Краткий курс литологии

щается небольшим количеством Mg, Мп, Sr, Pb, Na, Се, J и неко­ торыми другими редкоземельными элементами (Петтиджон, 1981). Широко распространенными минералами фосфоритов являются коллофан и франколит.

К о л л о ф а н представляет собой коллоидную разновидность фосфата кальция, более или менее отвечающую общей формуле Ca5(P 04, C03)3(F, Cl, ОН), с переменным количеством изоморф­ ных примесей. В шлифе коллофан изотропный, в скрещенных николях не дает интерференционной окраски, образует оолитовые и комковатые выделения, цемент и сплошные колломорфные массы. Показатель преломления минерала высокий — от 1,57 до 1,61— 1,63 (Г И. Теодорович).

Ф р а н к о л и т является кристаллическим аналогом коллофана. В шлифах для фрапколита характерна низкая темноили светло­ серая интерференционная окраска и высокий показатель прелом­ ления: Ng=l,629; Np =1,624 (Г И. Теодорович). Минерал обра­ зует обычно оолитовые, волокнистые и радиально-лучистые формы выделения. Некоторые исследователи считают, что франколит имеет состав Са5(Р 04, С03)3(0Н). Другие указывают на присутст­ вие во франколите кроме группы (ОН) фтора.

Существенную роль в составе фосфоритов играют такие оса­ дочные разновидности апатита, как фторапатит Cas(P04)3F, хлорапатит Са5(Р04)С1 и гидроксилапатит Са5(Р04)3(0Н). Иденти­ фикация отдельных минеральных видов фосфатов, участвующих в сложении фосфоритов, представляет собой сложную и не всегда решаемую задачу. Сложности диагностики фосфатных минералов вызываются не только их переменным составом, но и скрытокри­ сталлическим, часто коллоидным (реитгеиоаморфиым) характе­ ром, наличием микросмесей и взаимопрорастаний, присутствием тонкодисперсных примесей карбонатов, глинистых минералов, ор­ ганических соединений и других компонентов. Недаром состаз упоминаемых в литературе в качестве самостоятельных минералов подолита, курскита, даллита и ряда других разными исследовате­ лями трактуется по-разному.

Наиболее характерными примесями фосфоритов являются: пес­ чано-алевритовый материал, глинистые минералы, органическое вещество, часто окрашивающее фосфориты в черный цвет, глауко­ нит, кальцит, доломит и т. п.

Подавляющая масса фосфоритов имеет морское происхожде­ ние и по условиям залегания делится на два типа: пластовые фос­

фориты и конкреционные.

П л а с т о в ы е фосфориты. Крупные месторождения свя­ заны с геосипклипальпыми толщами глинисто-кремнисто-карбомат- ного состава. Таковы, например, кембрийские фосфориты района Каратау (СССР) и пермские фосфориты Скалистых гор (форма­

ция босфория, США). Известны крупные скопления фосфоритов пластового характера, связанные с платформенными отложения­ ми, преимущественно карбонатного, мергельно-известнякового со­ става (часто с кремнями). Это известные фосфоритовые месторож­ дения верхнемелового-палеогенового возраста в Марокко, Алжире, Тунисе и других странах Северной Африки. Пластовыми являются ордовикские фосфориты в Прибалтике (СССР, северо-западная окраина Русской платформы), представляющие собой прослои, образованные скоплениями обломков створок фосфатных раковин брахиопод (Obolus), залегающие среди песчаных пород ордовика.

К о н к р е ц и о н н ы е ф о с ф о р и т ы наблюдаются в большин­ стве случаев в разрезах платформенных отложений, где они пред­ ставлены горизонтами конкреций и фосфатных стяжений (желва­ ков), иногда сливающихся в своеобразные пластообразные «пли­ ты». Это желваковые фосфориты Русской платформы, связанные г* песчано-глинистыми глауконитовыми образованиями юрского и мелового возрастов. Фосфориты такого же типа присутствуют в каменноугольных отложениях Техаса (США), силурийских обра­ зованиях Швеции и других районах Земли.

Основные типы фосфоритов

Фосфориты отличаются большим разнообразием. Однако их конкретные разновидности могут быть объединены в несколько ли­ тологических типов, обладающих характерными чертами, общими для фосфоритов различных районов мира.

