Проблема рудоотложения

Другой трудный вопрос – о механизме рудоотложения, - о способах переноса марганца и усло­виях его осаждения в определенных участках литорали и мелководного шельфа.

Господствовавшее в по­следние 100 лет предположение о прямой связи рудообразования с мор­скими трансгрессиями не отве­чает на целый ряд частных вопросов:

• почему, например, хадумская трансгрессия сопровождалась образованием Никопольского и Болше­токмакского месторождений, а все другие (меловые, палеоценовая, эоценовая) – нет?

• каким образом трансгрессия приносит рудное вещество с валовым содержанием марганца до 2,5–3 т/м²на одни (локальные) участки затопляе­мого побережья, а все другие оказываются безруд­ными?

• как случилось, что линзы порошковатых хемогенных руд перемежаются и даже расклинива­ются плохо сортированными осадками мелковод­ного шельфа? - Каков механизм совмещения дис­перс­ных химиче­ских осадков с грубообломочными отложениями прибрежной зоны?

• чем, наконец, объяснить явно противоположное направление течения вод “рудоносной” транс­грес­сии тому направлению, что определенно уста­новлено по закономерной смене литофаций, грану­лометрического состава рудных отложений, а также по морфологии продуктивных залежей, тек­стурам руд и строению конкреций?

Отсутствие ответов на множество подобных вопросов и неоспоримые доказательства переноса руд­ного вещества вместе с терригенным материа­лом по на­правлению от побережья к батиали Чер­ного моря послужили Н.М. Страхову основанием для разработки теории диагенеза рудных отложе­ний дельт рек, согласно кото­рой выносимый реками с Азово-Подольской суши (которой в олигоцене не существовало) концен­три­рованный до 10 мг/л раствор бикарбоната марганца в окислительной среде морской воды существовать не может (27, с. 314), поскольку “...нормальное содержа­ние О₂в морском бассейне в макси­мальной степени изгоняет марганец из наддонной воды и способствует его аккумуляции в осадке” (28, с.92). И поэтому “Столь пересыщенные рудные растворы быстро окисля­лись, а возник­шие гели осаждались на дно ...” (28, с. 381) в четырехвалент­ной форме гидроксида мар­ганца (27, с. 312).

По этому поводу Е.А. Соколова справедливо заметила, что “...насыщенность речных вод О₂(а зна­чит, и окисленность среды) всегда выше, чем в любом морском бассейне. Это значит, что дельто­вая зона реки не могла служить окислительным барьером для водорастворенного марганца (кроме того, раствори­мость его соединений пресной воде крайне незначительна)” (24, с. 77).

Позд­нее Н.М. Страхов заменил пероксид на двухвалентный псиломелан-вад (28, с.381), остав­ляя в расчетах хи­миче­ских реакций все же четы­рехвалентную форму (28, с.385), которая в качестве сильного окисли­теля создает более удобные стартовые условия для развития теории диагенеза.

По его теории первичный осадок псиломелана в результате действия собственных “запасов реду­ци­ента” (Mn ⁴⁺, 28, с. 386) преобразовывался в кар­бонат путем “диффузионногонатягиваниякаль­ция и магния из наддонной воды в иловую” (28, с. 389), а затем “в результате энергичного диаге­не­тического перераспределения марганца истягиванияего в рудные линзы...” (28, с.298) проис­хо­дило “облагораживание руды …благодаря интенсивному латеральному перемещению мар­ганца из более тонкозернистых глинисто-алевритовых осадков авандельты в пески подводной части дельты. В данном случае месторождение возникло в первоначально пустых породах за счет по­ступле­ния мар­ганца со стороны, из соседнего участка” (28, с. 389).

Завершалось формирование ме­сто­рождений в зоне гипергенеза, где по Н.М. Страхову происхо­дило “... подтягиваниемарганца в окисленную зону за счет миграции из зоны карбонатной в пер­вые моменты развития гипергенных про­цессов” (28, с. 324).

Теория диагенетического “подтягивания” марганца из карбонатной зоны в грубозернистые пески ли­торали была использована Е.А. Соколовой и др. (25) для интерпретации особенностей геоло­гиче­ского строения Мангышлакского месторождения, в процессе которой из трех достоверных фак­тов авторам удалось сделать четыре противоречащих этим фактам вывода.

Факты:

1) “исключительная” приуроченность окисных руд к пачке бескарбонатных дельтовых песчани­ков,

2) наличие фациальной зональности и постепенного перехода от окисных руд близ Каратауских ост­ровов - к карбонатным по латерали некомпенси­рованной Чакырганской впадины,

3) выклинивание рудных отложений с наиболее богатыми окисными рудами при приближении к Кара­таускому антиклинорию, где они "среза­ются" глинами среднего олигоцена до подстилающих карбо­натных отложений эоцена, а далее на север эти глины перекрывают полный разрез мезо­зоя.

