6.3.3.Химические осадочные месторождения

Среди хемогенных осадочных месторождений различают образованные из истинных растворов, к которым принадлежат соли, гипс, ангидрит, бораты, барит, и месторождения руд железа, марганца, алюминия, а также некоторых цветных и редких металлов, возникшие из коллоидных растворов.

Соли. Галогенные, или эвапоритовые, месторождения минеральных солей состоят из хлоридов и сульфатов натрия, калия, магния, и кальция, с примесью бромидов, йодидов, боратов. Галит — главный компонент большинства залежей солей. Почти во всех из них в том или ином количестве содержатся ангидрит или гипс, а также примесь карбонатно-глинистого материала. Содержание остальных минералов колеблется в широких пределах в зависимости от условий образования соляных месторождений. По условиям образования выделяются: 1) природные рассолы современных соляных бассейнов, 2) соляные подземные воды, 3) залежи минеральных солей современных бассейнов, 4) ископаемые, или древние залежи минеральных солей.

Современное солеобразование совершается в бассейнах двух типов: 1) связанных с морем или питающихся морской водой, 2) континентальных, питающихся водами суши.

Соленосные бассейны морских побережий возникают вследствие колебательных движений земной коры. При опускании пониженных прибрежных участков они заливаются морской водой; в дальнейшем такие участки отшнуровываются от моря барами, пересыпями, косами, с образованием лиманов, лагун, сивашей и прибрежных озер. В условиях сухого и жаркого климата, при ограниченном притоке воды, полностью компенсируемом испарением, с течением времени они осолоняются и превращаются в соляные и солеродные бассейны. Такие соленосные бассейны известны на Крымском побережье Черного моря (Данузлав), на побережье Азовского моря (Сиваш), у берегов Каспийското моря (Кара-Багаз-Гол), Аральского моря (Джаксыкльгч).

Континентальные соляные озера возникают в плоских бессточных котловинах сухих и жарких областей, при систематическом выпаривании поступающих в них поверхностных и подземных вод. Они известны в Западно-Сибирской и Туркменской низменностях, в Волго-Урало-Эмбенском районе, а также в Монголии, Центральном Иране, Малой Азии, Северной и Южной Америке, Восточной Африке, Австралии.

Бор. Некоторые соляные месторождения содержат бор в виде рассеянного калиборита. В зоне выветривания борные соединения растворяются, переотлагаются и накапливаются в гипсовой шляпе в виде разнообразных боратов — ашарита, гидроборацита, улексита и др.

Барий. Барий переносится поверхностными водами в виде легкорастворимого хлористого бария. При соприкосновении с содержащей сернокислый ион морской водой он выпадает, образуя стяжения, локальные скопления и сплошные пластовые массы барита среди морских, обычно карбонатных осадков. К ним принадлежит месторождение Мегген в ФРГ и месторождения желвакового барита в бассейне Миссури в США.

Литий. В рассолах некоторых соляных озер накапливается литий; в озере Сильвер Пик, США, его содержание составляет 0,04%, а запасы 3,5 млн. т.

В соляных водах некоторых озер сосредоточены бром и йод.

Руды железа, марганца и алюминия. Осадочные месторождения железа, марганца и бокситы формируются из суспензий и коллоидных растворов на дне водных бассейнов в сходных геологических условиях и поэтому рассматриваются совместно. Перенос соединений этих металлов осуществляется реками и грунтовыми водами и происходит в форме тонких взвесей, коллоидных и истинных растворов.

Источник материала для этих месторождений — континентальная кора выветривания, продукты разложения которой сносятся поверхностными и грунтовыми водами. Максимальное количество железа мобилизуется при разложении основных пород с высоким содержанием этого металла. Для накопления бокситов, наоборот, наиболее благоприятны кислые породы, а для марганца — толщи пород с повышенным против среднего количеством марганца.

Отложение соединений всех трех металлов происходит в прибрежной зоне озер и морей, главным образом под воздействием электролитов, растворенных в водах этих водоемов, коагулирующих коллоиды металлических соединений и переводящих их в осадок. Поэтому в природе достаточно часто встречаются железо-марганцевые и железо-алюминиевые осадочные месторождения. На крайних флангах этого ряда находятся алюминий и марганец, обычно совместно не встречающиеся.

Месторождения железа имеют форму пластов, эллиптически вытянутых линз, пластообразных залежей и гнезд. Размеры их достигают крупных величин — в длину отдельные пласты протягиваются на десятки, а их свиты на сотни километров; ширина их несколько километров, а мощность — десятки метров. Примером таких железорудных залежей могут служить тела Керченского бассейна, выполняющие отдельные мульды.

