Розділ 3.Класифікація та головні типи порід фосфоритів

Фосфорити класифікуються за структурою, морфологією та формою залягання, генезисом. Досить широко використовувалася також класифікація за структурно-тектонічними ознаками на платформні й геосинклінальні. Проте, останніми дослідженнями безпосередня роль тектонічного режиму у накопиченні фосфоритів (платформного або геосинклінального) провідними літологами, що вивчають фосфорити, заперечується. Також не існує чіткої класифікації фосфоритів за мінеральним складом у зв’язку з практичною відсутністю мономінеральних фосфатних утворень та труднощами діагностики фосфатних мінералів. Вони виникають не тільки із-за зміни складу останніх, але і прихованокристалічною, часто колоїдною (рентгеноаморфною) будовою, наявністю мікросумішей і взаємних проростань, присутністю тонкодисперсних домішок карбонатів, глинистих мінералів, органічних сполук і інших компонентів. Недаремно склад окремих мінералів, що згадуються в літературі під назвами курскиту, даліту (подоліту) тощо, різними дослідниками трактується дещо по-різному. Класифікація за структурами базується головним чином на розмірі та формі морфотворних складових фосфоритів: 1. Пелітоморфними ( <0,05 мм) називаються біоморфні породи, що складені радіоляріями та водоростями, а також абіоморфні - безструктурні (аморфні), мікросфероагрегатні, мікропелетові, мікрооолітові, мікросферолітові, а також мікрокластові (алевритові) фосфорити. 2. Яснозернисті (>0,05 мм) фосфорити. Серед біоморфних фосфоритів до цього виду відносяться брахіоподово-стулкові, амонітові, пелециподові, змішані молюскові, губкові, строматолітові, кістякові брекчії. Абіоморфні фосфорити представлені сфероагрегатними (оолітовими, пелетовими, сферолітовими, конкреційними, жовновими) та уламковими (грубоуламковими, брекчієвими, конгломератовими, жорствяними, гравійними, псамітовими, змішаними несортованими) різновидами. Класифікація за домішками базується на вмісті додаткових компонентів у фосфоритах. За цією ознакою виділяються: чисті (домішок менше 5-10%), кременисті (10­25%) та кременеві (25-50%), вапняковисті (10-25%) та вапнякові (25-50%), доломітисті (10-25%) та доломітові (25-50%), глинисті (10-25%) та надмірноглинисті (25-50%), піщанисті (10-25%) та піщані (25-50%), вуглеродисті. Класифікація за формою залягання головним чином загальноприйнята, хоча окремі терміни фосфорити у різних авторів трактуються дещо по різному, оскільки в цих термінах поєднуються структурні та морфологічні ознаки. Виділяються: • шари з розсіяними жовнами, конкреціями або їх уламками; • плити із зцементованими жовнами, конкреціями та уламками; • пластові зернисті (оолітові, псевдооолітові, уламково-піщані); • пластові біоморфні (черепашкові, губкові, костяні брекчії, строматолітові, копролітові); • лінзоподібні, жильні, гніздові, натічні. Пропонована Ф.Дж.Петтіджоном класифікація включає в себе такі морфологічні елементи: жовнові, пластові, галечникові, гуано, костяна брекчія або костяний фосфат, які входять складовою у його генетичну класифікацію: • органічні рештки – костяна брекчія; • органічні екскременти – гуано; • метасоматичний фосфат – фосфатизований вапняк; • залишковий фосфат; • перевідкладений фосфат -галечникові фосфати; • фосфатні стяжіння – жовнові фосфати; • пластовий фосфат – фосфорит, фосфатна порода тощо. Класифікація за механізмом та місцем утворення. Прикладом такої класифікації є поділ фосфоритів Н.В.Логвиненком на: а) хемогенні та біохемогенні (морські глибоководні, лагун та заток, континентальні); б) біогенні (морські, озерно-річкові, печерні). Класифікація за способом утворення. За цією ознакою В.