книги из ГПНТБ / Формационный метод в прогнозе и изучении месторождений горнохимического сырья

УДК 552.53 : 553.078

Формационный метод в прогнозе и изучении месторождений горнохимнческого сырья. М., «Недра», 1974, 208 с. (М-во геологии

СССР. Всесоюз. науч.-нсслед. ин-т геологии неметаллических по­ лезных ископаемых).

В книге рассматриваются формации, заключающие промышлен­ ные и повышенные концентрации фосфора, элементарной серы и со­ путствующих им элементов, в связи с обстановками и условиями на­ копления осадков и последующими диагенетнческими и гипергенными их преобразованиями. Рассматривается возможность использования при формационном анализе энергетических коэффициентов, также математических методов обработки данных для прогнозных по­ строений.

Книга рассчитана на геологов, занимающихся поисками и про­ гнозной оценкой месторождений горнохимического сырья, также про­ водящих минерагенические и металлогенические исследования метал­ лических и неметаллических полезных ископаемых.

Таблиц 15, иллюстраций 52, список литературы — 182 названия.

Под общей редакцией А. И. Отрешко

/•

. Р

-,Р

чиѵ Ь I- О ЗАЛА

© Издательство «Недра», 197*

ПРЕДИСЛОВИЕ

Знание закономерностей строения и размещения месторождений горнохимического сырья, явившееся результатом широких иссле­ дований в СССР за последние 10—15 лет, убедительно доказывает единство многосторонних связей и условий накопления полезных ископаемых. Аномальные концентрации руд и элементов в земной коре в общих региональных масштабах определяются геохимиче­ скими условиями миграций и геолого-тектоническими формацион­ ными обстановками их накопления как в осадочных, так и в вул­ каногенных комплексах.

При изучении геохимических и формационных обстановок ло­ кализации фосфатных руд, самородной серы, калийных солей и боратов в галогенных толщах получены важные сведения, раскры­ вающие новые возможности прогноза и поисков месторождений. Методика анализа материалов по рудоносным формациям и полу­ ченные результаты представляют интерес при проведении поиско­ вых и разведочных работ, металлогенических и прогнозных по­ строений, а также научных исследований в области геологии и геохимии месторождений полезных ископаемых.

Авторы книги выражают благодарность руководителям Всесо­ юзного научно-исследовательского института геологии нерудных по­ лезных ископаемых (ВНИИгеолнеруд) Министерства геологии

СССР А. И. Кринари и Ю. В. Сементовскому за помощь в подго­ товке настоящей работы, а также В. А. Ярмолюку, А. С. Звереву и С. М. Кореневскому за ценные советы.

Методические аспекты применения формационного анализа при прогнозе и поисках месторождений горнохимического сырья

Использование формационного анализа в прогнозе и поисках месторождений полезных ископаемых является одним из эффектив­ ных путей решения комплексных геологических задач. Каждая формация в связи с определенной последовательностью на­ копления пород, руд, минералов, элементов характеризуется кон­ кретными обстановками геохимических, геотектонических, лито- лого-фациалы-іых условий миграции и концентрации вещества

на каждом этапе геологического развития того или иного региона или структуры.

Формационный метод наиболее широко используется при изу­ чении галогенных толщ. А. А. Иванов, Н. М. Страхов и другие ис­ следователи подчеркивают, что галогенные формации в различные этапы геологической истории возникали в разнообразной геотекто­ нической обстановке. Различие структурных условий определило большое разнообразие типов разрезов и их вещественного состава нз карбонатных и сульфатных пород с постепенными или резкими пространственными переходами. В связи с условиями седиментации выделяются четыре типа галогенных формаций (Страхов, 1962): 1) континентальных засушливых областей; 2) лагунных, полузамк­ нутых заливов; 3) краевых частей огромных морей; 4) внутриконтинентальных морей. Хорошие диагностические признаки галоген­ ных разрезов, значительное площадное распространение и посте­ пенное изменение литологического состава толщ предопределили возможность сравнительно простого и эффективного картирования галогенных формаций. Однако с позиций современных требований к прогнозу и поискам в галогенных толщах природной соды, га­ логенно-осадочных боратов, калийно-сульфатных солей, самород­ ной серы и других полезных ископаемых методика анализа этих галогенных формаций требует дальнейшего совершенствования и детализации в основном по пути учета гипергенного и гидротер­ мального изменения слагающих пород и минералов.

