Осадочные химические месторождения

ОСАДОЧНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ  МЕСТОРОЖДЕНИЯ

 

Осадочные месторождения  химического и биохимического классов  образуются в водной среде в результате донного накопления минерального вещества, отложенного путем коагуляции коллоидных растворов, кристаллизации из истинных растворов или в результате скопления  остатков отмерших морских организмов.

Водной средой, где происходит накопление вещества, могут быть океаны, моря, заливы, лагуны, озера, реки, заболоченные низменности. Осадкообразование может происходить в глубоководных и мелководных условиях. Минеральное вещество, отлагаемое на дне водоемов, поступает в бассейны седиментации из различных источников.

Один из главных источников – континентальные коры выветривания, дающие в результате своего образования, а затем и активного разрушения, вещество разнообразного химического состава (гидроксиды железа, марганца, алюминия, гель кремнезема, глинистое вещество), Другой источник вещества – процесс жизнедеятельности и последующего отмирания живых организмов, средой обитания которых является водный бассейн.

Количественные соотношения  минерального вещества, поступающего из тех или иных источников, неодинаковы  для залежей полезных ископаемых различного типа.

По преобладающему типу минеральных  образований можно выделить две  группы месторождений химических и  биохимических месторождений: 1) континентально-осадочные  или просто осадочная, в образовании которых принимает участие вещество континентального происхождения; 2) биогенно-осадочные, материалом для которых служит вещество органического происхождения.

К собственно осадочным, образованным в результате сноса материала с континента, относятся некоторые месторождения железа, марганца, алюминия, солей, боратов, барита, глин и другие. К биогенно-осадочным относятся месторождения фосфоритов, гуано, карбонатных и кремнистых пород. К осадочным биохимическим относятся также все месторождения горючих ископаемых – уголь, горючие сланцы, нефть и горючий газ.

Химические и биохимические  осадочные месторождения по условиям образования делятся на платформенные и геосинклинальные.

Платформенные месторождения  образуются в условиях мелководных  бассейнов и характеризуются  обычно небольшой мощностью отложений, значительной пестротой минерального состава, разнообразием текстурно-структурных  особенностей руд. Геосинклинальные месторождения, возникающие в глубоководных  условиях, при устойчивом погружении дна водоема, слагаются залежами значительной мощности, однородного минерального состава и мало меняющихся текстурно-структурных свойств.

Характер скоплений органогенного  вещества также неодинаков в рудах  разных типов. В платформенных условиях остатки живых организмов накапливаются  в основном биологическим путем, характеризуются хорошей сохранностью и относительно слабо изменены. В  геосинклинальных условиях биологическое  вещество претерпевает часто полное химическое преобразование в результате растворения и служит лишь материалом для последующего хемогенного накопления минеральных масс.

Для многих осадочных месторождений  весьма характерна фациальная изменчивость рудных отложений, контролируемая береговой  линией бассейна. Это объясняется  сменой мелководных условий, существующих вблизи береговой линии, на глубоководные в удалении от нее.

Тела полезных ископаемых месторождений химического и  биохимического типа занимают обычно строго определенную стратиграфическую  позицию и имеют форму пластов  или вытянутых линз. Более сложную  морфологию они могут приобрести вследствие поздних складчатых или  разрывных нарушений.

Осадочные месторождения, особенно морские, представлены как правило, крупными телами.  Отдельные пласты протягиваются на десятки, а свиты пластов – на сотни километров и более, мощность пластов может быть различной – от долей метра до нескольких сотен метров.

Для химических осадочных  месторождений весьма характерны слоистые и линзовидно-слоистые, а также  оолитовые и конкреционные текстуры руд.

В общем ходе формирования осадочных полезных ископаемых можно  выделить следующие стадии:

1) собственно седиментогенез  – накопление осадочного вещества в донных условиях;

2) диагенез – превращение сильно увлажненного, пластичного ила в уплотненную породу;

3) катагенез – преобразование уплотненной породы в окончательно окаменелую (литифицированную) с соответствующими минеральными и текстурно-структурными новообразованиями (высвобождение воды, частичное переотложение вещества в межзерновом пространстве и т. д.).

Залежи полезных ископаемых химического и биохимического происхождения  могут слагаться оксидами и гидроксидами железа, марганца, алюминия, опалом, халцедоном, кварцем, карбонатами и силикатами железа, фосфатами различного состава, хлоридами и сульфатами натрия, калия, магния, бария, разнообразными по составу боратами и т. д.