Т. Фролов розрізняє фосфорити: механічного способу (жовневі та зернисті з уламковою струкутрою та структурою окатування); конденсації жовнів, оолітів, кополітів, черепашок при перемиві осадку; механічної конденсації (перлювій); первинного біологічного накопичення фосфату (оболові та костяні фосфорити); хімічного способу первинного фосфатонакопичення. Головні типи порід Фосфорити є досить різноманітними породами і головним чином не за рахунок мінерального складу фосфатів, а за рахунок різноманітності мінералів-домішок та структурно-текстурних особливостей. Враховуючи накопичений геологічний матеріал по різним родовищам та проявам фосфоритів дослідниками було виділено декілька їх головних петрографічних типів. Фосфорити білі нешаруваті або з тонкою шаруватістю. Структура їх пелітоморфна однорідна. Склад колофановий або з зародковою курскітовою та франколітовою кристалічністю. Формують пласти потужністю до 1 м у верхній крейді Руської платформи. Ці породи мають вигляд хемогенних осадків. Розповсюджені біля Дону, на Волгоградському Повожжі, по р. Хопру. Фосфорити світло-сірі або буруваті тонкошаруваті, за структурою пелітоморфні, часто уламкові алевритові. За складом колофанові та курскитові (штафелітові). Мають мікропрошарки вапняку та доломіту. Спостерігаються залишки радіолярій, спікул губок та уламків черепашок. Припускається, що вони утворюються за рахунок сингенетичної фосфоритизації водоростевих матів. Фосфорити зернисті піщаної структури, темно-сірі, бурі, червоні, жовті, зеленувато-сірі, різного ступеня сортуваня. Складаються з оолітів, копролітів, окачених уламків. За складом вони колофанові, франколітові та фторапатитові, з піритом та гідрооксидами зліза, з уламками кварцу, з халцедоном, кальцитом, доломітом та іншими карбонатами. Часто спостерігається, що в породі по декілька безструктурних грудочок фосфату охоплені тонкими концентричними оболонками колофану або франколіту. Розміри «зернистих» компонентів найчастіше коливаються від 0,1-0,2 до 0,8-1,0 мм. Однак відомі фосфорити, складені пізолітами, розміри яких можуть досягати 1-2 см (формація Фосфорія, США). Цемент їх – фосфатний, кальцитовий, кременевий та глинистий із залишками радіолярій та спікул. У Каратау (нижній-середній кембрій, Казахстан) потужність товщі досягає 14 м. Вміст Р205 змінюється в межах 15-35%. Відомі в південно-східному Алжирі (верхньокрейдяні та палеоценові відклади), у Марокко та Тунісі (юра, крейда та палеоген), у США (Скелясті гори, венд-кембрій, перм), у Середній Азії. Фосфорити конкреційні подільського типу вендського (кембрійського?) віку. Конкреції сферичні, радіально-променисті, діаметром 5-15 см з центральними порожнинами, що виповнені каолінітом, кальцитом, гіпсом та сульфідами заліза, свинцю, цинку. Вони залягають у вигляді окремих конкрецій і конкреційних горизонтів в піщано-глинистих або глинисто-карбонатних товщах платформних відкладів. Відомі у Придністров’ї. Фосфорити конкреційні перевідкладені з піщаним кварцево-глауконітовим заповнювачем в основі сеноману. Kонкреції-гальки аналогічні вендським. Фосфорити жовнові темно-сірі, темно-коричневі, чорні, несортовані, крихкі або панцирно-плитні з піщаним наповнювачем (кварцовим, кварц-глауконітовим, вапнянисто-глауконіто-фосфатним, фосфатним, кальцитовим, глауконітовим, глинистим). Жовна – це стяжіння фосфату округло-неправильної форми, землистої або суцільної будови, які зустрічаються разом з глинисто-фосфоритовими конкреціями правильної сферичної радіально-променистої будови. Розмір жовен змінюється від долей до 0,5-1 м, але найчастіше зустрічаються жовна розміром 1-5 см.У цих породах присутні раковини молюсків, белемнітів, спікул губок. Під мікроскопом видно, що окремі неправильні або округлі грудочки колофану, піщаний матеріал і згустки глауконіту цементуються фосфатом, збагаченим розсіяною органічною речовиною. Часто також можна спостерігати більш пізню генерацію фосфатного цементу, утвореного кристалічним фосфатом -франколітом. За характером домішок жовнові фосфорити поділяють на різновиди: кварцово (аркозово)-піщанисті (12-18% P2O5); глауконіто-піщанисті, залізоооллітові, кварцово-алевритові (18-23% P2O5); алеврито-глинисті, глауконіто-глинисті (22-26% P2O5); глинисті (25-30% P2O5). Генезис – неодноразовий перемив пісків, алевритів, глин та вапняків, що