kl_geol_pol_iskop_050706

РОССЫПНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Общие сведения

Месторождения россыпей формируются вследствие концентрации ценных минералов среди обломочных отложений, возникающих в процессе разрушения и переотложения вещества горных пород и коренных месторождений полезных ископаемых у поверхности Земли. Их образование связано с физическим и химическим выветриванием.

На месте разрушения коренных источников возникают элювиальные россыпи. При смещении выветрелого и дезинтегрированного материала по склону формируются делювиальные россыпи. Его накопление у подножья склонов может привести к образованию пролювиальных россыпей. Перемываемый реками обломочный материал служит основой для образования речных, или аллювиальных, россыпей. Вынесенный в водоемы он образует вдоль берегов озер, морей и океанов прибрежные, или литоральные, россыпи. В результате ледниковой деятельности могут возникнуть ледниковые, или гляциальные, россыпи, а в результате деятельности ветра — эоловые россыпи.

Таким образом, в группе россыпных месторождений выделяются следующие классы: 1) элювиальный, 2) делювиальный, 3) пролювиальный, 4) аллювиальный, разделяющийся на подклассы — косовой, русловой, долинный, дельтовый и террасовый, 5) литоральный, 6) гляциальный, 7) эоловый.

По времени образования россыпи могут быть как юночетвертичными, или современными, так и древними, или ископаемыми.

По условиям залегания они могут быть открытыми или погребенными под толщей осадков, сформировавшихся после образования пород, вмещающих россыпь.

По форме залежей среди россыпных месторождений выделяются плащевые, пластовые, линзовидные, ленточные, шнурковые и гнездовые разновидности.

Вроссыпях концентрируются минералы, для которых характерны три признака: 1) высокая плотность, 2) химическая устойчивость в зоне окисления,

3)физическая прочность.

Всоответствии с этим среди ценных минералов россыпей находятся (в скобках указана плотность, г/см3): золото (19-16), платина (19-14), киноварь (8), колумбит, танталит (8-5), вольфрамит (7), касситерит (7), шеелит (6), монацит (5), магнетит (5), ильменит (5-4), циркон (4,5), корунд (4), рутил (4),

гранат (6-4), топаз (6-3,5), алмаз (3,5).

По составу ценных минералов россыпи бывают однообразные, с одним ценным минералом и комплексные (с несколькими ценными минералами).

Коренные источники ценных минералов россыпей разделяются на три категории: 1) коренные месторождения полезных ископаемых, 2) рассеянные, в том числе акцессорные минералы горных пород, 3) древние россыпи.

За счет разрушения коренных месторождений возникают россыпи золота, платины, алмазов, касситерита, вольфрамита, колумбита, киновари, особенно характерные для делювиальных и аллювиальных месторождений. При концентрации акцессориев образуются главным образом россыпи монацита, ильменита, рутила, циркона, граната, магнетита, наиболее характерные для литоральных месторождений.

Из россыпей получают около половины мировой добычи алмазов, титана, вольфрама и олова; в прошлом извлекали существенное количество золота и платины, добыча которых из россыпей в настоящее время снизилась до 10-20 % мирового уровня. Кроме того, из россыпей добывали танталит, колумбит, пирохлор, монацит, магнетит, гранат, горный хрусталь, барит, корунд, киноварь, янтарь.

Элювиальные россыпи

Элювиальные россыпи — это продукт разрушения коренных источников, непосредственно перекрывающих их выходы на земную поверхность. Среди них выделяются россыпи необогащенные и обогащенные. Первые представляют собой развалы вещества полезного ископаемого среди обломочного покрова вмещающих пород. Вторые образуются вследствие частичного вымывания «пустых» пород дождевыми водами.

Практическое значение элювиальных россыпей небольшое. Среди них можно отметить россыпи золота, алмазов Южной Африки, бадделиита Бразилии, касситерит-колумбитовые россыпи Мазайзии и Индонезии.