Пл а с то в ы е ф о с ф о р и т ы залегают в виде сплошных пла­ стов или тонкого чередования прослоев фосфоритов и вмещающих пород. Мощности фосфоритовых прослоев в таких чередованиях различны: от долей миллиметра до первых сантиметров. Отдельные пласты фосфоритов могут достигать мощности от десятков санти­ метров до нескольких метров. На крупных месторождениях их мощ­ ность составляет от 2—3 до 5—7 м. По внешнему виду пластовые фосфориты могут быть похожи на известняки, песчаники, алевро­ литы, аргиллиты или кремнистые породы. Цвет пластовых фосфо­ ритов разнообразный: от почти черного и темно-бурого до светло-

ненными среди промышленных типов фосфоритов. Термин «зерни­ стые» имеет собирательное значение и объединяет фосфориты, сложенные более или менее округлыми комочками коллофана («зернами»), возможно, копролитами и разнообразными оолито­ выми, иногда пизолитовыми образованиями. Часто бесструктурные комочки фосфата и копролиты бывают охвачены тонкими концент­ рическими оболочками коллофана или франколита (рис. 11.1, а). В зернистых фосфоритах могут присутствовать фосфатизироваппые обломки фауны. Размеры «зернистых» компонентов в таких фосфоритах чаще всего колеблются от 0,1—0,2 до 0,8—1,0 мм. Однако известны фосфориты, сложенные пизолитами, размеры ко­

торых могут достигать 1—2 см (формация Фосфория, США). Це­ ментом зернистых фосфоритов является либо коллофан (франколит), либо кальцит (доломит) Иногда наблюдается примесь пес­ чано-алевритового или глинистого материала.

Рис. 11.1. Пластовые фосфориты:

а — зернистый фосфорит: 3 — зерна (комочки) коллофана. О — коллофа-

тического, подводного разрушения полузатвердевшего фосфатизированного ила усиливавшимися течениями или волнениями. Неко­ торые исследователи считают, что бесструктурные коллофановые комочки зернистых фосфоритов, возможно, являются продуктами подводного перемыва фосфатных илов.

А ф а н и т о в ы е ф о с ф о р и т ы представляют собой сплошные массы бесструктурного коллофана. Прослои небольшой мощности и отдельные пласты таких фосфоритов отмечаются в разрезах фосфоритоносных геосинклинальных толщ. Обычно фосфат афанитовых фосфоритов содержит примесь глинистых частиц и рассеянно­ го органического вещества, придающего ему черную окраску. Иногда па фоне бесструктурной коллофаповой массы при скрещен­

коллофаном и частично франколитом. Фосфориты обычно почти

не сцементированные, рыхлые. Для них характерна примесь хоро­ шо окатанных кварцевых зерен. Иногда наблюдается кристалличе­ ский кальцитовый цемент (рис. 11.1, б).

Фосфориты такого же типа образуют месторождения в районах Прибалтики (СССР). Пласты оболовых фосфоритов здесь дости­ гают мощности 1—2 м и залегают среди рыхлых песков и песча­ ников ордовикского возраста. Оболовые фосфориты обнаружены в районах Восточной Сибири (р. Подкаменная Тунгуска и др.).

К о н к р е ц и о н н ы е ф о с фо р и ты залегают в виде отдель­ ных конкреций и конкреционных горизонтов в песчано-глинистых или глинисто-карбонатных толщах платформенных отложений. В результате подводного перемыва осадков, содержащих рассеянные конкреции, последние накапливаются на дне бассейна, образуя го­ ризонты, резко обогащенные конкрециями. В результате продол­ жающегося фосфатонакопления, а частично — перераспределения фосфата в процессах диа- и катагенеза, накопившиеся конкреции цементируются и сливаются в сплошную фосфоритовую «плиту» — пласт. Цвет конкреционных фосфоритов: от темно- и буровато-се­ рого до черного — связан со значительной примесью рассеянного органического вещества.

Наряду с правильными шаровидными глинисто-фосфоритовыми конкрециями радиально-лучистого строения существенную, а в большинстве случаев преобладающую роль в сложении конкреци­ онных фосфоритов играют так называемые желваковые фосфори­ ты — стяжения фосфата округло-неправильной формы землистого или сплошного строения. В желваковых фосфоритах часто наблю­ даются фосфатизированные остатки фауны, примесь песчано-гли­ нистого материала и глауконита. Под микроскопом видно, что от­ дельные неправильные или округлые комочки коллофана, песчаный материал и сгустки глауконита цементируются фосфатом, обога­ щенным рассеянным органическим веществом. Часто можно наблю­ дать более позднюю генерацию фосфатного цемента, образованного кристаллическим фосфатом — франколитом (рис. 11.1, в).

