kl_geol_pol_iskop_050706

Рудные поля контролируются центрами тектонической активности. Месторождения внутриколчеданных полей приурочены к центру или

склонам вулканических поднятий (куполов).

Рудные тела – контролируются локальными разломами или образуют согласные залежи с вмещающими породами. Образуется комбинация секущих и согласных тел.

Геологический возраст

Месторождения формировались в ранние стадии всех тектонических циклов.

1.Архейский цикл (Канада, США, Австралия, Карелия).

2.Протерозой (полярный Урал, Прибайкалье, Сев. Тянь-Шань и др.).

3.Каледонские (Бурятия, Зап. Саян, Канада, Иран и др.).

4.Герцинские (Урал, Рудный Алтай, Средняя Азия, США, Испания).

5.Киммерийские (Кавказ, Якутия, Албания и др.).

6.Альпийские (Кавказ, Турция, Греция и др.).

Физико-химические условия образования

Концепция А.Заварицкого, Т.Ватанабе, В.Смирнова, Г.Щербы и др. о гидрометрально-осадочном колчеданных руд.

1)поствулканические гидротермальные растворы, проходя сквозь колонну вулканогенно-осадочных пород, гидротермально изменяя их, образуя гидротермально-метасоматические прожилково-вкрапленные руды.

2)при достижений дна бассейна происходило осаждение рудного вещества с образованием пластовых гидротермально-осадочных руд.

Соотношение изотопов О и Н в газово-жидких включениях рудных минералов соответствует изотопам морской воды.

Источники серы, металлов – прямой, магматический.

Глубина, давление и температура Давление. Вулканогенно-осадочные руды отлагались при относительно

низком давлении (на глубине столба морской воды – 500м – 5МПа). Гидротермально-метасоматические руды формировались при большом давлении.

Температура.

Для гидротермально-осадочных руд: у поверхности воды: 100С; На глубине 100м – 180С; На глубине 200м – 215С; На глубине 200м – 365С.

Для гидротермально-метасоматических руд – 200-500С; Зона кварцитов (с турмалином, корундом, топазом) – 450-350С; Зона кварц-серицитовых пород – 300-200С; Зона хлоритизированных пород – 250-200С; Зона коалинизированных пород – 200-100С.

Характер рудообразующих растворов. На глубине воды 500м, давление равно 5МПа при Т от 500 до 220-275С – рудообразующий раствор будет газообразным, а ниже этой Т – жидким.

Этапы рудообразования

Всего выделяется 3 этапа:

1)Предрудный этап – определяется высокотемпературными кислыми газовыми растворами, по физико-химическим свойствам близкими к современным вулканическим процессам. Образуется метасоматическая колонка из 3 зон: кварцитовая, серицитовая, хлоритовая.

Соответственно сменяется Т от 450 до 200С, рН от 4-5 до 6-8.

2)Колчеданный этап. Происходит массовое отложение сульфидов (пирит, реже – пирротин и марказит).

3)Рудный этап. Гидротермальные растворы были без серы, но содержали цветные металлы в форме хлоридов и комплексных ионов. Они реагировали с сернистыми соединениями второго этапа, образуя колчеданнополиметаллические рудные тела (Рудный Алтай).

Классификация месторождений

Выделяется 3 типа месторождений.

1. Вулканогенные гидротермально-осадочные.

Форма - согласные пластовые залежи массивных руд (Урал, Рудный Алтай, Большой Кавказ и др.). В основании рудных залежей преобладают серноколчеданные руды, переходящие выше в пирит-халькопиритовые, а затем вгаленит-сфалеритовые.

Руды образовались в результате отложения сульфидного вещества из поствулканических растворов на дне моря.

2. Вулканогенные гидротермально-метасоматические.

Образуют зоны прожилково-вкрапленных руд среди туфов, лав и субвулканических пород. Рудные тела образовались в результате замещения вулканогенных пород под воздействием паров и газов (месторождения Малого Кавказа).

Но в частом виде эти месторождения встречаются редко.

3. Комбинированные гидротермально-метасоматически-осадочные месторождения.

В контурах рудных тел объединяются гидротермально-осадочные и гидротермально-метасоматические руды.

Пример: Гайское месторождения на Урале.

