Как образуются месторождения осадочных полезных ископаемых

Осадочными называются месторождения, образовавшиеся в водной среде в поверхностных условиях непосредственно при седиментации и диагенезе осадков.

Месторождения формируются в определенных палеогеографических зонах и отчетливо приурочены к стратифицированным толщам. Они пользуются широким распространением и имеют важное промышленное значение. К этому классу принадлежат месторождения угля, каменных солей, многих металлов (Fe, Mn, Au, U, Pt, Си), неметаллические полезные ископаемые (фосфориты, бораты, цеолиты, камнесамоцветное сырье — алмазы, изумруды и др.).

Образование осадочных месторождений происходит по схеме: разрушение горных пород и древних месторождений —> перенос материала —> отложение —> литификация осадков.

Разрушение горных пород и древних месторождений осуществляется под воздействием рассмотренных выше экзогенных процессов. Перенос разрушенного материала, включающего полезные компоненты, происходит в виде обломков во взвешенном состоянии или в истинных и коллоидных растворах поверхностными водотоками, водами морей, в меньшей степени ветром, ледниками. Отложение основной массы материала осуществляется в морских бассейнах, в долинах рек, озерах, болотах. Происходит накопление обломков, выпадение осадков из растворов, накопление продуктов органической жизни — растительных и животных остатков. При литификации — превращении осадков в горную породу — происходит растворение и удаление из осадков малоустойчивых минералов, образование новых минералов в новой физико-химической обстановке, перераспределение отдельных веществ, перекристаллизация и цементация. При образовании осадочных месторождений главенствующая роль принадлежит одному из трех геологических процессов:

механическая дифференциация осадков; химическая дифференциация осадков; жизнедеятельность животных и растительных организмов. Механическая и химическая дифференциации определяют последовательность отложения рудного вещества. При механической дифференциации происходит перенос, отложение вещества и его разделение в соответствии с величиной, удельным весом, формой частиц пород и минералов.

При химической дифференциации вещество переносится в виде химических соединений или взвеси и отлагается в соответствии с дифференциацией химических свойств, что отражено на генерализованной схеме (рис. 7.30). В начале отлагаются наиболее трудно растворимые вещества.

Начало выпадения СаС03 совпадает с концом механической дифференциации. Начиная с доломита, к продуктам химической дифференциации почти не примешивается обломочный материал. Для выпадения вещества требуется повышенная концентрация солей в растворе. Приповерхностные воды наиболее обогащены кислородом. Это фиксируется последовательным выпадением гидрооксидов металлов, затем их закисных соединений и, наконец, сульфатов (обеднение кислородом). Например, для железа наблюдается следующая зональность состава руд по мере удаления от береговой линии бассейна осадконако- пления: оксидные (коричневые), оксидные и гидросиликатные (табачные), оксидные с сидеритом и анкеритом, сидеритовые, пирит-марка- зитовые конкреции.

Важную роль в формировании месторождений осадочного типа играет жизнедеятельность организмов, особенно при образовании месторождений Fe, Mn, Al, U, угля, нефти, горючих сланцев.

Рис. 7.30. Схема химической дифференциации (последовательность выпадения вещества в осадок)

Типичная форма рудных тел осадочных месторождений пластовая, лентовидная.

Среди осадочных месторождений Н. М. Страхов выделяет месторождения: 1) седиментационные (химическое и органическое осаждение в стадию отложения) — бокситы; 2) диагенетические (перераспределение полезных компонентов) — Си, Zn, редкие земли. При этом осадочные месторождения образуются в следующих условиях: максимальная изоляция участка месторождения от привнося большого количества разбавляющего обломочного материала; повышенная жизнедеятельность организмов на ограниченных участках морского дна; усиленное осаждение из воды ряда элементов (Fe, Mn, Р); диагенетическое перераспределение полезных элементов с накоплением их в отдельных участках.

Осадочные месторождения могут классифицироваться по разным принципам: по палеогеграфическим условиям (морские, континентальные); по типам литогенеза (гумидные, аридные, вулканогенно-осадочные); по типам фаций (лагунные, озерные, океанические).

Однако наиболее обосновано разделение осадочных месторождений по способу их образования. Это месторождения:

механические (обломочные) — россыпи;

хемогенные;

биогенные и биогеохимические.

Механические осадочные месторождения — россыпи

Россыпи — это рыхлые или сцементированные скопления терригенного материала, содержащие механические обломки полезного ископаемого.

В россыпях концентрируются золото, платина, киноварь (Hg), колумбит (Nb, Та), вольфрамит (W), касситерит (Sn), шеелит (W), монацит (Th, U, TR), магнетит (Fe), ильменит (Ti), циркон (Zr), корунд, рутил, гранат, топаз, алмаз. При этом из россыпей получают около половины мировой добычи Ti, W, Sn, алмазов, золото, Pt, весь Th; гранат, киноварь.