Большое значение формационный метод имеет в прогнозе, по­ исках и изучении месторождений фосфоритов и апатитов. Выде­ лению и изучению фосфатоносных формаций посвящены работы Н. С. Шатского, Н. П. Хераскова, Г. И. Бушинского, Б. М. Гиммельфарба, Н. А. Красильниковой и др. Специфические условия миграции и концентрации фосфора вызывают много неясностей. Огромная протяженность фосфатоносных формаций при низких концентрациях полезного компонента и различных лнтолого-фа- циальных условиях их седиментационного накопления затрудняют восстановление обстановок формирования промышленных место­ рождений и выбор надежных критериев их прогноза и поисков. Литолого-фациальный анализ бассейнов седиментации, накопив­ ших фосфатоносные формации, как правило, не позволяет одно­ значно выделить участки локализации повышенной концентрации полезного компонента. Если для желваковых фосфоритов можно ориентировочно наметить шельфовую зону их образования, то в ее пределах оконтуривание промышленных скоплений требует зна­ чительных затрат средств и времени. Прогноз геосинклинальных фосфоритов с использованием формационного метода также позво­ ляет выделить лишь крупные зоны разрезов благоприятного ли- толого-фациального состава.

Выделение зон сочленения разнородных формаций является принципиально важным и теоретически оправданным. Фосфор, как и некоторые другие элементы, в одних условиях характери-

4

зуется большой подвижностью, в других остается на месте своей локализации. Фосфориты в виде остаточного продукта накапли­ ваются в корах выветривания; часть фосфора мигрирует в мор­ ские и континентальные водоемы, где он сопутствует железным рудам. Значительная роль фосфора в органической жизни опре­ деляет его накопление в торфяных озерах в виде вивианита, в гуано, костных брекчиях и раковинах специфических организ­ мов. Роль каждого из факторов изучена недостаточно, все они мо­ гут явиться источником дополнительных количеств фосфора, обус­ ловливающим его промышленные концентрации. Активное участие

Вместах сочленения фосфатоносных формаций платформенных

нгеосинклинальных областей менялись границы разнородных бас­ сейнов седиментации. Смена этих границ вызывала перераспреде­

ление— переотложение осадков, а малая подвижность фосфора обусловила обогащение им переотложенных пород. Свидетельства такого обогащения первичных желваковых фосфоритов платфор­ менных областей установлены для всех известных бассейнов. Подоб­ ная обстановка формирования зернистых фосфоритов намечается для Средней Азии. Возможный процесс обогащения геосинкли­ нальных пластовых фосфоритов в результате переотложения исход­ ного материала не изучался. Решение этого вопроса при прогнозе геосинклинальных пластовых фосфоритов является принципиально важным.

Б. М. Гиммельфарб (1965) отмечал, что желваковые и пласто­ вые (геосинклинальные) фосфориты приурочены к трансгрессивным частям разреза, их повышенные концентрации размещаются в зоне несогласного налегания или на небольшом от нее удалении. Эти части разреза являются зонами сочленения разнородных фосфато­ носных формаций. Малая подвижность фосфора склоняет к выводу о том, что преимущественное его концентрирование в зонах сочле­ нения формаций происходит в результате обогащения им перера­ батываемых разрезов пород, ранее несших повышенные количества фосфора в корах выветривания или накопленных при седимента­ ции в предшествующие этапы геологического развития того или иного участка земной коры.

Большим пробелом в современных прогнозных исследованиях металлогении и минерагении осадочных толщ является недоста­ точное внимание к факторам и результатам вторичных изменений пород и руд. Особенно необходим учет факторов и результатов вторичных изменений галогенных разрезов. Процессы их гиперген­ ного изменения сопровождаются выщелачиванием легкораствори­ мых солей и сульфатов, карстовым изменением состава пород и разрушением калиеносных залежей, а также (под действием гид­ ротермальных вод в галогенных формациях) происходит образо­ вание самородной серы и акцессорных боратов. Вопросы гиперген­

5

ного изменения сульфатоносных разрезов разработаны в связи с прогнозом и поисками месторождений самородной серы. Не изу­ чены процессы и результаты глубокого метаморфизма соляных пород. При метаморфизме галогенных пород с гидротермальными водами мигрируют щелочные металлы и хлориды; какие превра­ щения происходят в разрезах формаций — неизвестно.