На путях подъема гидротермальной магмы образуются гидротермальнометасоматические руды, а наверху на дне морского дна формировались богатые гидротермально-осадочные руды.

МЕСТОРОЖДЕНИЯ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Общая характеристика

Месторождения могут образоваться двумя способами:

1)растворение и вынос породной горной массы и концентрация полезного ископаемого (остаточные);

2)растворение водами полезных компонентов и переотложение их в нижней части коры выветривания (инфильтрационные).

Форма рудных тел: площадная; линейная; карстовая. Месторождения могут быть переотложенными и преобразованными. Переотложенные – смещение рыхлой массы вниз по сколону.

Преобразованные - при дополнительном привносе (инфильтрации) соединений, не входящих в состав первоначальных продуктов разложения.

Месторождения могут быть открытыми и погребенными.

Процессы выветривания

Основными агентами выветривания являются вода, кислород, углекислота, различные кислоты, колебания температуры.

Вода – главный агент выветривания:

1)растворение, перенос и отложение химических элементов в коре;

2)разложение породообразующих минералов пород;

3)регулирование физико-химической обстановки среды (рН – кислотности, щелочности, ЕН – окислительно-восстановительный потенциал, химический состав растворов).

Главный источник Н2О – атмосферные осадки.

Кислород играет большую роль при окислении (О - атмосферы, растворенный в воде и О - минеральных соединений).

Углекислота - активно участвует в процессах окисления и превращает некоторые силикаты в кислородные соединения.

Кислоты (неорганические и органические) способствуют разложению горных пород.

Микроорганизмы (бактерии) также участвуют в преобразовании горных

пород (выделяют О и СО2), выборочно концентрируют элементы и др.). Температура (+20°-20°С). Более интенсивное разложение происходит при

более высокой Т.

Окисление происходит под воздействием кислорода, воды, углекислоты и минеральных кислот. Минералы материнской породы переходят в более устойчивые окисные формы. Часть из них (труднорастворимые) накапливаются

востатке (оксиды и гидрооксиды Fе, Mn, Al и др.).

Гидратация - процесс, при котором вода может войти в решетку минералов (гидроксильная вода) или в каналы решетки минералов (цеолитная вода). Процессы гидратации имеют большое значение для поведения Fe, Al, Mn и др.

Гидролиз - определяется обменной реакцией между основаниями минералов вмещающих пород и водородными ионами диссоциированной воды.

Разрушаются силикаты, образуются глинистые минералы. За счет вытеснения катионов накапливаются оксиды и гидрооксиды (Al, Si, Fe, Mn).

Диализ - диффузионные удаление из глины металлических катионов (до образования "чистых глин"). При этом подвижность элементов различна. Б.Полынов и А. Перельман вывели ряды миграции элементов:

1)Энергично выносимые Cl, Br, I, S;

2)Легко выносимые Ca, Na, K, F;

3)Подвижные SiO2, P, Mn, Сo, Ni, Cu;

4)Инертные Fe, Al, Ti

Профили выветривания

Выделяются 3 профиля выветривания:

1.Гидрослюдистый (насыщенный сиалитный) – изменение силикатов при гидролизном и гидратном изменении пород (без существенной миграции

SiO2) - гидрослюды, гидрохлориты, бейделлит и монтмориллонит. Месторождения практически не образуются.

2.Глинистый – (насыщенный сиалитный) отличается незначительным

дефицитом SiO2. Типоморфные минералы: каолин, нонтронит, галлуазит, кварц (Месторождения глин и каолина).

3.Латеритный (алитный) - происходит полное разрешение связей между

Al2O3 и SiO2.

Типоморфные минералы: гиббсит, гётит, лимонит и др. (Связаны остаточные месторождения).

Геологические условия образования

Климат (температура и количество осадков).

При жарком и влажном климате – оптимальные условия для кор выветривания.

Среднее и регулярное впадение осадков - наиболее благоприятное (тропики).

Состав разлагаемых пород:

1)ультра основные и основные породы легко образуют коры выветривания. Формируются месторождения Fe (бурый железняк), Ni (силикатные руды), бокситы.

2)кислые породы преобразуются медленнее. В верхней зоне накапливаются глины или бокситы.

Тектонические явления (после образования месторождений):

-в приподнятых блоках месторождения разрушаются;

-в нисходящих блоках формируются погребенные месторождения;

-стабильные блоки (месторождения сохраняются под небольшим чехлом рыхлых отложений).