зцементовані фосфатом. Розповсюджені на Руській платформі (пов’язані з піщано-глинистими глауконітовими утвореннями юри і крейди). Аналогічні утворення відомі в кам’яновугільних відкладах Техасу (США), силурійських відкладах Швеції, у крейдяних відкладах Кавказу, Криму тощо. Фосфорити чорні піщано-алеврито-глинисті, нешаруваті, несортовані. За складом вони колофанові, з курскитом, карбонатапатитом з черепашками амонітів, двостулок, рострів белемнітів. Склад – фосфатні зерна копролітів, псевдооолітів, уламковий кварц, глауконіт, слюди, пірит та піритизована деревина, що цементується колофаном. За походженням близькі до попередніх, але із слабким перемивом. Відомі у Підмосков’ї. Фосфорити афанітові – це суцільні маси безструктурного колофану. Прошарки невеликої потужності і окремі пласти таких фосфоритів відмічаються в розрізах фосфоритоносних товщ. Як правило, фосфат афанітових фосфоритів містить домішку глинистих часток і розсіяної органічної речовини, яка обумовлює чорне забарвлення. Іноді на фоні безструктурної колофанової маси при схрещених ніколях можна бачити сліди неясно грудкуватої будови фосфатної речовини. Вміст P2O5 досягає 30%. Фосфорити уламкові світло-сірі та сірі з жорствяно-піщаною структурою, несортовані та нешаруваті. Вони подібні до зернистих фосфоритів, але складаються з уламків фосфату різного розміру, що утворюються за рахунок сингенетичного підводного руйнування напівзатверділого фосфатизиованого мулу. Деякі дослідники вважають, що безструктурні колофанові грудочки зернистих фосфоритов також є, можливо, продуктами підводного перемиву фосфатних мулів. Вони мають значну домішку уламків кварцу та глауконіту. Цемент порід фосфатний та вапнянистий. Зустрічаються у верхній крейді та палеогені Сирії, Єгипту тощо. Фосфорити черепашкові складаються з маси уламків фосфатних стулок брахіопод (Lingulata – родина obolus), тому вони іноді ще називаються ободовими фосфоритами. Стулки утворені колофаном і частково франколітом. Шари фосфоритів звичайно майже не зцементовані, пухкі, мають домішку піщаного матеріалу, представленого добре обкоченими кварцовими зернами. Іноді спостерігається кристалічний кальцитовий цемент. Пласти оболових фосфоритів виявлені в Прибалтиці, де досягають потужності 1-2 м і залягають серед пухких пісків і пісковиків ордовіку, та в Східному Сибіру (р. ідкам’яна Тунгуска тощо). Вміст Р205 змінюється в межах 4-12%. Фосфорити губкові, нешаруваті з піщаними глауконіто-кварцовим, карбонатним та фосфатним заповнювачем. За складом вони курскитові та гідроксилапатитові. Формоутворюючими компонентами породи є фосфатизовані губкові кубки, ядра гастропод та инших молюсків, хребців риб та китів, а також копроліти. Розповсюджені у верхньокрейдяних карбонатних відкладах Середнього та Нижнього Поволжжя. Костяні брекчії являють собою породи жовтого, жовто-сірого або жовто-бурого кольору, відносно пористі і невеликої густини. Вони сформовані хребцями та іншими костяними залишками риб, морських ссавців, іхтіозаврів тощо, які мають гідроксил- та карбонатапатитовий (курскитовий, штафелітовий) склад з піщаним, глинистим та вапняковистим наповнювачем. Спостерігаються рідко, у вигляді тонких прошарків і лінз серед карбонатних і теригенних товщ. Розповсюджені в Єгипті, Малі, Франції у відкладах крейди та палеогену. Фосфорити типу “гуано” коричневато-сірі та темно-коричневі, колофанові та гідроксилапатитові, нешаруваті аморфні, пелітоморфні та зернисті копролітові. Гуано формується на скелястих островах в зонах з постійними сухими вітрами (о. Науру та о.