Выводы:

1) “Таким образом, на Мангышлакском месторождении первичная рудная зональность отсутст­вует и появление окисных марганцевых руд связыва­ется с постепенным окислением их карбонатных разно­стей” (25, с. 243);

2) “ ...исходные карбонатные руды имеют постседиментационную (позднедиагенетическую или эпиге­нетическую) природу (там же);

3) “В данном случае эти песчаники играли роль своего рода коллектора, способствующего осажде­нию и накоплению соединений марганца” (там же).

4) “Весьма вероятно, что имело место удачное сочетание двух факторов, способствующих рудообра­зованию - наличие резко локализованного среди глин тела песчаников и открывающейся в эти породы приразломной зоны, способствующей миграции растворов” (там же).

В свою очередь, Е.А. Соколова одобрила работу А.А. Шаркова, который объясняет генезис описан­ных А.Г. Бетехтиным осадочных месторожде­ний марганца Зианчуринской группы тем, "... что основные компоненты руд привносились в бассейн седиментации гидротермальными растворами из эндоген­ного источника, вероятнее всего вулканического очага, который располагался вне преде­лов рас­сматривае­мого района. Поступление раство­ров, обогащенных рудным веществом, происхо­дило им­пуль­сивно, на что указывает ритмичное строение рудных пластов.

Анализ фактических данных позволяет сделать вывод о том, что Мурадымовский разлом явля­ется ру­до­контролирующим, в пределах которого в раннекаменноугольное время находился источник марганце­вого вещества. Прямых признаков, указывающих на вулканическую деятельность в период формирования марганцевого оруденения, в Зианчуринском районе не установлено. Тем не менее, при­ве­денные данные позволяют отно­сить руды серегуловского горизонта к вулканогенно-осадоч­ным об­разованиям.

В настоящее время мы связываем происхождение марганцевых руд с вулканиче­ской деятельно­стью и считаем, что основные компоненты их постав­лялись гидротермаль­ными раство­рами в мор­ской бассейн из вулканического очага на завершающей стадии его деятельности” (31, с. 203).

Реакция Ученого совета ВИМС на эту работу также примечательна (выписка из протокола № 13 от 27.05.87):

“... При обсуждении были заданы вопросы:

В.А. Блинов: Чем объясняется такой большой разрыв марганценосных эпох нижнего карбона и ниж­ней перми?

Ответ: Периодами активизации вулканической деятельности.

“... А.Е. Лисицын: Есть ли вулканические аппараты в районе исследований?

Ответ: В пределах изученного района нет.

Ф.Э. Апельцин: А в других районах есть?

Ответ: Да.

“... В.А. Блинов: В изученном районе вы выделяете инфильтрационные руды. Какова их при­рода?

Ответ: Окисленные марганцевые руды образовались по первичным карбонатным рудам в зоне ги­пер­ге­неза.

... Г.С. Момджи: Вы сказали, что вулканические постройки имеются в Магнитогорском синклино­рии, но они отделены от Зианчуринского района хребтом Урал-Тау и не могли служить поставщиком мар­ганца?

Ответ: Я не говорил, что вулканические аппараты Магнитогорского синклинория служили поставщи­ком рудного вещества, но указал лишь местона­хождение ближайших вулканических аппара­тов, существо­вавших в раннекаменноугольное время.

... При обсуждении отчета выступили:

Г.С. Момджи: ... Работа А.А. Шаркова по существу является его второй кандидатской диссерта­цией, так как он выполнил ее сам. Такие крупные темы должны быть обеспечены кадрами... Необхо­димо отме­тить, что ни в передовом прогибе, ни в миогеосинклинальной зоне вулканические процессы не развива­ются. Что касается гидротермальной деятельности, то постинтрузив­ный цикл надо исклю­чить, так как нет и признаков интрузий. Но если это процессы гидротер­мально-инфильтра­цион­ные, то не должно быть такой четкой стратиграфической приуроченно­сти рудных тел к одному уровню. Таким образом, с источником марганца очень сложно. За такую работу надо да­вать отличную оценку...” (31, с. 230-235).