В настоящей работе говорится об удельных энергетических ко­ эффициентах каждого из элементов, определяющих порядок их связывания в молекулы и кристаллы при снижении температуры растворов. По выводам А. Е. Ферсмана, которые подтверждаются величинами удельных энергетических коэффициентов, натрий, ка­ лий и литий в вулканогенном процессе расходуются в основном на образование полевых шпатов и слюд. Хлориды в виде хлоридов металлов мигрируют в гидротермальных растворах и не связы­ ваются в минералы даже на последних низкотемпературных ста­ диях их раскристаллизации.

При гидротермальном метаморфизме соляных пород, по-види- мому, развиты и несколько иные процессы дифференциации ве­ щества. О их результатах можно ориентировочно судить по ма­ териалам вулканогенно-осадочных формаций США, Африки и Тур­ ции. Здесь вулканогенные интрузивные и эффузивные палеогеинеогеновые внедрения в нормально-осадочные галогенные толщи сопровождаются вторичным вулканогенно-осадочным накоплением солей в межгорных впадинах. Гидротермальная переработка первич­ ных солей, по-видимому, сопровождается особой дифференциацией их компонентов. А. Ф. Горбов (1960) предполагает, что первично­ осадочные толщи явились источником вулканиогепно-осадочных боратов Турции. Этот вывод может быть применен для объясне­ ния образования месторождений вулканогенно-осадочных боратов США, а также месторождений природной соды США и Африки. Гидротермальные воды в связи с различной растворимостью солей первично-осадочной толщи обусловливают стадийный вынос и ста­ дийное накопление микрокомпонентов в вулканогенно-осадочных водоемах. Последний фактор, по-видимому, определяет возмож­ ность исключительной концентрации бора в вулканогенно-оса­ дочных месторождениях, в. то время как в исходных осадочных галогенных толщах этот элемент, как правило, находится в рассеян­ ном состоянии.

Особое внимание, в связи с проблемой гидротермального переотложения галогенных пород в районах вулканогенных очагов, вызывают вопросы образования месторождений природной соды. При изменении температуры гидротермальных растворов на опре­ деленной стадии преобразования галогенных разрезов для вод становится характерным гидрокарбонатно-натриевый состав (раз­ резы первично-осадочных галогенных толщ содержат слои кар­ бонатных пород). Эти гидрокарбонатно-натриевые термальные воды в водоемах, сопредельных выходам источников, по-видимому, и являются исходными для образования месторождений природной

6

Ч асть п ер в а я

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ

I. Энергетические параметры элементов, определяющие их миграцию

А. Е. Ферсман обратил внимание на то, что для познания гео­ химических процессов миграции и концентрации элементов вели­ чина энергетического коэффициента (ЭК) не менее важна, чем данные о величине ионных радиусов.

В основу выводов о величинах энергетических паев ионов были положены формула уравнения решетки А. Ф. Капустинского и экс­ периментальные данные по определению энергии решеток бинар­ ных соединений. Теоретические расчеты и экспериментальные опре­ деления величин несколько различаются. Поэтому А. Е. Ферсман за экспериментальный энергетический коэффициент принял сред­ нюю величину из ряда определений. Идея об энергетическом коэф­ фициенте не получила дальнейшего развития и использования.

Одной из причин, вызвавших недоверие к значениям коэффи­ циентов, является приближенный характер их величин. Более точ­ ными признаются параметры Л. К- Полинга (Паулинга), назван­ ные электроотрицательностямй. А. Е. Ферсман высоко оценил его идею о необходимости учета при определении величины энергети­ ческого пая иона соотношения радиусов ионов молекулы, для ко­ торой приводится расчет. Величины электроотрицательностей в объяснении геохимических процессов также используются огра­ ниченно.

Недостатком как энергетических коэффициентов А. Е. Ферс­ мана, так и электроотрицательностей Л. К. Полинга является то, что они не учитывают величин атомных масс рассматриваемых ионов. В первом и втором параметрах энергетический пай опре­ делен для атома в целом. При одних и тех же температурах и оди­ наковых колебательных движениях ионов более устойчивыми сое­ динениями при близких энергетических коэффициентах должны быть те, в составе которых имеются ионы с меньшими атомными массами.

Таким образом, необходимо вычислить энергетический пай иона на единицу атомной массы. Этот энергетический пай рационально

8

9