 

Химические осадочные  месторождения

 

Осадочные химические месторождения  подразделяются обычно на две группы в зависимости от характера растворов, из которых происходит образование  минерального вещества.

К первой группе месторождений, образованных из истинных растворов, принадлежат  залежи соли, гипса, ангидрита, боратов, барита. Ко второй группе, образованной с участием коллоидных растворов, относят  руды железа, марганца, алюминия, некоторых  других цветных и редких металлов.

 

Месторождения солей

 

По условиям образования  среди месторождений солей можно  выделить две группы образований: 1) природные рассолы современных соляных бассейнов, соляные подземные воды и залежи минеральных солей современных бассейнов; 2) ископаемые (древние) залежи минеральных солей.

Современные солеродные бассейны подразделяются на два типа: 1) связанные  с морем и питающиеся морской  водой; 2) континентальные, питающиеся водами суши. Примерами бассейнов  первого типа являются заливы Сиваш (Азовское море), Кара-Бугаз (Каспийское море), Данузлав (Черное море). Континентальными бассейнами являются озера в Волго-Урало-Эмбинском районе, в Западно-Сибирской и Туркменской низменностях. Ископаемые (древние) залежи минеральных солей обычно рассматриваются в качестве классических осадочных образований. Считается, что такие месторождения формировались в процессе испарения морской воды в относительно изолированных лагунах. Содержание различных по составу солей в современных океанических и морских водах достаточно высокое, в бассейнах с затрудненным водообменном – до 4,2 % (Красное море).

Все главнейшие древние солеродные бассейны приурочены, в основном, к  предгорным прогибам или синклинальным  прогибам платформ.

В отличие от других осадочных  месторождений, имеющих в основном форму спокойно залегающих пластов, древние соляные месторождения  иногда приобретают более сложные очертания, что связано с процессом смятия толщ в складки и выжиманием текучего вещества солей в замки атниклиналей. Таким образом даже в обстановке очень слабых тектонических изменений вмещающих толщ возникают соляные купола.

Галит-сильвин-карналлитовая  формация в осадочных породах. Данная формация объединяет все месторождения ископаемых (древних) солей.

Главный полезный компонент  месторождений галит NaCl; ему сопутствуют сильвин КСl, карналлит KCl•MgCl₂•6H₂O, полигалит 2CaSO₄•K₂SO₄•MgSO₄•2H₂O, мирабилит (глауберова соль) Na2SO4•10H₂O, ангидрит CaSO₄, гипс CaSO₄•2H₂O, сода (декагидрит) Na₂CO₃•10H₂O, калиборит KMg₂B₁₁O₁₉•9H₂O и другие минералы. Для большинства хемогенно-осадочных месторождений солей характерна примесь карбонатно-глинистого материала.

Иногда эти месторождения  называют месторождениями каменных и калийных солей. Каменной солью  называют галит с примесью гипса, ангидрита, а также глинистых, карбонатных  и других минералов. Калийные соли содержат сильвин, карналлит и другие минералы калия. Различают также соли магниевые, калийно-магниевые и др.

Для месторождений солей  характерна пластовая форма залежей (рис. 74), однако в условиях пластичного  изменения минеральных образований форма залежей может измениться и приобрести форму куполов (рис. 75). Объясняется это высокой пластичностью солей по сравнению с вмещающими породами и малой их плотностью. Вмещающими породами для соляных залежей могут быть самые разнообразные осадочные породы. Так, для Верхнекамского соляного бассейна покровными отложениями соленосного горизонта являются глины, мергели, известняки, песчаники, подстилающими породами являются также глины, известняки, доломиты, песчаники, мергели.

Рис. 74. Схематический  геологический разрез одной из зон  Предкарпатского соленосного прогиба:

1 – перекрывающие песчано-глинистые  породы; 2 – соленосные брекчии; 3 – глины; 4 – песчаники; 5 – гравелиты; 6 – каменная соль; 7 – калийная соль; 8 – подстилающие аргиллиты и песчаники

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 75. Форма соляных  куполов в Северо-Германской впадине

 

 

 

 

Внутреннее строение залежей  обычно неоднородно. В разрезе могут  чередоваться покровные каменные соли, калийно-магниевые соли, подстилающие каменные соли. Текстуры руд массивные, грубо- и тонкослоистые, что обусловлено сменой минерального состава отдельных слойков в пластах соляных залежей.

С месторождениями солей  связана локализация некоторых  минералов бора. В зоне выветривания солей борные соединения, рассеянные в породе, растворяются, переотлагаются и концентрируются в так называемой «гипсовой шляпе» в виде разнообразных боратов – ашарита Mg[BO₂](OH), гидроборацита CaMgB₆O₁₁•6H₂O, улексита NaCaB₅O₉•8H₂O и др.