Описанные выше примеры современного толкования генезиса месторождений марганцевых руд на­глядно иллюстрируют неудовлетворенность последователей Н.М. Страхова его теорией диагенеза рудных осадков. В поисках иных источников металла оказыва­ется отвергнутым и справедли­вое заме­чание Н.М. Страхова о том, что “Влияние гидротерм и эксгаля­ций очень мало и едва ощутимо, со­ставляя в лучшем случае немногие проценты от общего со­держания элемента в осадке” (28, с. 115), хотя этот вывод подтверждается исследованиями НИИ океанологии АН СССР:

"1. В бассейне Атлантического океана процессы современного вулканизма проявляются весьма ак­тивно. Здесь насчитывается около 60 (?) дейст­вующих вулканов, многие из них поставляют не только твер­дые (лавы, пепел), но и жидкие и газообразные продукты.

2. В областях отложения пирокластики и лав в Атлантическом океане заметных скоплений ка­ких-либо металлов, а также вулканогенно-хемоген­ных кремнистых пород не обнаружено.

3. Гидротермы и горячие источники Исландии, несмотря на их большое количество, не постав­ляют сколько-нибудь заметных количеств металлов на поверхность..." (8, с. 165).

Впрочем, помня о белых и черных “курильщиках”, с Е.М. Емельяновым также нельзя безогово­рочно соглашаться.

Относительно гипотезы вулканогенно-осадочного происхождения промышленных концентраций мар­ганцевых руд нужно заметить, что вольное использование терминологии допускает различ­ное по­нимание процесса:

1). Формирование месторождения по прямой схеме “извержение-садка”. Такое понимание про­цесса рудообразования вряд ли может быть обосно­вано присутствием вулканического аппарата, расче­тами ба­ланса количеств излившегося металла и запасов марганца в рудах месторожде­ния, а также подсче­тами баланса рудного и нерудного компонентов в продуктах извержения; потребуется объяснить отсутствие марганца в жерло­вых фациях и пирокластике.

Кроме того, подкоровое происхож­дение мар­ганца необходимо обосновать присутствием специфи­ческих “эндогенных” компо­нентов, причем нужно доказать, что они принадлежат первич­ным марганцеворудным "излияниям”, а не сорбировались руд­ным коагелем из водной среды в про­цессе седиментации.

Достоверный вулкано­генно-осадочный про­цесс необходимо описать уравнениями в ионной форме с учетом термоди­намических и физико-хими­ческих условий вулканизма и седиментогенеза, об­ращая особое внимание на механизм сепарации (очищения) марганца от элементов-спутников, с которыми, как отме­чал В.И. Вернадский “... он так свя­зан повсюду в других его нахождениях” (3, с. 91). Нужно также доказать, что вулканический (или гид­ротермальный) процесс прямо связан с фор­мированием промышленных концентраций марганцевых руд, а не только с появлением убогих спе­цифических обра­зований, представляющих минералогический интерес.

Взвешивая роли собственно-вулканического и осадочного факторов, нужно учитывать, что марган­це­вый вулканизм, каким бы специализирован­ным он ни был, не может обеспечить того однообра­зия состава руд и общности стратиграфического положения, которые наблюдаются в груп­пах месторождений, образующих марганцеворудные бассейны. Наблюдаемые в действительности сход­ство минерального состава и совместное нахожде­ние месторождений в узких стратиграфиче­ских интерва­лах на обширных пространствах Причерноморской впадины, Магнитогор­ского синклино­рия, Ворогов­ского прогиба или Джаильминской депрессии можно объяснить только общно­стью водной среды в которой (или из которой) фор­мировалась каждая данная группа месторож­де­ний.

До тех пор, пока прямое влияние вулканизма на формирование месторождений не будет бес­спорно обосновано, вулканогенно-осадочный процесс нужно рассматривать как нормально-осадоч­ный, происхо­дящий в геосинклинальных зонах с более или менее интенсивными проявлениями вулка­низма.

2). Другое понимание вулканогенно-осадочного процесса, при котором вулканизм рассматрива­ется в качестве отдаленного по времени и в пространстве источника металла для формируемого место­рожде­ния не имеет практического смысла, поскольку отличие вулканогенно-осадочных место­ро­жде­ний от собственно-осадочных будет состоять лишь в количестве приме­сей вулка­ногенных ком­по­нентов в рудах. В доста­точно широких временных интервалах все вещество земной коры при таком понимании вулканизма можно считать вулканогенно-осадоч­ным или эндогенным.

Роль собственно-вулканогенного фактора в гипотетичном “вулканогенно-осадочном” марганце­вом ру­догенезе традиционно преувеличивалась из-за незнания источников металла, однако после от­кры­тия В.В. Мокиевской (1961), Д.Г. Сапожниковым (23) и Б.А. Скопинцевым (15) более достовер­ного, естественного и емкого по запасам источника марганца в сероводородной котловине Черного моря, ну­жда в эндогенных поставщи­ках металла и вовсе отпала.