Рельеф местности.

-высокогорный рельеф неблагоприятен для развития кор;

-равнинный рельеф также мало благоприятен, т.к. высокий уровень грунтовых вод;

- среднегорный холмистый рельеф наиболее благоприятен (просачивание атмосферных осадков).

Уровень грунтовых вод.

Месторождения развиваются вниз от древней поверхности выравнивания до уровня грунтовых вод.

Месторождения кор выветривания формировались длительное время (до 15-20мл). Они известны в архее, протерозое. Широко развиты девонские, докаменноугольные и каменноугольные коры, а также мезозойские и альпийского времени.

Классификация месторождений

Остаточные месторождения

Месторождения силикатных никелевых руд Связаны с корами выветривания серпентинитов (по дунитам и

перидотитам), сформированных в тропическом и субтропическом климате мезозойского и четвертичного времени (Южный Урал, Бразилия, Новая Каледония, Индонезия и др.).

Месторождения Южного Урала образовались в корах выветривания серпентинитов в обстановке жаркого субтропического климата. Аподунитовые и апоперидотитовые серпентиниты состоят в основном из хризотила и антигорита.

Никель в породах находится в оливине и ромбическом пироксене, при выветривании переходит в серпентин.

Зональность коры выветривания (сверху вниз):

1)остаточные продукты выветривания мощностью до 6м, сложенные гидроксидами железа (зона охр);

2)зона незавершенного выветривания при гидратации и гидролизе, сложенная в основном нонтронитом, феррибейделлитом и ферримонтмориллонитом (нонтронитовая зона), мощность 4-12м;

3)полуразрушенного и выщелоченного серпентинита (мощностью 5- 25м), обогащенного вторичными никелевыми минералами (гарниерит, ревдинскит, айдырлит и др).

Содержание Ni рудах коры выветривания 0,5-1% (среднее 1%);

Содержание Со (0,03-0,07%).

Месторождения бурых железняков

При выветривании серпентинитов происходит также концентрация Fe. Остаточные месторождения бурых железняков содержат примесь Ni, Mn, Cr и имеют название «природно-легированные руды». Известны на Урале, Северном Кавказе, Кубе.

Месторождения марганца Образуются при выветриваний пород, содержащих минералы марганца

низших валентностей (карбонаты, силикаты, безводные оксиды). Они преобразуются в гидрооксиды Mn+4 (псиломелан, вернадит).

Последние переходят в безводный пиролюзит. Концентрация Мn увеличивается до десятков % (Куба, Индия и др.).

Месторождения бокситов (площадные и карстовые).

Площадные (латеритные) образуются при выветривании глиноземсодержащих коренных пород в условиях жаркого и влажного тропического и субтропического климата. Происходит вынос Na, K, Si и накопление в остатке Аl.

Месторождения Индии, Бразилии, Африки, США и др. Карстовые бокситы выполняют воронки карбонатных пород.

Последние заполняются нерастворимыми глинистыми и железистыми остатками, которые затем преобразуются в массу глин и железистых бокситов. Известны в Испании, Фракции, Африке и др., а также на Урале, Казахстане.

Содержание Аl2O3 более 50%.

Основные минералы: бёмит, гиббсит, гидраргиллит, диаспор. Месторождения каолинов (с ильменитом и цирконом).

Формируются в коре выветривания кислых и щелочных гранитных пород.

Месторождения апатита и барита Образуются при выветривании известняков.

Месторождения золота, олова, тантала, ниобия, редких земель образуются при концентрации этих металлов в остаточных глинах коры выветривания.

Инфильтрационные месторождения

К инфильтрационным принадлежат месторождения урана, меди, железа,

серы.

Месторождения урана Труднорастворимые четырехвалентные соединения урана, свойственные

глубинным уровням земной коры, в коре выветривания окисляются и переходят в легкорастворимые шестивалентные соединения. Большая часть урана при этом выносится грунтовыми водами нередко на значительное расстояние, за пределы источников выщелачивания и переотлагается с образованием инфильтрационных месторождений

Переотложение происходит на геохимических барьерах (А. Перельман) механического и физико-химического характера. Механические барьеры обусловлены торможением в движении грунтовых вод (водонепроницаемые экраны), а физико-химические барьеры связаны с резким изменением химической обстановки, особенно щелочно-кислотных и окислительновосстановительных условий.