Примером месторождения  ископаемых залежей минеральных  солей служит бассейн в Предуральском  передовом прогибе – Верхнекамский.

Есть месторождения такого типа и в Прикарпатском, Закарпатском, Донецком и других передовых прогибах на территории СССР.

Известны месторождения  в синеклизах, поперечных прогибах и краевых впадинах платформ. Примером может служить месторождение Стассфурт в Польско-Германской синеклизе Восточно-Европейской платформы.

 

Месторождения железа, марганца, алюминия

 

Руды железа, марганца и  алюминия, относимые к континентально-осадочным  хемогенным месторождениям, образуются из суспензий и коллоидных растворов  на дне водных бассейнов в сходных  геологических условиях. Источником материала для месторождений  служат продукты разложения континентальных  кор выветривания, сносимые в бассейн  седиментации поверхностными, в основном речными и грунтовыми водами. Содержание соединений железа, марганца и алюминия в речных водах низкое, однако суммарный  вынос этих металлов реками огромный. Отложение соединений всех трех металлов происходит в прибрежной зоне озер и морей в результате воздействия  электролитов, растворенных в водах  этих водоемов и коагулирующих коллоиды металлических соединений. В связи  с различной геохимической подвижностью соединений железа, марганца и алюминия происходит их дифференциация в прибрежной зоне водоемов. Ближе к берегу накапливаются  бокситы, далее (в верхней части  шельфа) отлагаются железные руды, еще  далее (в нижней части шельфа) – марганцевые руды. В пределах собственно железорудных или марганцевых месторождений наблюдается также фациальная изменчивость отложений.

Химические осадочные  месторождения железа, марганца и  алюминия по условиям образования объединяются в соответствующие рудные формации: шамозит-гётит-гидрогётитовую в осадочных  породах (месторождения Керченское в Крыму, Аятское в Тургайской провинции и др.); пиролюзит-псиломелан-манганитовую в осадочных породах (месторождения  Никопольское и Больше-Токмакское на Украине, Чиатурское в Грузии и др.); гидраргилит-бёмит-диаспоровую (бокситовую) в осадочных породах (месторождения Красная Шапочка на Северном Урале, Салаирское в Восточном Саяне, Северо-Онежская и Тихвинская группы на Кольском полуострове и др.).

Шамозит-гётит-гидрогётитовая формация в осадочных породах. Руды сложены различными по составу минералами железа – гидроксидами, силикатами, карбонатами. Форма рудных тел – пластовая, линзообразная. Вмещающие породы представлены известняками, глинами, глинистыми песками, глинистыми ракушечниками и другими осадочными породами. Текстуры руд оолитовые, порошковатые, слоистые. В рудах присутствуют остатки скелетов отмерших организмов.

Характерными месторождениями  железа подобного типа в СССР являются платформенные морские месторождения  Керченскрго бассейна в Крыму (рис. 76). Основные запасы кондиционных железных руд этого бассейна приурочены к  крупным тектоническим брахисинклинальным структурам – мульдам. Рудный пласт во всех мульдах подстилается известняками и покрывается глинами киммерийского яруса. Мощность рудных пластов в центральных частях мульд составляет 25–40 м, в краевых – 0,5 м.

 

 

Рис. 76. Схема, иллюстрирующая положение «табачных» и коричневых руд в брахисинклиналях (мульдах) Керченского железорудного месторождения:

1 – известняки-ракушечники; 2 – руды «табачные»; 3 – руды «коричневые»; 4 – руды «икряные»; 5 – перекрывающие глины

 

Главные типы руд – «табачные» и «коричневые». «Табачные» руды залегают в центральных частях мульд, «коричневые» – на периферии. Считается, что «табачные» руды образуются в окислительно-восстановительных условиях, «коричневые» – в окислительных условиях за счет «табачных» руд.

Главные минералы «табачных» руд – гидроферрихлорит, ферримонтмориллонит и гидрогётит, а также магнаносидерит и родохрозит; иногда присутствуют фосфаты (вивианит, керчинит), гидроксиды марганца и пирит. Главные минералы «коричневых» руд (объектов промышленной добычи) – гидрогётит и ферримонтмориллонит.

«Табачные» руды получили свое название из-за характерного зеленоватого цвета, который обусловлен присутствием зеленоватого железистого хлорита. Текстура «табачных» руд, возникших  осадочным путем, оолитовая.