Вообще-то в последние десятилетия отечественная геология успешно находит источники руд­ного ве­щества почти каждому плохо изученному месторождению (рис 1).

Гипотетичные эндогенные источники (вулканы, разломы, рифты, линеаменты, гидротермы) ввиду не­предсказуемости своего появления, активиза­ции и специализации (сегодня – марганец, завтра – медь или что-то еще) полностью освобождают исследова­телей от необходимости обоснования своих генетических построений, допускают безответ­ст­венный прогноз и не требуют осмысления рудного процесса.

Роль вулканизма в марганцеворудном процессе, по-видимому, мало отличается от его же роли в гало­генезе, по поводу чего А.А. Иванов, обосновав­ший существование подготовительных бассейнов при образовании соляных месторождений, заметил, что “Неумение отличить наблюдае­мые факты от допу­щений, предположений и рассуждений породило представление у некоторых... о верхней ман­тии Земли как об универсальном мага­зине...” (9, с. 227).

Предположение Д.Г. Сапожникова о переносе рудного вещества из зон аноксий глубоководных впа­дин посредством апвеллинга оказалась чрезвы­чайно перспективным, поскольку оно полностью сни­мает проблему источника металла и разрешает целый ряд вопросов о характере переслаива­ния хемогенного и терригенного компонентов в рудах. К сожалению, механизм апвеллинга не отвечает на те же самые вопросы, с кото­рыми сталкивается гипотеза трансгрессивно-осадочного происхожде­ния ме­сторождений марганца (рис. 1), - в частности, почему тяжелые сероводородные воды перемеща­ются от батиали к побережью, тогда как прямыми наблюдениями в карьерах Марганецкого ГОКа установ­лено противо­положное течение воды – от суши в море?

Трансгрессия (a) или апвеллинг (b) как вторжение марганецсодержащих вод в прибрежные заливы и лагуны (В.Г. Плав­шудин, Ю.С. Лебедев; Д.Г. Сапожни­ков). Усиленная подача марганца из кор вы­вет­ривания реками (а), а затем диагене­тиче­ское подтягивание его из кар­бонат­ной зоны шельфа (b) в безруд­ные пески аван­дельты (Н.М. Страхов; Е.А. Соколова). Высаживание марганца в бортах стаг­ни­рующего водоема на уровне редокс-зоны (Е.Г. Платонов, Л.Г. Повышева, В.И. Уст­рицкий). Аккумулятивная аэрация – подавле­ние се­роводородного заражения интенсив­ным терригенным стоком (А.А. Рожнов, Е.М. Бузмаков и др.). Подача металла из эндогенного источ­ника: а – вулкана (В.И. Грязнов, Г.С. Дзоце­нидзе), b – рифта или разлома (М.М. Мсти­славский; Е.А. Соколова, И.П. Дружинин), c – выпадение космической пыли (В.Р. Надирадзе). “...быстрые воздымания крупных глыб, приводящие к подъему больших масс при­донных и иловых вод из серово­дород­ной зоны в мелководье...” (А.А. Рож­нов).

Рис.1. Основные гипотезы происхождения промышленных концентраций марганцевых руд для сис­тем: “один водоем”, “река - море”, “эндо­генный источник - водоем”.

Усовершенствованием механизма апвеллинга занимались Е.Г. Платонов с соавторами (19), А.А. Рож­нов (21) и другие исследователи, однако и модер­низированные схемы осаждения марганца из окис­ляющихся сероводородных вод встретили непреодолимые затруднения главным образом по­тому, что они моделировали геохимические процессы, происходящие в изолированных водоемах, а не в сис­теме морских котловин, проливов и разновоз­растных впадин.

Охарактеризованное выше состояние теории марганцевого рудогенеза, или, прямо говоря, – пол­ное непонимание автором настоящего текста важ­нейших этапов и закономерностей рудообразова­ния на конкретном (Улутелякском) объекте, исклю­чало достижение положительных ре­зульта­тов при выполнении задания по прогнозной оценке запасов марганцови­стых известняков для черной металлургии, поэтому до начала тематических работ потребо­валась выработка непротиво­речивой гипотезы образования месторождения. Задача сочине­ния альтер­нативной теории и, тем более, задача выявления "лысенковщины" в геологии не стави­лась, - важнее было понять дру­гое: откуда взялся марганец и почему он сел в гипсах кунгура? – Получение вразуми­тель­ного ответа на этот вопрос представлялось поначалу со­вер­шенно невоз­можным.