I. Месторождения группы выветривания

Название группы соответствует названию процесса преобразования выходящих на земную поверхность горных пород под действием различных экзогенных факторов.

Региональное геологическое положение. Месторождения залегают в коре выветривания или в палеоводоносных горизонтах.

Строение рудных районов.

Кора выветривания, концентрации остаточных продуктов

современные ископаемые

З алежь и нфильтрующихся продуктов коры выветривания

О садочный

ч ехол

Субстрат

Классификация месторождений выветривания.

1. Класс остаточный – месторождения, образовавшиеся на месте залегания коренных горных пород при концентрации остаточных продуктов выветривания.

2. Класс инфильтрационный – месторождения, образовавшиеся при концентрации продуктов выноса из коры выветривания.

Класс 1. Остаточные месторождения выветривания

Тела полезных ископаемых

1. залегают непосредственно в корах выветривания;

2. по морфологии бывают

• площадные

• линейные ,

• комбинированные.

Состав полезных ископаемых и самих кор выветривания определяется в основном двумя факторами: интенсивностью процесса выветривания и составом коренных пород (субстрата), подвергающихся выветриванию. Интенсивность выветривания определяется в первую очередь климатом. В зависимости от интенсивности выветривания выделяются коры различного состава или профиля. Профиль коры выветривания характеризует наличие в вертикальном разрезе кор зон с различной степенью преобразования коренных пород. В полном профиле коры выветривания, характерного для условий жаркого влажного климата снизу вверх выделяются четыре зоны: обломочная, гидрослюдистая, каолинитовая и латеритная. В зависимости от того, какая зона находится в верхней части коры различают четыре профиля: обломочный, гидрослюдистый, каолинитовый и латеритный.

Классификация остаточных месторождений. Пользуясь понятиями профиля и зональности коры выветривания и учитывая, что они отражают интенсивность процесса выветривания, класс остаточных месторождений подразделяется на подклассы, которые в зависимости от состава субстрата, подвергающегося выветриванию, подразделяются на ряды (табл. ).

Месторождения обломочного профиля характерны для неразвитой коры и могут быть распространены в различных климатических условиях. Для них характерно развитие одной обломочной зоны, возникающей в основном за счет физического выветривания. В зависимости от состава субстрата это могут быть месторождения глин в коре выветривания аргиллитов, песков - в коре песчаников, известняковой муки - в коре известняков.

При более интенсивном выветривании в условиях умеренного влажного и боле теплого климата формируются коры гидрослюдистого профиля, содержащие наряду с обломочной гидрослюдистую зону, возникшую в основном в результате гидратации гидратации минералов. Коры выветривания этого профиля являются главным источником вермикулита и в меньшей степени монтмориллонита. Вермикулитовые месторождения залегают в коре выветривания флогопит или биотит содержащих пород. Характерным примером является Ковдорское месторождение вермикулита, расположенное на Кольском полуострове в коре выветривания Ковдорского флогопитового месторождения, где в коре выветривания отмечается постепенный переход от флогопитовых пород через зону дезинтеграции к гидрофлогопитовым и вермикулитовым. Монтмориллонитовые месторождения коры выветривания обычно характеризуются малыми размерами и образуются в корах выветривания пород различного состава: ультраосновных, кислых эффузивов и карбонатно-глинистых.

Месторождения и коры выветривания каолинитового (глинистого) профиля образуются в еще более благоприятных для выветривания влажных субтропических условиях. В их разрезе наряду с охарактеризованными выше зонами появляется третья - каолинитовая. Само название профиля говорит о том, что он содержит месторождения каолинов и кирпичных глин, образующихся в корах выветривания алюмосиликатных магматических и метаморфических горных пород. В качестве примера можно указать месторождения каолинов и глин, распространенные в коре выветривания гранито-гнейсов Украинского кристаллического щита.

