Одни из них, реагируя с растворенными в грунтовых водах, омывающих залежь полезных ископаемых, активными соединениями, нейтрализуют их и свертывают процесс изменения. Так, например, действуют карбонатные породы на сульфатные растворы зоны окисления сульфидных руд. Другие породы, такие как кварциты, песчаники, отчасти изверженные породы, инертны по отношению к растворенным в воле веществам и не нарушают ход окисления залежей полезных ископаемых.

Структура месторождения определяет пути циркуляции грунтовых вод, и если они благоприятствуют омовению залежей полезных ископаемых водой, то ход приповерхностного изменения становится интенсивней.

Подзона окисленных руд располагается непосредственно ниже поверхностного слоя и представляет собой область распространения типичных окисных производных первичной руды.

Подзона окисленных выщелоченных руд иногда обнаруживается ниже предыдущей подзоны и характеризуется заметно пониженным содержанием того или иного металла против его среднего содержания в зоне окисления.

Подзона богатых окисленных руд располагается в нижней части зоны окисления и является окисленной верхушкой, находящейся ниже зоны вторичного обогащения.

Зона вторичного обогащения находится в верхней части первичных руд и обусловлена переотложением части металла, выщелоченного из зоны окисления.

Нижняя граница зоны окисления довольно часто не совпадает с уровнем грунтовых вод. Происходит это потому, что уровень грунтовых вод испытывал заметные колебания в четвертичное и более древнее время. При его плавном опускании создаются наиболее благоприятные условия для развития вторичной зональности. При его подъеме часть зоны окисления оказывается затопленной грунтовыми водами и дальнейшее окисление первичной руды прекращается. При резком опускании уровня грунтовых вод в зону окисления выводятся вторичные переотложенные руды и их повторная перегруппировка создает наиболее сложную картину строения зоны окисления.

Причинами изменения уровня грунтовых вод служат неотектонические движения разных знаков и изменения климата в прошлом. Для полной и правильной оценки зоны окисления и соотношения ее с зонами вторичного обогащения и первичных руд и то и другое следует принимать во внимание. Подзона выщелачивания образуется в интервале сезонных и многолетних колебаний уровня грунтовых вод (А. Германов).

Нижняя граница зоны окисления практически никогда не бывает ровной. На участках высокой водопроницаемости она опускается, а между ними поднимается. Особенно низко опускается уровень окисления вдоль трещиноватых и нарушенных полостей дробления, смятия и разломов. По этим направлениям окисление может проникать очень глубоко, достигая сотен метров от поверхности земли даже при сравнительно высоком стоянии общего уровня окисленных руд. Так, например, по разломам в рудном теле окисление развивалось в Кадаинской полиметаллической жиле в Забайкалье до 200 м, в Пшибрамском свинцово-цинковом месторождении в Чехословакии до 300 м, в Коунрадском медном месторождении в Казахстане до 500 м, в полиметаллическом месторождении Тинтик в США и на медных рудниках Замбии до 600—800 м, а в Зимбабве даже до 900 м (рудник Лонели).

Интенсивность и глубина изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых зависят, как показал С. Смирнов, главным образом от климата, скорости эрозии, химизма вод, состава и строения рудных тел, характера боковых пород и структуры месторождения. Наиболее благоприятным для интенсивного изменения приповерхностных частей тел полезных ископаемых является жаркий и теплый климат с умеренными и равномерными осадками. Неблагоприятен полярный климат; не вполне благоприятен сухой пустынный климат. Влияние климатических условий на формирование зоны окисления колчеданной залежи показано на рис. 226. Зона окисления может развиваться лишь в таких геоморфологических условиях, при которых скорость ее формирования выше скорости эрозии. Поэтому в высокогорных резко расчлененных районах с большой скоростью эрозии склонов тела полезных ископаемых могут выходить на поверхность в слабо измененном или вовсе неизмененном виде.

Агрессивность разрушающего действия воды зависит от ее химизма. Наиболее энергичными являются воды кислотные, сульфатные, но они обычно достаточно быстро нейтрализуются вмещающими породами, что задерживает вынос металлов из зоны окисления. Воды кислотные гуми-новые, хотя воздействуют и менее энергично, но при длительной циркуляции, создающейся в обстановке заболоченных районов, возможен полный вынос всех металлов из верхней части рудных тел (В. Щербина).

Степень изменения полезных ископаемых в сильнейшей степени зависит от их минерального состава, так как различные минералы и их ассоциации характеризуются разной устойчивостью в зоне окисления.

Что касается строения тел полезных ископаемых, то для тех из них, которые обладают большей проницаемостью или хотя бы частичной растворимостью, интенсивность изменения будет выше, чем для монолитных залежей, не содержащих растворимых минералов. Точно также и водопроницаемые боковые породы, например пористые песчаники или трещиноватые известняки, будут способствовать равномерной и интенсивной циркуляции вод и развитию зоны измененных руд.