По минеральному составу руды осадочных месторождений железа разделяются на три группы: окисные, карбонатные и силикатные. Окисные руды бурых железняков состоят в основном из лимонита, гидрогетита, гетита, гематита, иногда магнетита с примесью других минералов. Основным рудообразующим минералом карбонатных руд является сидерит. В состав силикатных руд входят железистые хлориты типа шамозита и тюрингита.

Месторождения марганца, так же как и железа, имеют форму пластов, пластообразных и линзовидных залежей (рис. 306). Размеры их обычно несколько меньше железорудных, но все же достигают длины нескольких километров, ширины нескольких сот метров и мощности до 20 м. По минеральному составу руд среди осадочных и метаморфизованных осадочных марганцевых месторождений выделяют гидроокисные, окисные, карбонатные и силикатные образования.

Гидроокисные руды состоят из псиломелана, пиролюзита, лимонита, глинистых минералов и опала. В состав окисных руд входит, кроме того, в качестве ведущего минерала манганит. Карбонатные руды состоят из родохрозита, манганокальцита, опала, марказита, пирита, глауконита, барита.

Месторождения марганца и железа на дне современных океанов выявлены океанографическими экспедициями разных стран. Грандиозные запасы их руд сосредоточены в железомарганцевых конкрециях выстилающих крупные площади дна Тихого, Атлантического и Индийского океанов, а также содержащихся в подстилающих их рыхлых отложениях. Конкреции, плиты и корки имеют поперечник от десятых долей сантиметра до нескольких метров. Главными рудными минералами конкреций являются вернадит, псиломелан, гидрогетит и монтмориллонит; присутствуют пиролюзит, тодорокит, бернессит, вудраффит, рамсделлит, гетит, филлипсит, халцедон, хлорит.

Средний состав конкреций (в %): Мn 20(40—8%); Fе 16(26— 2,5%); Со 0,33 (2,5—0,2%); Ni 0,6 (2—0,2%.); Сu 0,35 (1,6 — 0,03%); Рb 0,35—0,2; Zn 0,08—0,4; Аg 0,0003.

Основная масса конкреций сосредоточена в пелагических отложениях, характеризующихся минимальными скоростями седиментации. В центральных частях полей конкреций, среди радиоляриевых илов, наблюдается повышение содержаний марганца, никеля и меди, обусловливающее горизонтальную зональность в распределении металлов.

Запасы железо-марганцевых конкреций в придонной части Мирового океана на 2—4 порядка выше суммарных запасов, учтенных во всех месторождениях железа и марганца на земном шаре.

По поводу источника железа и марганца океанических конкреций существуют шесть главных точек зрения:

1) континентальный снос и последующее осаждение на дне океана;

2) биологическая экстракция отмирающим животным миром океана;

3) химическое осаждение из вод океана;

4) подводное разложение океанической водой богатых железом и марганцем вулканических пород основного состава;

5) поступление из подводных вулканических газов и гидротерм;

6) комбинированные образование из разных источников.

Месторождения алюминия (боксит) разделяются на три группы:; 1) остаточные, или латеритные, 2) осадочные платформенные, 3) осадочные геосинклинальные.

К остаточным месторождениям латеритной коры выветривания принадлежат бокситы Воронежской антеклизы, Украинского щита, Тиманского и Енисейского кряжа в СССР, Бразилии, США, Западной Африки, Индии, Индонезии, Австралии, Гаити. Среди осадочных платформенных различаются бокситы древних и молодых платформ, а по условиям нахождения месторождения склонов (делювиально-пролювиальные), долин (аллювиальные), котловин и карстовые. К ним принадлежат палеозойские месторождения Северо-Онежской, Тихвинской и Южно-Тиманской групп на Русской платформе, Чадобецкой и Приангарской группы на Сибирской платформе, мезозойские месторождения Северного Казахстана и Тургая, а также Арканзаса в США, Австралии, Индии и других стран. Геосинклинальные месторождения представлены Северо-Уральской, Южно-Уральской, Салаирской группой и Боксонским месторождением Восточного Саяна, мощным поясом Средиземноморской бокситовой провинции (Венгрия, Югославия, Франция, Греция, Турция и др.), месторождениями Ямайки, Гаити и др.

Залежи бокситов имеют форму пластов, линз, лентовидную и гнездообразную. Они достигают длины и ширины нескольких километров при мощности до первых десятков метров. Для многих из них характерна сложная, раскарстованная поверхность почвы залежей. По структуре различают метасоматические бобовые, бобово-оолитовые, брекчиевые, песчаниковые и афанитовые бокситы. Они бывают каменистые, плотные, кавернозные и рыхлые. В состав боксита входят: 1) глинозем, преимущественно свободный, 2) окислы железа, преимущественно в форме гематита, гидрогематита, гетита и гидрогетита, 3) кремнезем, связанный главным образом с каолинитом, реже с галлуазитом и хлоритом, 4) окислы титана.