Наибольщее разнообразие месторождений связано с корами выветривания латеритного профиля, образующимися в условиях жаркого влажного тропического климата. Современные месторождения распространены в приэкваториальной климатической зоне, а ископаемые - могут встречаться в регионах существования соответствующего палеоклимата. Вертикальный разрез кор характеризуется обычно четырехчленным строением с присутствием верхней латеритной зоны, называемой в зарубежной литературе кирасой и состоящей из гидроксидов железа, марганца или алюминия. Рассмотрим состав латеритных кор выветривания и месторождений в зависимости от состава коренных горных пород.

Самые мощные и продуктивные в отношении полезных ископаемых коры выветривания характерны для ультраосновных магматических пород. В их разрезе снизу вверх обычно выделяются следующие зоны: в основании разреза залегают слабо измененные серпентиниты с линзами магнезита, выше располагается зона полуразложенного серпентинита с гарниеритом мощностью 5 - 25 м, далее идет глинистая зона мощностью 4 - 12 м, сложенная никельсодержащим нонтронитом, в верхней части которой присутствует асболан, завершает разрез зона охр мощностью около 6 м, состоящая из бурых железняков, обогащенных марганцем, кобальтом, никелем и хромом. С такими корами выветривания связаны месторождения силикатных никелевых руд, природнолегированных бурых железняков и магнезита.

Коры выветривания основных магматических пород - базальтов и габбро, характеризуются наличием в основании полуразложенных коренных пород, сменяющихся бокситовой и бурожелезняковой зонами. Здесь главными полезными ископаемыми являются бокситы и бурые железняки.

Для кор выветривания гранитоидов и глинистых сланцев характерны нижняя каолинитовая и верхняя бокситовая зоны.

При выветривании горных пород или коренных месторождений, содержащих устойчивые к выветриванию минералы, может происходить концентрация ценных минералов в элювии с образованием так называемых элювиальных россыпей. Это могут быть россыпи драгоценных камней, золота, алмазов, касситерита. Они могут возникнуть в различных климатических условиях в результате разрушения и выноса неполезных минералов. Размеры таких россыпей в плане соответствуют размеру выходов пород, содержащих ценные минералы, а по вертикали - мощности коры выветривания.

Таким образом, состав полезных ископаемых кор выветривания определяется в значительной степени составом коренных пород и содержанием элементов, которые могут накапливаться в корах выветривания, образуя труднорастворимые соединения. В качестве дополнительного подтверждения этого тезиса можно привести месторождения марганцевых шляп, сосстоящих из псиломелана, залегающие в корах выветривания марганецсодержащих карбонатных или силикатных пород, богатых железных руд - в корах выветривания железистых кварцитов, гипсовых шляп с боратами - в крах выветривания соляных куполов (табл. ).

Генезис остаточных месторождений выветривания. Образование кор выветривания можно рассматривать как низкотемпертаурный метасоматоз ( Летников, 19 ), приводящий к постепенному замещению первичных пород продуктами выветривания. При этом концентрация полезных ископаемых и образование месторождений происходит на геохимических барьерах. Рассмотрим физико-химические условия, существующие в современных корах выветривания. Верхняя часть коры или зона аэрации характеризуется циркуляцией грунтовых вод, насыщенных кислородом, просачивающиеся вниз воды постепенно теряют кислород, идущий на реакции окисления и ниже уровня грунтовых вод в застойных условиях среда может стать бескислородной. Таким образом, при движении сверху вниз среда постепенно меняется с окислительной на восстановительную. Концентрация водородных ионов, характеризующая щелочно-кислотные условия среды, меняется аналогичным образом. В верхней части коры выветривания среда является кислой в основном за счет гумусовых кислот, вырабатывемых растениями. С глубиной при наличии в породах щелочных и щелочноземельных металлов среда нейтрализуется и сменяется на щелочную. В верхних горизонтах коры окислительная среда играет роль геохимического барьера для Fe, Mn, Al, Co, которые здесь в виде гидроксидов образуют промышленные концентрации. Вместе с тем кислая среда в верхней части коры способствует выносу в нижние горизонты Ni и Mg. В нижних частях коры роль геохимического барьера выполняет щелочная среда. На щелочном геохимическом барьере концентрируются Ni, Mg, Ca. В то же время из нижних горизонтов коры выносятся кремний, подвижный в щелочной среде, и железо, подвижное в восстановительной безсероводородной среде. Таким образом, в рудообразовании основную роль играют окислительный и щелочной геохимические барьеры.

