Краткий курс литологии

20.В чем сходство между глиной, аргиллитом и глинистым сланцем'* В чрм

де? 21 ^ акие глинистые породы (по составу) наиболее распространены в приро-

22.Что такое тонштейны и каково их происхождение?

23.Как образуются промышленные месторождения: а) каолинитов61 бт.

25. Каково практическое применение глинистых пород?

Аллиты (глиноземистые породы)

К группе аллитов относятся латериты и бокситы — породы, в составе которых существенную роль играют минералы, являющие­

(later — лат. — кирпич). «Латериты» Бьюкенена, как впоследст­ вии оказалось, состоят главных образом из каолинита и гидро­ окислов Fe; гиббсит же присутствует в них в крайне незначитель­ ном количестве. Это название укрепилось за глинисто-железисты­ ми породами кирпично-красного цвета, образующимися при хими­ ческом выветривании различных пород в условиях влажного тро­ пического климата. В конце XIX в. было установлено, что многие латериты состоят в основном из гидроокислов алюминия. В 1921 г. французский химик Р. Бертье предложил назвать бокситом породу из района Бо (Ваих— фр.) во Франции, содержащую 52% А120 3, 27% Fe20 3 и около 20% связанной воды. Долгое время боксит счи­ тался самостоятельным минералом и лишь впоследствии было установлено, что это горная порода, в сложении которой сущест­ венную роль играют гиббсит, бемит и диаспор.

Бокситы представляют собой важнейшую руду для получения алюминия. Термин «боксит» используется для обозначения пород, содержащих свободные гидроокислы алюминия в количестве, со­ ставляющем в пересчете более 28% А120 3 и имеющих так называе­

мый кремневый модуль — отношение ^ 2—3, превышающий 2,1. Si02

Термин «латериты» оставлен за породами кор глубокого хими­ ческого выветривания, образующимися в тропическом и субтропи­ ческом поясах Земли и состоящими из смеси каолинита, гидро­ окислов Fe и А1, а также окислов титана и примеси реликтовых минералов материнских пород. Содержание свободных гидроокис­ лов алюминия в пересчете на А120 3 в латеритах меньше 28%, а кремневый модуль меньше 2,1. Иногда говорят, что латерит — это боксит, в котором содержание свободного А120 3 не достигает про­ мышленных концентраций.

Основные типы аллитов

Латериты представляют собой исключительно элювиальные образования палеоген-иеогенового и четвертичного возраста, обра­ зующиеся в результате глубокого химического выветривания раз­ личных материнских пород (см. гл. 2).

К. Фокс, изучавший латеритную кору выветривания в Индии, описал ставший классическим латеритный профиль — разрез коры выветривания мощностью 20—40 м, наблюдающейся во многих

районах Индии (рис. 10.10). Снизу вверх в разрезе выделяются следующие горизонты:

железистый

______ л а те р и т ________

I.ПизолитоШй .

боиси г.

1927; из Л. В. Пустовалова, 1940 г., с упрощениями)

—Н — неизмененная магматическая порода (базальт);

—G — та же, но сильно каолинизированная порода, в ниж­ ней части слабовыветрелая;

—Г — переходная каолиново-кремнистая порода, в кровле совпадающая с уровнем подземных вод;

—Е, D — пористый рыхлый латерит;

—С — боксит, который может рассматриваться как такой же латерит, но обедненный Fe и обогащенный А1;

—В — пизолитовый боксит;

—А — железисто-латеритовая корка.

Цвет латеритов различный, чаще всего красный, бурый или желтый, редко белый. Латериты горизонта Е—D часто имеют гли­ ноподобный облик, в естественном состоянии пластичны и легко режутся ножом или лопатой. Вырезанные из них блоки или кирпи­ чи на воздухе затвердевают и не размокают в воде. Они служат хорошим строительным материалом. Железистые латериты гори­ зонта А могут иметь различное строение: оолитово-пизолитовое, обломочно-конкреционное или землистое. В табл. 10.9 приведен химический состав пород некоторых горизонтов латеритного про­ филя К. Фокса.