Геологические условия образования россыпей. Выделяются типы россыпей:

аллювиальные (речные);

прибрежно-морские, прибрежно-океанические, прибрежно-озерные;

гляциальные (моренные и др.);

эоловые или дюнные.

По времени образования различают современные, погребенные (мезозой, кайнозой), древние (протерозой, палеозой) россыпи. По условиям залегания выделяются открытые и погребенные (перекрытые более молодыми отложениями) россыпи.

Источник россыпей — коренные горные породы или древние месторождения. Минеральный состав россыпей определяется составом их коренных источников.

В россыпях могут концентрироваться минералы с высоким удельным весом, плотные, химически и физически устойчивые. По плотности (г/см3) минералы составляют ряд: Аи — 15—19; танталит — 6,3—8,2; магнетит — 5,2; монацит 5,0—5,5; шеелит — 5,9—6,2; ильменит — 4,7; гранат — 3,5—4,2; алмаз — 3,5; янтарь —1,1. Относительно коренного источника выделяются россыпи ближнего сноса (до 15 км от источника), дальнего сноса (региональные, латеральные), не имеющие видимой связи с источником.

Формы рудных тел россыпей зависят от условий их образования и разделяются на плащеобразные (площадные), пластовые, линзовидные, лентообразные, шнурковые, гнездовые.

Важным фактором формирования россыпей являются тектонические движения, определяющие вертикальное перемещение базиса эрозии, условия размыва и накопления обломочного материала в речных долинах или морских бассейнах. Они приводят к повторным эрозионно-аккумулятивным циклам, что создает возможность накопления значительного количества полезных компонентов.

Наибольшее промышленное значение имеют речные (аллювиальные) и прибрежно-морские (океанические) россыпи.

Аллювиальные россыпи разделяются на ряд типов: русловые — образуются в русле реки, находятся в процессе своего преобразования; долинные — окончательно сформировавшиеся долинные россыпи распространены наиболее широко и имеют главное промышленное значение. Террасовые россыпи являются остатками старых долинных россыпей. Косовые отличаются тем, что содержат наиболее подвижные мелкие частицы минералов, которые переносятся далеко вниз. Россыпи распадков представляют собой смешанный аллювиальный и делювиальный материал.

От вершины (головы) россыпь тянется вниз по течению, иногда прямо от коренного источника (рис. 7.31).

Рис. 7.31. Аллювиальная касситеритовая россыпь Депутатского месторождения (по В. И. Смирнову):

• 1 — россыпь с промышленным содержанием касситерита; 2 — обогащенные участки россыпи; 3 — грейзенизированные песчаники над гранитным куполом;
• 4 — касситерит-силикатные жилы; 5 — контур распространения рудных жил Депутатского месторождения

Ценные минералы имеют струйчатое распределение, характеризуются неравномерным скоплением металлов. Например, русловые «рудные струи» и конусы выноса характерны для раннего (россыпного) этапа образования золото-уранового оруденения в районе Витватерс- ранд (рис. 7.32).

Для поисков речных россыпей и их разработки важное значение имеет характер геологического разреза (рис. 7.33). Разрез долинных россыпей (снизу): 1) коренные породы — «плотик», 2) элювиальный слой — «пески», перемытый или неперемытый материал, галечники с валунами — «речники», 3) аллювиальные илы, глины, пески, колю- виальные илы, почвенно-растительный слой — «торфа». Встречаются россыпи многоэтапного развития, в которых указанный разрез может повторяться, начиная с ложного плотика.

Рис. 7.32. Строение бассейна Витватерсранд (а) и модель речного конуса выноса (б) (по Д. А. Преториусу):

• 1 — изопахиты с интервалом 750 м; 2 — речной конус выноса и золоторудное поле; 3 — направление палеопотока; 4 — купольные поднятия; 5 — зона волновой переработки; 6 — русла, к которым приурочены рудные струи;
• 7 — фация вершины конуса; 8 — фация середины конуса; 9 — фация основания конуса. Золоторудные поля: ВК — Белком, КД — Клерксдорп, КВ — Каратонвилл, УР — Уэст-Ранд, ИР — Ист-Ранд, ЭВ — Эвандер

Рис. 7.33. Схема строения аллювиальной россыпи в поперечном разрезе

(по В. И. Смирнову)

При формировании россыпи тяжелые минералы отлагаются на «плотике» или в «песках», то есть в основании разреза. При перемещении тяжелых минералов водным потоком задержка их и отложение обусловлены неровностями поверхности плотика, его трещиноватостью (ребристый, волнистый плотик), наличием полостей, где могут накапливаться золото и другие минералы, образующие богатые гнезда. Ровный и гладкий плотик не благоприятствует накоплению рудных минералов.