Делювиальные россыпи

Делювиальные россыпи формируются при сортировке обломочного материала в процессе оползания его по склону. При этом выделяется верхняя зона интенсивного выветривания и дезинтеграции горных пород, питающая россыпь обломочным материалом. Ниже по склону располагается зона преимущественного сноса этого материала. В самом низу размещается зона замедленного смещения обломочной массы и ее накопления. Смещение обломочной массы по склону происходит под влиянием силы тяжести и зависит от угла склона, мощности осыпи, размеров обломков, их формы и плотности, коэффициента трения, а также таких факторов, как колебание температуры в течение года и суток, определяющих промерзание и оттаивание, воздействие снеговых масс и явлений солифлюкции. По мере продвижения вниз по склону тяжелые обломки с ценными минералами сепарируются в продольных ложбинах и россыпь разбивается на струи.

Среди делювиальных россыпей известны существенные месторождения золота и алмазов Африки, касситерита и вольфрамита, корунда в Казахстане, валунчатых железных руд Урала.

Пролювиальные россыпи

Пролювиальные россыпи находятся среди рыхлых отложений, накапливающихся у подножья гор вследствие смывания временными потоками

обломочного материала их склонов. Для них характерны конусы выноса, которые могут слиться в непрерывную полосу, окаймляющую подошву гор, называемую пролювиальным шлейфом. Обломочный материал пролювиальных шлейфов слабо окатан и плохо сортирован, что не способствует широкому развитию россыпных месторождений. Они встречаются редко, как, например, пролювиальные россыпи алмазов Африки и монацита Сибири.

Аллювиальные россыпи

Подразделение и строение

Вклассе аллювиальных россыпей выделяются подклассы: косовой, русловой, долинный, террасовый и дельтовый.

Косовые россыпи приурочены к прирусловым отмелям и косам. Формируются в речных отложениях высокой воды, распределяясь в виде частых, но мелких скоплений тонкозернистых минералов в верхней части песков и галечников. Они подвержены легкому размыву, могут сформироваться

водно лето и полностью смыться в следующий паводковый сезон. Практическое значение невелико.

Дельтовые россыпи относятся к переходным от речных к прибрежным. В дельтовой фации аллювия иногда накапливается тяжелая фракция ценных минералов, обычно в виде мелких спорадических струй тонкозернистого состава. К ним, например, относятся дельтовые россыпи касситерита в устьях рек Юго-Восточной Азии, погруженные под уровень океана вследствие опускания его берегов.

Русловые, долинные и террасовые россыпи приурочены к основанию аллювиальных отложений соответствующих элементов речных систем.

Впоперечном сечении аллювиальных россыпей выделяются: 1) плотик, 2) пески, или пласт, 3) торфа, 4) почвенный слой.

Плотик бывает коренной и ложный. Коренной плотик сложен коренными породами дна речной долины, состав и строение которых имеет огромное значение в формировании россыпей. Различают четыре разновидности коренных плотиков: 1) ровный и гладкий, 2) волнистый, 3) карстовый, 4) ребристый. Ложный плотик подстилает верхние залежи сложных россыпей. Обычно ложный плотик представлен пластом плотной глины, находящимся в породах кровли, расположенных ниже основных золотоносных песков.

Пески состоят из валунно-галечных отложений, содержащих в качестве связующей массы ту или иную примесь песчаного и глинистого материала. В них концентрируется основная масса тяжелых минеральных частиц, образуя так называемый «пласт».

Торфа представляют собой песчано-глинистые осадки, иногда с линзами галечника, обедненные тяжелыми минералами и слагающие породы кровли «пласта».

Распределение ценных минералов Аллювиальные россыпи могут начинаться непосредственно от коренного

источника, когда в речные отложения поступает хорошо гранулированный материал глубоко проработанной коры выветривания. При формировании

россыпи за счет перемалывания крупнообломочного материала речным потоком и освобождения ценных минералов на некотором этапе их пробега россыпные месторождения не причленяются непосредственно к коренному источнику.