В формировании элювиальных россыпей концентрация минералов происходит на поверхности выветривающихся пород путем постепенного погружения ценных минералов в толще рыхлых образований на барьере, названном А.М.Кропачевым (1983) плотиковым.

Таблица .

Классификация месторождений остаточного класса группы выветривания

Подкласс	Ряд	Примеры формаций по- лезных ископаемых	Примеры месторождений
Обло-	Апотерри-	Песков строительных
мо-	генный	Глин кирпичных
чный	Апокарбо-	Известнняковой муки
	натный	Доломитовой муки
Гидро- слю-	Апофлого-питовый	Вермикулитовая	Ковдорское
ди- стый	Апогранит-ный	Монтмориллонитовых глин
Глини-	Апогра-	Глин кирпичных
стый	нитный	Глин каолиновых
Лате-	Апоги-	Природнолегированных бурых железняков	Орско-Халиловские
	перба- зито-	Силикатных никелевых руд	Бурыктальское, остров Новая Каледония
рит-	вый	Магнезитовая
		Опал-халцедоновая
	Апобази-	Бурожелезняковая
ный	товый	Гиббситовых бокситов	Индия
	Апоалюмосиликатный	Гиббситовых бокситов	Гвинея
Элювиаль-ных рос-		Горного хрусталя
сыпей		Алмазная

Класс 2. Инфильтрационные месторождения выветривания

Название класса связано с названием процесса. Инфильтрация - это просачивание поверхностных вод в толщу осадков или горных пород. Такие воды могут содержать различные компоненты, концентрация которых на геохимических барьерах может привести к образованию месторождений полезных ископаемых.

Тела полезных ископаемых залегают среди проницаемых для грунтовых вод осадочных отложений и горных пород. Форма тел бывает различной: линзовидной, серповидной, лентовидной. Типичной считается серповидная форма залежей.

Состав полезных ископаемых определяется, во-первых, составом выветривающихся горных пород, поставляющих вещества для образования месторождений, и, во-вторых, характером геохимического барьера (средой концентрации), на котором происходит минералообразование.

Классификация инфильтрационных месторождений основана на характере среды, в которой происходит концентрация полезных компонентов, т.е. на характере геохимического барьера. Выделяются пять подклассов, связанных с пятью барьерами: щелочным, восстановительным, температурно-барическим, криогенным и фильтрационным. Однако название подклассов дается по наиболее устоявшимся и общепринятым названиям (табл. ).

Таблица .

Классификация месторождений инфильтрационного подкласса

группы выветривания

Подкласс	Примеры формаций полезных ископаемых	Примеры месторождений
Контактово-карстовый (щелочно-барьерный)	Контактовых силикатных никелевых руд	Уфалейское на Урале
Ролловый	Селен-урановая
(восстановительно-	Уран-ванадий-медная
барьерный)	Самородной серы	Шор-Су в Узбекистане
	Волконскоитовая	Ефимятское в Предуралье
Калькретовый (термо-	Известковых туфов
барическо-барьерный)	Урансодержащих туфов
Криогенный	Углеводородных газогидратов
Атмосферноводный	Пресных грунтовых вод

Месторождения контактово-карстового подкласса залегают на контакте породы, являющейся источником полезных компонентов и породы, создающей щелочной геохимический барьер, в качестве последней обычно выступают карбонатные породы. Поскольку карбонатные породы достаточно хорошо карстуются, то в зоне контакта возникают карстовые пустоты, заполненные глиной. Наиболее типичными и практически важными в этом подклассе являются месторождения силикатных никелевых руд, залегающие в виде линз и шляп на карбонатных породах, которые контактируют с телами серпентинизированных гипербазитов. Контактовые месторождения силикатных никелевых руд характерны для региона Среднего Урала. Образование контактово-карстовых месторождений объясняется следующим образом. Как уже было описано выше, в верхних горизонтах коры выветривания ультраосновных пород преобладает кислая среда, благоприятствующая миграции никеля. При наличии потока грунтовых вод, направленного в сторону карбонатных пород, никель выносится из коры выветривания гипербазитов и накапливается на карбонатных породах в зоне контакта в виде силикатных минералов. Такие условия создаются в умеренном гумидном климате.