Різдва у Тихому океані, Чилі). Первісно це були екскременти птахів, що являли собою суміш фосфатів, нітратів і карбонатів з органікою. У процесі діагенезу відбувається втрата летких, розчинних і окислюючих речовин. Утворюється і накопичується трифосфат кальцію. Розчинні фосфати вилуговуються, переносяться в підстелюючі породи, де вони або захороняються або заміщують осадові та вивержені породи. Фосфорити метасоматичні по вапнякам, світло-сірі, землисті, нешаруваті із реліктами вапняків, що заміщуються фосфатом. Форми виділень – коркова, гніздова, лінзовидна з елементами крустифікації вапнякової брекчії. Утворюється при карстовому процесі і часто супроводжують фосфорити гуано. Фосфорити кір вивітрювання утворюються при вивітрюванні карбонатитових апатитовмісних руд лужних інтрузивних комплексів. (Селігорське родовище). Алюмофосфорити мають зеленуватий колір та землисту будову. Вони утворюють гнізда, прожилки та пластоподібні тіла. Виникають при вивітрюванні фосфатвмісних карбонатних та вулканокластичних порід за рахунок процесів гіпергенного метасоматозу. Відомі родовища східного Сибіру, Дерн та Альбах (земля Гессен), Амберг (Баварія), Тинтик (шт.Юта, США), Палло у Сенегалі тощо. Залізофосфорити поділяються на вівіанітіти та керченіти. Вівіанітіти можуть бути землистими та зернистими. Перші з них у вигляді згустків та прошарків пелітоморфної речовини асоціює з глинами та торфовищами. Породи безбарвні, швидко синішають у окислювальній обстановці. Домішки -глинисті частинки та рослинний детрит. Керченітові породи мають темно-синій до чорного колір, землисті, зернисті. Спостерігаються у вигляді прошарків, прожилків та біоморфоз, виповнюючи внутрішні частини черепашок молюсків. Домішні компоненти – глауконіт, бурозалізнякові ооліти, сидерит, уламковий кварц. Складні типи залізофосфоритів являють породи , що складаються із вівіаніту та керченіту або керченіту та босфориту. Родовища ФРГ, Боснії, торфовища Підмосков’я, Керченські залізорудні родовища (Україна). Умови утворення фосфоритів Процес утворення фосфоритів досі є достатньо дискусійним, оскільки вони утворюються із різних джерел, різними способами та в різних умовах. Головними джерелами фосфора є біосфера, фосфор, розчинений у морській воді, континентальні кори вивітрювання, вулканізм. Але співвідношення між цими джерелами досі точно не визначений. Наприклад, фосфор, що знаходиться в біологічному кругооберті, тільки частково поступає у гідросферу у розчиненому вигляді. У той же час, головним джерелом фосфору у біосфері є фосфор, що вилучається органікою з гідросфери, а в останню він поступає з кор вивітрювання та за рахунок вулканічного процесу. Існуючі уявлення про нього ще багато в чому гіпотетичні. На сьогодні можна існує як мінімум 3 основні гіпотези щодо утворення фосфоритів: 1) Ефузивно-осадова гіпотеза Шатського, яка грунтується фактично лише на просторовій ув’язці деяких фосфатних порід з вулканогенними (ендогенна природа фосфору для фосфоритів Придністров’я). 2) Біогенна гіпотеза Меррея, Кайє, Самойлова, Архангельського, згідно до якої утворення фосфоритів відбувається в морських водоймах в результаті масової загибелі та розкладення організмів, вивільнення і випадіння в осадок (у вигляді фосфатних мінералів) накопиченого в їх тілах Р205. Дуже сприятливими областями для накопичення фосфоритів, згідно цієї гіпотези, є місця де зустрічаються теплі і холодні течії і відбувається масова загибель організмів. Приуроченість деяких фосфоритів до подібних областей свідчить на користь цієї гіпотези, однак вона не може вірогідно пояснити існування пластів фосфоритів в яких практично відсутні органічні залишки. 3) Хімічна гіпотеза О.В.Казакова (найбільш поширена) яка поступово еволюціонувала в біохімічну гіпотезу Г.І.Бушинського. Згідно цієї гіпотези джерелом Р205 в морській воді (також, як і в попередньому випадку) є процес розкладення планктонних організмів, завдяки чому фосфор і переходить у розчин. Однак розподіл фосфору в морській воді дуже нерівномірний: поверхневі води бідні Р205 (5-10* 10-6 кг/м3), бо він тут інтенсивно поглинається мікроорганізмами, а з глибиною вміст фосфору зростає (на глибині 0,5 км вміст Р205 складає вже 300*10-6 кг/м3, а в водах осадку його вміст ще вищий). З глибиною також зростає тиск і знижується температура, через що росте розчинність вуглекислоти і вірогідність випадіння в осад як карбонатів, так і фосфатів різко зменшується.