От вершины, или головы, россыпь вытягивается вниз по течению реки на разное расстояние в зависимости от гидрологического режима, богатства коренного источника, глубины его эрозионного среза и зависания зерен и сростков минералов в речном потоке.

Ценные минералы почти никогда не распределены в пласте равномерно. В соответствии с неравномерным струйчатым распределением скоростей в турбулентном речном потоке фракции аллювия, в том числе и фракция ценных минералов, выполняют ложе реки в виде прерывистых продольных узких полос, обусловливая струйчатый характер скоплений ценных минералов в россыпях.

Аллювиальные месторождения по степени выдержанности продуктивного горизонта и распределению в нем ценных минералов принято разделять на хорошо выдержанные, выдержанные и невыдержанные.

Хорошо выдержанные россыпные месторождения характеризуются более или менее равномерным распределением ценного минерала, относительно постоянной мощностью пласта и сравнительно ровным плотиком с незначительным уклоном. Продуктивный горизонт (пески) по литологическому составу отчетливо ограничивается от вышележащих осадков (торфов). К этому типу относятся русловые, долинные и террасовые россыпи крупных рек с хорошо разработанной долиной.

Выдержанные по ширине и длине россыпные месторождения с менее равномерной концентрацией ценных минералов обычно характеризуются неровным плотиком с крутым уклоном. Пласт по литологическому составу не всегда отличается от вышележащих осадков и оконтуривается по данным опробования шурфов и скважин. Зерна ценного минерала окатаны в различной степени, встречаются самородки и сростки. К этому типу принадлежат россыпи средних размеров речных долин и ключей.

Невыдержанные россыпи отличаются прерывистым, гнездовым распределением ценного минерала, иногда образующего богатые локальные скопления. Плотик россыпи обладает крутым падением, обычно неровный, с промоинами. Пласт или отдельные гнезда ценных минералов намечаются только опробованием при разведке и окончательно оконтуриваются во время эксплуатации. Зерна ценных минералов неравновеликие, обычны сростки с другими минералами, местами встречаются самородки, иногда крупные. К этому типу принадлежат россыпи мелких ключей, логов и распадков, а также большинство элювиальных и делювиальных россыпей.

Среди аллювиальных россыпей известны различные, в том числе крупные месторождения. Известны также крупные аллювиальные месторождения платины, алмазов, олова и вольфрама.

Условия образования Перенос обломочного материала рекой начинается при достижении

некоторой скорости течения воды. При малых скоростях течения донные обломки находятся в покое. Максимальная скорость, при которой не происходит перемещения обломков по дну реки, называется «непередвигающей» скоростью. При ее превышении начинается вибрация обломков на дне реки и их отрыв от подстилающих осадков, что определяет «критическую скорость отрыва». При дальнейшем нарастании скорости потока возникает «передвигающая» скорость, обусловливающая перемещение донных осадков вниз по течению и их сортировку.

Скорость течения рек испытывает как вековые, так и сезонные колебания, обусловливая многократное перемещение аллювия. Вековые изменения скорости связаны с изменением базиса эрозии реки, при котором скорость течения реки возрастает и затем, по мере развития эрозионного цикла, медленно падает. При сезонных колебаниях скорость течения в паводок значительно выше, чем в межень. Наибольшее количество обломочного материала переносится при паводках, несмотря на их кратковременность.

Все это приводит к неравномерному распределению речных осадков на дне реки по массе и размеру.

Скорость течения меняется с изменением живого сечения потока и уклона реки. Все это создает условия для дифференцированного переноса и осаждения различных фракций аллювия.

Истирание обломков приводит к отбору аллювиальных фракций не только по их размеру и плотности, но и по их механической прочности.

Для каждого минерала существует наименьший критический размер частиц, по достижении которого их окатывание и износ практически прекращаются. Критический размер зерен минералов с плотностью 3-4 г/см3 достигает 0,12-0,15 мм, а для кварца и близких к нему по плотности минералов увеличивается до 0,2-0,25 мм.