Название роллового подкласса связано с возможностью залежей полезных ископаемых перемещаться (катиться) по мере изменения положения геохимического барьера. Ролловые месторождения располагаются в современных или ископаемых горизонтах подземных вод. Залежи полезных ископаемых имеют серповидную или лизовидную форму, образуют псевдоморфозы по растительным остаткам, стволам деревьев. Наиболее важными полезными ископаемыми являются урановые руды, в которых уран обычно в виде урановой черни ассоциирует с медью, ванадием или селеном. Весьма редкими являются месторождения природного зеленого хромсодержащего пигмента - волконскоита, месторождения которого разведаны среди верхнепермских отложений Предуралья на территории Пермской области Образование ролловых месторождений связано со сменой насыщенной кислородом зоны аэрации при движении грунтовых вод зоной застойных вод с восстановительной реакцией среды. Такие концентрации характерны для химических элементов, образующих в окислительной обстановке растворимые соединения и меняющих свою валентность при переходе в восстановительные условия с образованием трудно растворимых соединений. Это такие элементы как уран, ванадий, медь, хром. Например, уран в окислительных условиях приобретает свою максимальную валентность +6 и образует комплексный двухвалентный катион - уранил (U⁺⁶O₂)⁺², который дает легко растворимые соединения с сульфат- и карбонат-ионами. В зоне застойных вод в восстановительных условиях уран восстанавливается до четырехвалентного и образует с кислородом труднорастворимый оксид: U⁺⁴O₂. Чаще всего ролловые месторождения образуются в условиях жаркого аридного климата.

Калькретовые месторождения чаще всего представляют собой лизо- и пластообразные отложения карбоната, чаще кальцита, в местах выхода подземных вод на поверхность. Это пористые ноздреватые образования, иногда образующие псевдоморфозы по наземным растительным остаткам. Их еще называют известковыми туфами. Они используются в основном в сельском хозяйстве для известкования почв, но иногда, например в Африке в них может концентрироваться уран. Месторождения образуются в условиях влажного климата при наличии водоисточников. Процесс минералообразования связан с уменьшением растворимости углекислого газа с увеличением температуры воды. В подземных водах температура низкая, около 4^оС, и растворимость углекислоты и находящегося с ней в равновесии карбоната кальция достаточно высокая. При выходе на земную поверхность в летнее время года температура воды повышается, парциальное давление углекислоты уменьшается и раствор становится пересыщенным в отношении карбоната кальция, который выпадает в осадок, образуя известковые туфы.

Криогенный подкласс можно рассматривать как представитель месторождений будущего. Он объединяет скопления газогидратов - твердых соединений углеводородов с водой переменного состава. Залегают газогидраты над нефтяными и газовыми месторождениями в зоне многолетней мерзлоты, где образуют весьма крупные скопления. Образование их связано с низкотемпературным криогенным геохимическим барьером, приводящим к образованию газогидратов.

Атмосферно-водный подкласс объединяет скопления пресных грунтовых вод, возникающие в результате просачивания атмосферных вод сквозь толщу осадков и концентрации на фильтрационном геохимическом барьере - водоупоре. В подкласс включаются верховодка и грунтовые воды, широко используемые в качестве питьевых вод.

Таким образом, для формирования инфильтрационных месторождений группы выветривания, во-первых, необходим источник вещества, которым могут быть выветривающиеся горные породы, грунтовые воды, нефтегазовые и газовые залежи; во-вторых, необходимо, чтобы это вещество могло мигрировать в зоне гипергенеза в составе растворов; и, наконец в третьих, необходим геохимический барьер, на котором происходит концентрация вещества и образование месторождений полезных ископаемых.

ЛЕКЦИЯ 15