В состав инфильтрационных урановых руд входят: вторичные оксиды урана (урановая чернь), силикаты урана (уранофан, казолит и др.), известковые слюдки (отенит), медно-урановые слюдки (торбернит, цейнерит) и другие оксидные производные урана. Урановые месторождения выветривания

известны среди конгломератов, песчаников, углей и битуминозных пород палеозоя, мезозоя и кайнозоя.

Месторождения меди Медные руды в пластах красноцветных песчаников представляют собой

продукты инфильтрационного переотложения из пород, содержащих рассеянную медь, или из разрушающихся при выветривании коренных медных месторождений.

Месторождения железа Эти месторождения, в основном карбоната железа (сидерита),

рассматриваются как продукты инфильтрационного взаимодействия грунтовых железосодержащих вод с пластами проницаемых карбонатных пород, по которым они протекали.

Месторождения серы Формирование залежей самородной серы происходит под воздействием

углеводородов, фильтрующихся сквозь массы гипса и ангидрита. При этом сульфаты восстанавливаются, преобразуясь в карбонаты и самородную серу по реакции:

Кора выветривания месторождений полезных ископаемых

Тела полезных ископаемых вблизи земной поверхности подвергаются химическому и физическому выветриванию, изменяющему их минеральный, химический состав и концентрацию в них ценных компонентов. Приповерхностное изменение тел полезных ископаемых связано с тем, что минералы, слагающие вещество полезного ископаемого, попадая в обстановку высокого кислородного потенциала близ поверхности земли, оказываются в ней неустойчивыми и подвергаются разложению. При этом образуются новые соединения, часть которых сохраняется на месте, другая часть мигрирует и переотлагается поблизости, а третья часть выносится за пределы рудных залежей и рассеивается.

Наиболее радикальное изменение при выветривании претерпевает большая часть сульфидных рудных тел, а также некоторых пластов углей, залежей соли и серы.

При оценке промышленного значения рудных месторождений по их измененным выходам на поверхности земли должны быть получены ответы на следующие вопросы: 1) месторождение какого металла или металлов представляет данный выход, 2) каков возможный состав его первичных руд, 3) как увязывается содержание металлов на выходе с содержанием их на глубине в зоне первичных руд.

Для разрешения этих вопросов изучаются: 1) остаточные (неизмененные) минералы, 2) типоморфные вторичные минералы, 3) индикаторные текстуры лимонитов зоны окисления (железной шляпы).

Остаточное первичные минералы в виде отдельных зерен и скоплений нередко обнаруживаются даже в очень интенсивно измененных приповерхностных частях рудных тел. Типоморфными называются вторичные минералы измененной зоны рудного тела, по наличию которых оценивается

присутствие того или иного металла в первичной руде. Индикаторная текстура лимонитов представляет собой пористый скелет, образованный тонкими переплетающимися перепонками кремнистого лимонита и выполненный рыхлыми вторичными минералами. Его строение консервирует структуру первичных минералов и позволяет определять их нахождение в первичной руде. Существенную помощь в оценке интенсивно разложенных выходов рудных тел могут оказать различные микрореакции и спектральный анализ образцов.

Кора выветривания рудных месторождений

По степени устойчивости и по характеру изменения главных рудообразующих минералов в верхней, окисляющейся части рудных тел металлические месторождения можно разбить на четыре группы:

1)	неизменяющиеся или слабо изменяющиеся,
2)	с изменением минерального	состава	без выноса	металла,
3)	с изменением минерального	состава	и выносом	металла,

4) с накоплением металлов.

Первая группа – охватывает месторождения таких металлов, главные рудообразующие минералы которых практически устойчивы в зоне окисления. К этой группе принадлежат месторождения оксидных и гидроксидных руд железа и марганца, бокситов, хромита, олова (касситерита), вольфрама, ртути, золота в кварцевых жилах, платины.

Вторая группа – включает месторождения таких металлов, главные рудообразующие минералы которых, являясь неустойчивыми в зоне окисления, заменяются вторичными устойчивыми минералами. К этой группе относятся месторождения карбонатных руд железа и марганца, свинца, мышьяка, висмута, сурьмы, отчасти титана (ильменит).