Латериты, состоящие из каолинита и гидроокислов железа с существенной примесью гиббсита и других гидроокислов А1, а так­ же титанистых минералов (лейкоксена, рутила, ильменита), сла­ гают латеритные коры выветривания во многих тропических и суб­ тропических районах Земли. Местами они образуют «кирасы» — твердые красно-бурые до почти черных, панцирные горизонты до нескольких метров мощностью, оолигово-пизолитового коикрецион-

но-шлаковидного или брекчиевидного строения. При интенсивном

выветривании, а возможно, и местном переотложеиии материала латеритов они могут настолько обогащаться гидроокислами алю­ миния, что переходят в так называемые латеритные или остаточ­ ные бокситы (горизонты В и С Фокса).

Т а б л и ц а 10.9

Химический состав пород латеригного профиля К. Фокса (Индия)

Бокситы. По минеральному составу среди бокситов выделяют­ ся гиббситовые (гидраргиллитовые), бемит-диаспоровыс и смешан­

катагенетического преобразования алюминиевых минералов: гиббсит А1 (ОН)з—*бемит АЮ-ОН— ^диаспор НАЮ2. Кроме аллитных минералов в составе бокситов присутствуют гидроокислы железа, хлориты (в том числе шамозит), каолинит, опал и некоторые дру­ гие. Характерным компонентом многих бокситов являются тонкодисперсные титанистые минералы, особенно лейкоксен. По внеш­ нему виду бокситы довольно разнообразны. Их окраска из-за при­ сутствия гидроокислов железа обычно красная, бурая, коричневая или зеленовато-серая. Реже наблюдаются белые, желтые, серые и почти черные бокситы.

По структуре среди бокситов выделяется большое количество разновидностей, которые могут быть сведены к нескольким основ­

ным типам.

Оол итовые , п и з о л и то в ы е и к о н к р е ц и о н н ы е б о к ­ ситы являются самыми распространенными разновидностями аллитов. Обычно это твердые каменистые породы, состоящие из кон­ креций, округлых пизолитов и оолитов, сложенных аллитными минералами. Цемент, заполняющий пространство между пизолита­ ми и оолитами, состоит из тонкодисперсной, коллоидной массы гидроокислов алюминия. Такие бокситы часто содержат много гидро­ окислов железа, причем пизолиты и оолиты более железистые, чем цементирующая их масса. Нередко в породе трудно отличить аутигеимые пизолиты и оолиты с неясно концентрической структурой от коллоидных сгустков, с одной стороны, и окатанных песчаных и гравийных зерен переотложеиного боксита — с другой (рис. 10.11).

Аллитные минералы обычно выделяются в виде крустификационных корочек и мелких кристалликов по стенкам пор и пустот меж­ ду оолитами и пизолитами, а также в рассекающих их трещинах сииерезиса коллоидов.

Рис. 10.11. Оолитовые бокситы:

а — оолитово-пизолитовый боксит (пустоты между оолитами заполнены кристаллическим гиббситом; оолиты и пизолиты окрашены гидроокислами железа в красновато-бурый цвет); б — обломочно-оолитовый боксит (в пустотах железистоаллитная заполняющая масса; вся порода интенсивно окра­

шена гидроокислами железа)

Происхождение пизолитово-оолитовых аллитных образований расценивается по-разному. Многие исследователи считают пи- золитово-оолитовые структуры первично-седиментациоииыми. Н. М. Страхов рассматривал их как результат диагенетического перераспределения первоначально коллоидных гидроокислов А1. В пользу этого говорит наличие пизолитово-оолитовых структур в ла­ теритах, являющихся элювиальными образованиями. Конкрецион­ ное строение аллитов также, несомненно, результат диа- и катагепетического перераспределения минеральных компонентов породы.

О б л о м о ч н ы е бокситы слагаются переотложенными фраг­ ментами размытых более древних бокситов. Их цементирующая масса — коллоидные гидроокислы алюминия. Размер обломков может быть самый разнообразный. Сложность диагностики обло­ мочных бокситов состоит в том, что материал таких бокситов, от­ ложенный в виде делювия, аллювия или озерных осадков, может подвергаться дальнейшему преобразованию. При этом происходит новое перемещение соединений Al, Fe, Ti и кремнезема, что при­ водит к формированию конкреционных и пизолитово-оолитовых об­

белыми. В шлифах отмечается однородная коллоидная масса (гид­

роокислов алюминия), более или менее интенсивно окрашенная соединениями железа.