По минеральным формам обособления глинозема различают две главные разновидности бокситов: 1) моногидратную (одноводную), состоящую из бемита или его кристаллической разновидности — диаспора А1₂О₃-Н₂О; 2) тригидратную (триводную), состоящую из гиббсита А1₂О₃-ЗН₂О.

Руды цветных и редких металлов. Реальными месторождениями цветных и редких металлов осадочного генезиса представляются месторождения урана, меди, ванадия, молибдена, стронция, германия. Подавляющая часть минеральной массы этих месторождений формировалась при концентрации в осадке металлических веществ отмирающих морских организмов, а также вследствие процессов сорбции и реакций окисления-восстановления в среде осадка. Они приурочены в основной массе к четырем группам осадочных пород: 1) так называемым черным сланцам битуминозной формации ранней стадии геосинклинального развития, встречающимися также среди платформенных образований, 2) фосфорсодержащим породам, 3) пестроцветным отложениям поздней стадии геосинклинального развития, 4) обломочным толщам делювиально-пролювиальных фаций предгорных условий посторогенной стадии.

Черные сланцы содержат рассеянную вкрапленность сульфидов железа, меди, молибдена, окислов урана и ванадия, иногда достигающую промышленной концентрации; кроме того, в их состав входят никель, хром, титан, кобальт, цинк, свинец, серебро, золото, цирконий, лантан, скандий, бериллий, торий и другие элементы.

Ураноносные углеродсодержащие черные сланцы известны среди осадков –протерозойских, рифейских, каледонских, герцинских, киммерийских и альпийских геосинклиналей. Первичная концентрация урана в них очень низкая и составляет тысячные — сотые доли процента. Однако огромные массы ураноносных черных сланцев нередко сосредоточивают грандиозные запасы урана. Так, например, запасы урана в толще девонских сланцев формации Чаттануга в США оцениваются в 5 млн. т при содержании металла всего лишь 0,066%. Уран в них находится в форме уран-органических комплексов, сорбированных ионов и изоморфного замещения кальция в коллофане.

Примером месторождения меди может служить Мансфельд в Германии.

Примером месторождений ванадия являются кембрийские металлоносные углеводородисто-кремнисто-глинистые сланцы в Казахстане. Протяженные пласты этих пород обладают тонкой ритмичной текстурой, определяемой чередованием халцедон-кварцевых, глинистых и органических прослойков. Они отличаются повышенным содержанием ванадия, а также бария, стронция, хрома, молибдена, ре-ния, свинца и серебра.

Фосфорсодержащие породы часто содержат повышенное количество урана, местами сопровождаемого ванадием, серебром, свинцом, хромом, молибденом и другими элементами. Хорошо известным примером их является фосфоритовый пояс Скалистых гор формации Фосфория пермского возраста в США. Этот пояс протягивается на 1500 км при мощности фосфорсодержащей ураноносной формации от 100 до 300 м. Крупные размеры пояса даже при очень убогом содержании урана в сотые и тысячные доли процента обеспечили накопление в пределах формации Фосфория 600 тыс. т урана.

Пестроцветные отложения содержат осадочные месторождения меди, урана и стронция. Их примером, согласно М.Рубо, могут служить ураноносные пестроцветные толщи пород пермо-карбона и пермо–триаса Восточных Альп и Центрального плато Франции. Первичная рудная минерализация локализуется в серо-зеленых пачках, сформированных в восстановительных условиях и разделенных пластами красного цвета, свидетельствующих о режиме окисления. На фоне обширных площадей убогого оруденения пестроцветных толщ местами возникают локальные скопления богатых руд, обусловленные перегруппировкой рудных минералов при позднейшем воздействии пластовых вод.

Осадочные месторождения меди формировались среди континентальных, подводных дельтовых, лагунных и заливно-морских фаций при смене аридного климата гумидным. По направлению от берега к открытому морю в них наблюдается обогащение вначале свинцом, а затем цинком.

Осадочные месторождения германия связаны с повышенным содержанием этого элемента в золе некоторых углей.

Предположительно осадочные и вулканогенно-осадочные месторождения вольфрама (шеелита) и олова (касситерита) установлены в докембрийских комплексах Швеции, Австрии, Франции, Турции, ГДР и СССР. Предположительно к вулканогенно-осадочным относятся месторождения серебра типа Сильвер Риф в США.