Концентрация ценных минералов Этот процесс осуществляется в участках торможения речных потоков. По

поводу условий накопления ценных минералов в аллювиальных осадках и образования речных россыпей существуют три гипотезы.

Первая гипотеза рассматривает условия формирования речных россыпей с учетом механизма сальтации аллювиальных частиц в потоке. При этом механизме легкие и мелкие частицы нерудных минералов будут отрываться от дна реки выше, чем тяжелые и крупные, сноситься дальше последних, позволяя им накапливаться в остатке, образуя россыпное месторождение.

Вторая гипотеза, разбивавшаяся Ю. Билибиным, определяет возникновение россыпей дифференцированным движением аллювиальной массы в придонном активном слое. При таком движении будет происходить отставание тяжелых частиц ценных минералов от более быстро сносимых мелких и легких породных частиц, приводя к формированию в задерживающейся фракции аллювиальной россыпи.

Третья гипотеза, высказанная Н. Шило, связывает условия возникновения речных россыпей с первоначальным переносом тяжелых ценных минералов в сростках с легкими минералами и отложением ценных минералов при разрушении сростков.

Геоморфология и тектоника Россыпи, приуроченные к различным геоморфологическим элементам

речных долин, каскадом спускаются от водораздела к руслу реки. Формирование всех этих субклассов россыпных месторождений связано с

эрозионной деятельностью реки, вырабатывающей свои равновесные продольный и поперечный профили. Эрозионный цикл распадается на три стадии: 1) раннюю, или юную, 2) среднюю, или зрелую, 3) позднюю, или дряхлую.

Вюную стадию при крайне неравновесном продольном профиле реки происходит в основном интенсивное углубление ее русла. Река течет в порожистых и водопадистых ущельях, имеет крутой уклон и быстрое течение, пропиливающее ее русло. В эту стадию преобладает снос продуктов размыва, неблагоприятный для образования россыпей.

Взрелую стадию осуществляется разработка речной долины при преобладающей боковой эрозии. В реке происходит сортировка обломочного материала и накопление ценных минералов в его основании. Эти условия оптимальны для создания речных россыпных месторождений.

Впозднюю стадию, с выработанным профилем реки эрозионная деятельность предельно снижается, и формирование речных россыпей практически прекращается.

При повторяющихся эрозионных циклах происходит переработка речных отложений предшествующего цикла вместе с заключенными в них россыпями, приводящая обычно к выносу значительной массы «пустых» осадков и обогащению вновь возникающих россыпей ценными материалами. Таким способом образуются наиболее значительные аллювиальные россыпи.

Выработка продольного равновесного профиля реки начинается от ее устья и постепенно распространяется к истокам. При этом разные части речной системы оказываются в различных стадиях эрозионного цикла. В соответствии с этим в бассейнах рек выделяются четыре геоморфологические зоны (снизу вверх): 1) зрелых долин текущего цикла, 2) расширения долин, 3) углубления долин, 4) зрелых долин предшествующего цикла.

Наиболее продуктивна зона расширения долин с наличием в ней всех подклассов россыпных месторождений. В зоне углубления долин первоочередной интерес представляют террасовые россыпи. Зоны зрелых долин текущего цикла могут содержать большие, но убогие россыпи, зоны зрелых долин предшествующего цикла обычно заключают небольшие, но часто богатые скопления ценных минералов.

Для создания и сохранения россыпей имеют значение тектонические движения, предшествующие, сопровождающие и последующие по отношению

ко времени их образования. Во всех случаях важны перемещения крупных блоков по разломам.

Во время, предшествующее созданию россыпей, по таким разломам выдвигаются блоки пород и коренных месторождений, подставляющие свои бока выветриванию, разрушению, размыву, сносу и являющиеся источником обломочных масс с заключенными в них россыпями. В процессе формирования аллювиальных россыпей крупноблоковые тектонические перемещения обновляют базисы местной и генеральной эрозии, создавая условия для повторных циклов эрозионной деятельности, вследствие чего формируются богатые россыпи, возникающие от многократного перемыва речных осадков.