К р и с т а л л и ч е с к и е б о к с и ты состоят из скоплений мик­ роскопических игольчатых кристаллов диаспора. Часто содержат примесь глинистого материала и хлоритов.

Условия образования аллитов

Латериты — типичные породы коры выветривания, формирую­ щейся в процессе химического разложения различных материнских пород в условиях жаркого гумидного климата (см. гл. 2). Бокситы

мируются в процессе латеритного выветривания и поэтому часто

в породы коры выветривания и отсутствие четких признаков седиментационного происхождения. Некоторые исследователи (В. П. Петров) высказывают предположение о том, что в формиро­ вании латеритного профиля существенную роль кроме процессов выветривания играют процессы местного перемывания, переработ­ ки верхних частей профиля, обогащающие латерит глиноземом и приводящие к образованию латеритных бокситов. Промышленное значение имеют латеритные бокситы палеоген-неогенового и чет­ вертичного возрастов. На долю месторождений таких бокситов в Индии, Африке, Австралии и США приходится большая часть ми­ ровых запасов алюминиевого сырья.

О с а д о ч н ы е бокситы представляют собой породы, обра­ зовавшиеся в результате осаждения гидроокислов алюминия в водной среде. Обломочные разности, состоящие из скоплений об­ ломков бокситового состава (продуктов эрозии более древних бок­ ситов), по существу могли бы быть отнесены к обычным терригенным породам, так как их образование целиком контролируется процессами механической дифференциации обломочного боксито­ вого материала под влиянием силы тяжести.

Другие разновидности бокситов: пелитовых, конкреционно­ оолитовых и т. д. — пространственно не связаны с корами вывет­ ривания. Проблема их происхождения остается, в известной мере, дискуссионной. Обсуждаются:

— существо процесса, высвобождающего большие массы сво­ бодных гидроокислов А1, поскольку не все осадочные бокситы рас­ полагаются в зонах тропического палеоклимата, для которого ис­ точник А1 — латеритная кора — известен;

— условия и формы миграции А1 в условиях земной поверхно­ сти, в частности разделение А1 и Si, при котором масса А1 попадает в бассейн осадконакопления, a Si не попадает.

Рассмотрение вопроса о характере процесса, высвобождающе­

го А1, показало, что при наличии достаточно богатых материн­ ских пород возможны несколько источников А1:

—выветривание латеритного типа;

—специфическое, так называемое серно-кислотное выветрива­ ние, например пород, обогащенных сульфидами, которые, окис­ ляясь, дают серную кислоту H2S 04, разлагающую минералы гли­ нистых пород с образованием A12(S04)3;

—растворение пород, например известняков, содержащих рас­ сеянную примесь гидроокислов А1, которые будучи малоподвижны­ ми концентрируются в виде остаточных скоплений.

Некоторые исследователи в качестве возможного источника А1 рассматривают гидротермы, которые могут выносить в бассейн осадконакопления соединения А1.

Перенос освобожденного А1 в зоне осадкообразования в значи­ тельных количествах возможен:

—в условиях резко кислой реакции среды (при pH меньше 4), когда А1 может мигрировать в виде свободных гидроокислов (см. рис. 2.3);

—в виде коллоидно-защищенных систем, в соединении с гуму­ совыми компонентами, образующими подвижные металлооргани­ ческие комплексы — гуматы;

—в виде растворимого сульфата алюминия A12(S04)3 — про­ дукта серно-кислотного выветривания;

—в виде субколлоидиых суспензий.

Среди осадочных месторождений бокситов в зависимости от тектонического режима территории, на которой формировались седиментациониые скопления гидроокислов А1, выделяются две группы месторождений: платформенные и геосипклинальные.