В верхних, окисленных частях рудных тел этих месторождений происходит изменение минерального состава главных рудообразующих минералов, но сохраняется содержание металла.

Третья группа – состоит из месторождений таких металлов, в которых в зоне окисления происходит изменение минерального состава руд и возможен вынос металлов. К этой группе принадлежат месторождения цинка, меди, урана, никеля, кобальта, молибдена, золота в сульфидной руде, бора эндогенных месторождений.

Четвертая группа – отличается тем, что в зоне окисления ее месторождений накапливаются металлы, отсутствующие в первичной руде. Это происходит с молибденом в форме вульфенита Рb[МоО4] и с ванадием в виде ванадинита Рb5Сl[UО4]3, концентрирующихся в зоне окисления свинцовой руды, сложенной церусситом и англезитом. Такая концентрация обусловлена длительной циркуляцией грунтовых вод с кларковым содержанием молибдена и ванадия, высаживаемых при соединении их со свинцом.

Зона вторичного обогащения рудных месторождений

Зона вторичного обогащения формируется близ уровня грунтовых вод при переотложении части металла, выщелоченного из зоны окисления. Здесь происходит отложение вторичных минералов, как бы цементирующих другие

рудообразующие минералы, в связи, с чем эту зону также называют зоной цементации. Для возникновения зоны вторичного обогащения необходимо, чтобы в зоне окисления получились легкорастворимые соединения, чтобы они не реагировали с осадителями вмещающих пород, чтобы они при переходе из окислительной и кислотной верхней части рудных тел в щелочную среду из нижней части выпадали в осадок. Этим требованиям отвечают месторождения меди, урана, серебра и золота в сульфидной руде, иногда никеля.

Кора выветривания нерудных месторождений

По степени устойчивости в зоне выветривания нерудные месторождения полезных ископаемых могут быть разделены на три группы: 1) не изменяющиеся, 2) слабо изменяющиеся, 3) изменяющиеся.

Первая группа — практически не изменяющиеся в коре выветривания, включает месторождения алмазов, горного хрусталя, драгоценных камней, гранатов, корунда, алунита, диатомита, трепела, песков, гравия, кварцитов и др. Породы, их заключающие, могут претерпевать приповерхностное изменение, но ценные минералы остаются неприкосновенными.

Вторая группа — слабо изменяющиеся в коре выветривания нерудные месторождения, охватывает пегматиты, асбест, различные карбонатные и силикатные породы, глины. Близ земной поверхности у этих месторождений происходит некоторое обогащение обычно глинистыми минералами, гидроксидами железа и марганца.

Третья группа — заметно изменяющиеся в коре выветривания нерудные месторождения, может быть проиллюстрирована на примере углей, серы и солей.

Механические изменения тел полезных ископаемых

К механическим осложнениям тел полезных ископаемых у их выходов на земную поверхность относятся: изменение элементов залегания, уменьшение и увеличение их мощности.

Изменение элементов залегания тел полезных ископаемых может произойти на склонах долин, особенно в горных условиях, при которых пластовые, жильные и прочие плоские залежи у выхода их на поверхность земли способны изгибаться вниз по склону.

Уменьшение мощности связано с выщелачиванием растворимого материала из верхней части тела полезных ископаемых и сближением пород висячего бока с породами лежачего бока. При интенсивном выщелачивании на месте тела полезного ископаемого может сохраниться лишь тонкий шов.

Увеличение мощности тел полезных ископаемых близ поверхности земли может произойти за счет увеличения объема вещества полезного ископаемого при его окислении. При этом избыток материала выжимается из рудной полости и, расползаясь по склону, создает гипертрофированное представление

оразмерах рудной залежи.

Всвязи с процессами выветривания усложняются детали рельефа участков месторождений полезных ископаемых. Могут возникнуть как положительные, так и отрицательные детали микрорельефа. Положительные

формы создаются при выветривании устойчивых тел полезных ископаемых, залегающих среди менее устойчивых пород. Их примером могут быть гребни кварцевых жил, возвышающиеся над местностью на 0,5-1 и даже 2-3 м. Отрицательные формы рельефа возникают в связи с проседанием верхней части легкоокисляющихся тел полезных ископаемых при их выветривании.