Перемещение обломков минералов происходит в массе донных отложений или по поверхности речных осадков. При достижении течением «критической скорости срыва» происходит отрыв материала от дна и его скачкообразное перемещение. Скорость меняется (сезонная, годовая, вековая), что определяет характер перемещения обломков. Выдержанные по протяженности россыпи с равномерным распределением полезных компонентов имеют постоянную мощность пласта. «Торфа» отличаются от «песков» наличием глинистых, илистых отложений.

Формирование россыпей может происходить только на определенных стадиях развития речной сети. В юную стадию развития речной долины условия для образования россыпей неблагоприятны, так как в основном происходит размыв коренных пород. В дряхлую стадию эрозионная деятельность реки снижается, россыпи не образуются. Оптимальные условия для образования россыпей создаются в зрелую стадию, когда река сортирует свои осадки, меняет русло (меандрирует). Благоприятными для россыпеобразования являются повторные эрозионные циклы, что приводит к выносу «пустых» осадков, обогащению россыпи и иногда — к образованию многоярусных рудных тел.

Распределение ценных минералов в россыпи различно. Легкие и прочные зерна алмазов могут транспортироваться на расстояние до 10 км. Монацит уносится до 100 км. Вольфрамит и касситерит менее стойки, а шеелит и киноварь переносятся на первые сотни метров. Золото и платина также образуют протяженные россыпи (5—10 до 12 км), что хорошо видно на примере одного из крупных районов развития речных россыпей — Бодайбинского (Восточная Сибирь) — россыпи рек Бодайбо, Маракан и др.

Прибрежно-морские россыпи формируются под влиянием приливно-отливных течений, волноприбойной деятельности, береговых течений. Они образуются в стабильных по профилю берегах с непрерывным возвратно-поступательным перемещением обломочных масс. Абрадируемые (крутые) и аккумулятивные (пологие, зарыхленные) берега являются неблагоприятными для образования россыпей.

Образование прибрежных россыпей происходит при многократном выбросе материала со склона на пляж прибойными волнами и при его последующем отмучивании сбегающей волной. Наиболее благоприятны субтропические условия, где материал переносится в область прибрежных пляжей дождевыми потоками и реками. Прибрежные течения растягивают материал вдоль берега, образуя так называемые «бары» (рис. 7.34).

Рис. 7.34. Строение прибрежной россыпи (по Ф. Щербакову и Ю. Павлидису):

1 — мелкий песок; 2 — крупный песок и гравий; 3 — галька; 4 — ракуша и ракушечный детрит; 5 — концентрат тяжелых минералов; 6 — средняя крупность материала (мм)

Для этих россыпей характерны: 1) большая протяженность (сотни км) и значительные запасы; 2) хорошая отсортированность материала, хорошая окатанность ценных минералов; 3) приуроченность к верхним частям песчаных отложений; 4) лентообразная форма тел, имеющих в разрезе вид узких линз; 5) накопление таких рудных минералов, как рутил, ильменит, монацит, циркон, реже золото, платина, алмазы.

Прибрежно-морские россыпи разделяются на пляжные, баровые, косовые, береговых валов, лагун, дельт, подводных склонов.

На северном и восточном морских побережьях России образование россыпей происходит в шельфовой области. Благоприятными являются выдающиеся вглубь континента приморские низменности и подводные долины. На Арктическом побережье климатические условия россыпе- образования менее благоприятны. Однако и здесь известны крупные россыпи золота (Рывеемский узел), касситерита (Ляховский, Чаунский районы), а также экзотические россыпи мамонтовой кости (острова на побережье от устья Хатанги до Колымы). На Дальневосточной окраине имеются россыпи минералов черных металлов Ti, Fe, хромита, платины, касситерита, а также золота.

Классическим примером прибрежно-морских россыпей является побережье Индийского океана, где бары и косы, содержащие лентообразные тела, обогащенные монацитом, цирконом, магнетитом и другими минералами, протягиваются на сотни километров на территории штатов Траванкур-Кочин и Андхра.

Главнейшие формации россыпных месторождений: 1) золотоносная (Бодайбинский, Приамурский районы в Сибири, россыпи Калифорнии, Аляски); 2) алмазоносная (россыпи Якутии, Южн. Африки); 3) мона- цитовая (Индия, Бразилия); 4) тантало-ниобиевая (Бразилия, Нигерия, Конго); 5) оловянно-вольфрамовая (Малайзия, Индонезия).