С высоко выдвинутых после образования россыпей тектонических блоков россыпи могут быть полностью удалены денудацией, а в низко просевших блоках — перекрыты мощными толщами молодых осадков и запечатаны на глубине.

Литоральные россыпи

Литоральные, или прибрежные морские и океанические, россыпи отличаются следующими особенностями:

-они располагаются узкой полосой между линиями прилива и отлива, а в закрытых бассейнах, где не наблюдается приливов и отливов, в зоне прибоя;

-для них наиболее типичны россыпи рутила, ильменита, циркона, т.е. акцессорных минералов горных пород; реже встречаются россыпи касситерита

иалмазов, совсем редко — золота и платины; содержание типичных минералов в этих россыпях значительно выше, чем в аллювиальных, и достигает десятков процентов;

-им свойственны хорошо отсортированные, равномернозернистые, обычно тонкозернистые, хорошо окатанные скопления ценных минералов;

-протяженность таких россыпей может быть очень большой, достигать десятков и даже сотен километров, но мощность пластов, обогащенных ценными минералами, измеряется всего лишь сантиметрами и десятками сантиметров, редко превышая 1 м;

-россыпи этого класса обычно залегают в самой верхней части песчаных отложений побережья и реже бывают перекрыты маломощным слоем песка в

0,5-1,25 м;

-в продольном направлении россыпи имеют форму струй, а в поперечном разрезе — форму узких линз, постепенно выклинивающихся в сторону суши и моря;

-с ними местами тесно связаны эоловые россыпи прибрежных дюн. Литоральные россыпи формируются при сносе разложенных масс горных

пород с берегов. Наиболее благоприятная обстановка для их образования возникает, когда берега сложены комплексами древних гранитогнейсов, насыщенных пегматитами, с развитой корой выветривания. Главная масса выветрелых пород сносится в море или океан прибрежными реками. Затем их легкая глинистая фракция выносится вдаль от берега, а тяжелые ценные минералы накапливаются близ побережья. Продольными прибрежными

течениями они вытягиваются от устья рек вдоль берега. Затем под воздействием приливно-отливных волн выбрасываются на пляж и оседая формируют прибрежные россыпи. Механизм формирования прибрежных россыпей определяется тем, что волна, наступающая на берег, способна выносить тяжелые частицы, а отступающая волна, утратившая значительную долю энергии, сносит с берега только легкую фракцию. В остатке накапливается тяжелая фракция, образующая прибрежную россыпь.

Среди литоральных россыпей различают современные и древние, или ископаемые, месторождения. Месторождения современных прибрежных россыпей расположены вдоль берегов Австралии, Новой Зеландии, Индонезии, Индии, Шри-Ланка, Африки, Южной и Северной Америки. Среди ископаемых известны третичные, мезозойские и палеозойские россыпные месторождения ильменита, рутила, циркона на Украине, на Урале, в Сибири, на Тимане и в других местах.

Прибрежные россыпи бывают значительных размеров. Заасы богатых песков этих россыпей достигают десятков миллионов тонн, запасы тяжелых минералов местами оцениваются в несколько миллионов тонн.

ОСАДОЧНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Общие сведения

Осадочными называются месторождения полезных ископаемых, возникшие в процессе осадконакопления на дне водоемов. По месту образования они разделяются на речные, болотные, озерные и морские; среди последних различают платформенные и геосинклинальные.

Тела полезных ископаемых этой группы имеют сингенетичный характер, залегают согласно с вмещающими их осадочными породами и обычно занимают строго определенную стратиграфическую позицию. Они имеют форму пластов, иногда расщепляющихся, и плоских линз, которые вследствие метаморфизма и тектонических движений могут быть деформированы и приобрести более сложные очертания. Среди них известны и современные, но наиболее распространены древние ископаемые образования.

Осадочные месторождения, особенно морские, как правило, обладают крупными размерами. Отдельные их пласты протягиваются на десятки километров и более; мощность пластов может быть различной — от 0,5 м (угли Донецкого бассейна) до 500 м (соли Соликамска).

