Тема 4. Условия образования экзогенных месторождений

Ключевые слова: Месторождения выветривания. Остаточные месторождения. Профиля выветривания. Россыпи. Осадочные, вулканогенно-осадочные и гидротермально-осадочные месторождения. Черные и белые курильщики

Экзогенные месторождения формируются на поверхности и близ поверхности Земли из продуктов физического, химического и биохимического преобразования ранее существовавших горных пород и органического вещества.

Месторождения выветривания возникают у поверхности Земли (кора выветривания) из горных пород, оказавшихся неустойчивыми в конкретных термодинамических, гео- и биохимических условиях. На формирование месторождений выветривания большое влияние оказывает ландшафт. Температура, влажность, рельеф и состав минерального субстрата определяют видовой состав микроорганизмов и растительности. Под воздействием воды, кислорода, углекислоты, неорганических и органических кислот, а также организмов горные породы разрушаются, преобразуясь, например, из агрегатов сложных силикатов в оксиды и гидроксиды. Часть вновь образованных соединений растворяется и выносится грунтовыми водами, и переотлагаясь на некоторой глубине от поверхности Земли образует инфильтрационные месторождения выветривания (урана, меди, серы). Трудно растворимая часть накапливается у поверхности Земли, образуя остаточные месторождения выветривания (никеля, железа, марганца, боксита, магнезита, каолина). Время формирования 100-метровой коры выветривания оценивается в 1 млн. лет.

В корах выветривания выделяют сорбционный, окислительно-восстановительный, кислотно-щелочной, механический и испарительный геохимические, а также гравитационный барьеры. На окислительном барьере могут накапливаться минералы содержащие Fe, Mn, Cu, V, Se, Ce; на восстановительном барьере минералы U, Cu, V; на сорбционном U, Li и редкие металлов; на испарительном барьере могут накапливаться природные соли, минералы содержащие уран и ванадий. При гравитационном разделении концентрируются золото, МПГ, касситерит и др. тяжелые устойчивые к выветриванию минералы.

Коре выветривания свойственна геохимическая зональность, выраженная характерным для каждой зоны комплексом минералов. В верхней зоне происходит интенсивное окисление, выщелачивание и гидролиз минеральных компонентов, концентрируются минералы устойчивые в кислой среде. В нижней зоне идет гидратация, и концентрируются минералы устойчивые в щелочной среде. В зависимости от состава исходных пород и действующих факторов формируются три основных профиля коры выветривания: гидрослюдистый, глинистый и латеритный.

Гидрослюдистый профиль возникает при гидролизе силикатных минералов, без выноса кремнезема и мало рудопродуктивен. Из пород богатых кремнеземом образуются гидрослюды (например, глауконит), гидрохлорит и др.

Глинистый профиль возникает при разложении алюмосиликатов с частичным выщелачиванием кремнезема и соединений металлов. С этим профилем коры выветривания связаны залежи каолинов и др. глин.

Латеритный профиль самый рудопродуктивный. Характеризуется интенсивным выносом кремнезёма и оснований Na, К, Ca, Mg и накоплением оксидов Al, Fe и Ni. Залежи бурых железняков и бокситов могут образоваться также и при осаждении из суспензий или коллоидных растворов в прибрежной зоне озер и морей.

Залежи полезных ископаемых, сформировавшиеся в процессе осадконакопления, образуют осадочные месторождения. По месту образования они разделяются на речные, болотные, озёрные, морские и океанические; платформенных и складчатых областей. По характеру осадконакопления в группе осадочных месторождений выделяют: механические, химические, биохимические и вулканогенно-осадочные. Физико-химические и геологические условия формирования осадочных месторождений связаны с общим ходом формирования осадочных горных пород. Осадочные месторождения часто залегают согласно с вмещающими их породами, обычно занимают строго определённое стратиграфическое положение и имеют форму пластов или линз. При тектонических движениях они деформируются и приобретают более сложные очертания. Отдельные пласты протягиваются на десятки км, а их мощность достигает 500 м (соли Верхнекамского месторождения). В составе осадочных месторождений встречаются: 1) минералы устойчивые при выветривании (кварц, рутил, иногда полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.); 2) продукты химического выветривания (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, опал, гидроксиды Fe и Mn и др.); 3) осадочные новообразования (карбонаты, минеральные соли, фосфаты, рудные и кремнистые минералы, торф и др.).

При выветривании коренных МПИ или горных пород с незначительным содержанием ценных минералов могут возникнуть рыхлые или сцементированные полигенные механические отложения, содержащие ценные минералы в масштабах, допускающих их экономически выгодное извлечение - россыпи. Россыпи образуют устойчивые к переносу и выветриванию минералы (алмаз, золото, платина, касситерит, монацит, рубин, сапфир, ильменит, циркон, янтарь и др.) в массе обломочных пород. В строении наиболее распространённых типов россыпей выделяют следующие основные части: торфа - верхняя толща, обычно пустая или с низким содержанием ценных компонентов; пески - продуктивные отложения, содержащие ценные компоненты в промышленных количествах и плотик - породы, подстилающие пески россыпей. Протяженность россыпей может достигать несколько км, при ширине и мощности до нескольких десятков м. Россыпи накапливаются в прибрежной зоне океанов, морей и озёр, на склонах долин, руслах рек, на месте эродированных возвышенностей.

Физико-механические параметры и степень гидрофильности¹⁵ россыпеобразующих минералов определяют дальность переноса от коренного источника минеральных зерен с размерами допускающими промышленное извлечение. Установлена следующая дальность переноса в водной среде (км): шеелит 0,5; вольфрамит 2,5; касситерит 6; платина 8; золото 10; самарскит (редкоземельный оксид) 20; лопарит и нефрит 200; алмаз, ильменит, циркон, монацит, рутил – сотни км.

Осадочными являются все месторождения угля и горючих сланцев, некоторые месторождения руд железа, марганца и алюминия, а также цветных и редких металлов (U, Cu, V и др.), месторождения строительных материалов (гравия, песков, глин, известняков, мела, доломита, мергеля, гипса и др.), ископаемых солей, фосфоритов.

Вулканогенно-осадочные и гидротермально-осадочные месторождения. МПИ, возникающие при поступлении в водные бассейны термальных вод и минеральных продуктов, образующихся при извержениях вулканов и осаждении вещества в форме пластов и желваков. Вулканогенно-осадочные месторождения сложены крупными пластовыми залежами силикатных, карбонатных, оксидных и гидроксидных руд железа и марганца, а также сульфидами железа, меди, цинка, иногда свинца, а также барита и гипса. Возможно, вулканогенно-осадочными являются некоторые месторождения бокситов и фосфоритов, залегающие среди лав, пеплов и кремнистых пород, перемежающихся с нормальными морскими отложениями. Встречающиеся на дне океанов скопления железомарганцевых конкреций, с примесью кобальта, никеля, молибдена и других металлов, вероятно, также образовались из продуктов подводных извержений вулканов.

Термальные источники на дне морей, выводящие из недр Земли водород, углекислый газ, тонкодисперсные сульфиды, сульфаты и оксиды и имеющие обычно черный цвет называются «черными курильщиками». Реже встречаются «белые курильщики». Рядом с выходом гидротерм мощность отложений сульфидов и др. специфических соединений может достигать десятков метров. Формирование вулканогенно-осадочных и гидротермально-осадочных залежей полезных ископаемых происходит и в современных условиях.