П л а т ф о р м е н н ы е м е с т о р о ж д е н и я б о к с и т о в во многих случаях сформированы в ясно видимой связи с древними или современными им корами латеритного выветривания, которые и являлись поставщиками гидроокислов А1. Месторождения нахо­ дятся на окраинах синеклиз и в небольших котловинах внутри приподнятых участков платформы. Отложение бокситов происхо­ дило в речных долинах, озерпо-болотпых и лагунных бассейнах, а также в карстовых депрессиях рельефа поверхности выветриваю­

формировались в прибрежно-морской обстановке в краевых частях геосинклинальных прогибов, в зоне, примыкающей к платформе. Отложение бокситов, которое обычно связано с перерывом в осадконакоплении, осуществлялось во впадинах, депрессиях и прова­ лах на закарстованиой поверхности ранее отложившихся карбонат­ ных толщ, часто представленных рифогепными известняками или доломитами. Бокситоноспый горизонт, как правило, располагается в основании новой карбонатной толщи трансгрессивно, по без рез­ кого углового несогласия, лежащей на крайне неровной поверхно­

Рис. 10.12. Сводный генетический ряд бокситовых месторождений плат­

сти более древних известняков (рис. 10.13). Бокситы заполняют неровности карстового рельефа. Кровля залежей ровная. Мощ­

ность бокситов крайне изменчива и колеблется от 0 до 30—40 м в среднем составляет 4—5 м.

Бокситоноспые горизонты геосипклимальных месторождений прослеживаются на десятки и сотни километров по простиранию Залежи бокситов могут иметь в длину до нескольких километров.

Такие месторождения связаны с мезозойскими и палеогеновыми известняками в альпийско-среди­ земноморской складчатой обла­ сти. Самые нижние части зале­ жей образованы красными рых« лыми бокситами, которые выше сменяются бурыми яшмовидны­ ми разностями. В верхней части заложи часто присутствуют свет­ лые, серые или зеленовато-серые бокситы, обогащенные лептохлоритами. Месторождения геосииклииальных бокситов не имеют видимой связи с корами выветри­ вания латеритного типа. Генезис таких месторождений остается дискуссионным. Связь бокситов

с закарстованными поверхностями известняков наблюдается f&k часто в различных районах Земли, что, несомненно, имеет сущест венное генетическое значение. По-видимому, щелочная реакция вод, связанных с известняками, способствовала осаждению гидро­ окислов А1 из суспензий.

Возможные схемы образования осадочных бокситов рассматри­ ваются следующими основными гипотезами.

О с а д о ч н а я г и п о т е з а А. Д. А р х а н г е л ь с к о г о , со­ гласно которой бокситы отлагались в нормально морских и озерноболотных условиях из истинных и коллоидных растворов (возмож­ но, защищенных органическими коллоидами), в виде которых со­ единения алюминия приносились с континента, где он высвобож­ дался в процессе выветривания, частично, вероятно, при участии серно-кислотных растворов.

А л л ю в и а л ь н а я г и п о т е з а С. Ф. М а л я в к и на объяс­ няет образование бокситов накоплением гидроокислов А1, вынесен­ ных речными потоками из размывавшихся латеритных кор вывет­ ривания в виде грубых взвесей и субколлоидных суспензий.

Г и п о т е з а t e r r a r o s s a (красная земля). Карстовые бок­ ситы представляют собой остаточные скопления гидроокислов А1, которые ранее были рассеяны в известняках и накопились в кар­ стовых депрессиях в результате растворения и выноса карбонатов. Она испытывает затруднения в связи с тем, что во многих закар-

возможного источника А1 рассматривает гидротермы, которые мог­ ли поставлять в бассейны осадконакопления растворы, содержа­ щие соединения А1. Генезис различных типов бокситов, несомнен­

Методы изучения бокситов и их практическое применение

Бокситы характеризуются большим разнообразием структурных и текстурных особенностей. Большинство аллитиых минералов при­ сутствует в бокситах в форме субколлоидпых и коллоидных сгуст­ ков, гелей и частиц в тесной смеси с топкодисперсными окислами и гидроокислами Fe и глинистыми минералами, что затрудняет изу­ чение этих пород. Наиболее надежные данные для диагностики бокситов дает химический анализ с определением содержания сво­ бодного глинозема А120 3, кремнезема Si02 и потери при прокали­ вании (ППП). Для изучения минерального состава бокситов ши­ роко используются реитгеноструктуриый анализ и инфракрасная спектроскопия.