Осадочные месторождения полезных ископаемых имеют огромное промышленное значение. Среди них известны крупные месторождения строительных материалов (гравий, песок, глина, сланцы, известняк, мел, доломит, мергель, цементное сырье, гипс, яшма, трепел), ископаемых солей, фосфоритов, руд железа, марганца и алюминия, а также некоторых цветных, редких и благородных металлов (уран, медь, ванадий, серебро и др.); к ним принадлежат все месторождения горючих ископаемых — уголь, горючие сланцы, нефть и горючий газ.

Группа месторождений полезных ископаемых осадочного генезиса разделяется на четыре класса: механических, химических, биохимических и вулканогенных образований. Вулканогенно-осадочные месторождения рассмотрены ранее на примере колчеданных образований.

Механические осадочные месторождения

Типичными представителями механических, или обломочных, осадочных месторождений служат месторождения гравия, песка и глины. Они различаются по крупности слагающих их зерен.

Месторождения гравия Среди гравийных месторождений различаются образования: 1)

временных горных потоков и конусов выноса, 2) отложения рек, 3) отложения ледников (зандры, озы, камы и камовые террасы), 4) прибрежные морские и озерные.

Месторождения песка По условиям образования пески разделяются на: 1) элювиальные, 2)

делювиальные, 3) пролювиальные, 4) аллювиальные, 5) флювиогляциальные, 6) озерные, 7) морские и океанические, 8) эоловые. Наибольшее практическое значение имеют аллювиальные, озерные и морские пески. По составу среди

песков выделяются мономинеральные (олигомиктовые) и полиминеральные (полимиктовые) разности. Распространены юночетвертичные и древнечетвертичные пески, известны месторождения песков третичного, мезозойского и палеозойского возраста.

Месторождения глин По условиям образования выделяются месторождения: 1) кор

выветривания, 2) делювиальные, 3) аллювиальные, 4) озерные, 5) морские, 6) ледниковые, 7) лёссовые. Главные глинообразующие минералы: каолинит, галлуазит, монтмориллонит, пирофиллит, аллофан и гидрослюды; кроме того, в состав глин входят разные оксиды и гидроксиды, а также примесь неразложенных породообразующих минералов (кварц, полевые шпаты и др.). При содержании песка в количестве 50-60 % порода называется суглинком, а в количестве более 80 % - супесью.

Распространены глины четвертичные, третичные, известны мезозойские и палеозойские месторождения.

Химические осадочные месторождения

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

Месторождения солей Галогенные, или эвапоритовые, месторождения минеральных солей

состоят из хлоридов и сульфатов натрия, калия, магния и кальция с примесью бромидов, йодидов, боратов.

По условиям образования выделяются: 1) природные рассолы современных соляных бассейнов, 2) залежи солей современных бассейнов, 3) соляные подземные воды, 4) ископаемые или древние залежи солей.

Природные рассолы и залежи современных бассейнов приурочены к депрессиям морских побережий и континентальных впадин. В первом случае они формируются в лагунах морей при выпаривании воды в условиях сухого и жаркого климата с образованием лиманов, сивашей и прибрежных соляных озер. Их примерами могут служить Данузлав в Крыму, Сиваш у Азовского моря, Кора-Богаз-Гол у Каспийского моря, Джаксыклыч у Аральского моря.

Во втором случае они возникают в плоских бессточных котловинах сухих и жарких областей при систематическом выпаривании поступающих в них поверхностных и подземных вод. Они известны в Волго-Урало-Эмбенском районе, в Западно-Сибирской и Туркменской низменностях и в других местах.

Соляные подземные воды образуются при фильтрации подземных вод по породам, содержащим в своем составе различные соли.

Ископаемые залежи минеральных солей формировались в обстановке аридного климата в процессе испарения относительно изолированных лагун и палеоморей.

В среднем содержание солей в воде современного Мирового океана равно 3,5 %, или 35 г на 1 кг воды, повышаясь в морях с затрудненным водообменом