Условия образования фосфоритов

Характер вмещающих пород, особенности литологии фосфори­ тов, их частая связь с глауконитовыми фациями, находки морской фосфатизированной фауны и т. п. показывают, что накопление фосфоритов происходило в морских бассейнах нормальной солено­ сти, в зоне шельфа. Исследователи пытались по-разному объяснить генезис фосфатных накоплений. Наибольшее распространение по­ лучила гипотеза А. В. Казакова, согласно которой фосфориты вы­ падают в осадок хемогеиным путем в зоне морского шельфа при подъеме глубинных морских вод, насыщенных углекислотой и фос­ фатами, которые обогащают морскую воду в интервале глубин 400—1000 м за счет разложения отмирающего микропланктона. При выходе на шельф в условиях снижения давления и повышения температуры воды фосфаты и карбонаты кальция достигают пре­

дела насыщения и осаждаются, образуя фосфатпзпропанные илы. Л. В. Казаков объяснял связь конкреционных фосфоритов с плат­ форменными отложениями тем, что платформенные моря обладали широким пологим шельфом, на котором осаждавшиеся фосфаты «размазывались» на большой территории.

Г Н. Батурин, изучая современные фосфоритоносные океаниче­ ские осадки на Атлантическом шельфе юго-западной Африки и Тихоокеанском шельфе Южной Америки, уточнил картину морско­ го фосфатонакоплепия и процесса фосфоритообразования. Зоны усиленного накопления фосфора в осадках действительно связаны с районами подъема глубинных океанических вод, обогащенных фосфором (зоны апвелинга).

Поступление фосфора в зону шельфа приводит к бурному разви­ тию всех форм жизни, особенно фито- и зоопланктона, т. е. к био­ генному, а не химическому, как считал А. В. Казаков, извлечению фосфора из морской воды. Масса отмирающего в результате био­ цикла планктона (и других организмов), опускающегося на дно, вносит фосфор в осадок, где при разложении органического веще­ ства происходит обогащение осадка фосфатами и формирование различных микро- и макростяжений, комочков и сгустков фосфата. Периодический перемыв полужидкого осадка и вынос из него тон­ ких фракций приводит к обогащению остающегося концентрата фосфатными «зернами», микрорастяжепиями и т. д. Происходит формирование фосфоритного слоя.

Резко замедленная седиментация и периодический перемыв осадка являются факторами, благоприятствовавшими накоплению фосфатного вещества, на что указывают многие исследователи. Следы такого подводного перемыва осадков часто наблюдаются в разрезах фосфоритовых пачек.

Анализируя особенности процесса образования фосфатных на­ коплений, Н. М. Страхов отмечал, что среди гумидпых отложений господствуют конкреционные песчаные и глауконитовые фосфори­ ты. Это подчеркивает малую интенсивность процесса концентрации фосфата в условиях гумидного литогенеза, которую можно объяс­ нить, по мнению Н. М. Страхова, сложностью климатического ре­ жима, переменчивым и слабым подтоком па шельфы глубинных вод, обогащенных фосфором. Осаждаясь в рассеянном состоянии, фосфориты концентрировались в процессах дна- и катагенеза, об­ разуя стяжения, желваки и конкреции.

Фосфориты, овязанные с толщами осадков, накапливавшихся в бассейнах, которые располагались в зонах аридного климата, в основном пластовые, что указывает на резкую интенсификацию осаждения фосфатов, связанную с характером климата и устойчи­ выми течениями, выносившими на шельф большие массы фосфора. Аридное фосфоритообразование было приурочено к геосинклина­ лям, краевым прогибам и областям платформ, прилегавшим к гео­ синклиналям. Соседство с глубокими котловинами геосинклннальных морей, которые давали большие массы воды, насыщенной фос­

фатами, и небольшая ширима шельфа, по мнению Н. М. Страхова, усиливали процесс накопления мощных пластовых фосфоритов.

Методы изучения фосфоритов и их практическое применение

Большое разнообразие внешнего облика фосфоритов затруд­ няет их полевое определение. Фосфориты не всегда можно отличить от известняков и доломитов, песчаников и алевролитов, кремни­ стых сланцев и яшм. Для того чтобы убедиться непосредственно на обнажении, содержит ли порода фосфаты, используют простую, но очень эффектную качественную реакцию на фосфор, которую даег раствор молибденово-кислого аммония в азотной кислоте. Одна-две капли реактива в присутствии фосфатных соединений дают яркую яично-желтую окраску. Реактив готовится путем растворения мо­ либденово-кислого аммония в горячей воде до насыщения. К полу­ ченному раствору приливают такой же объем концентрированной азотной кислоты, после чего реактив готов к использованию.

Как уже указывалось, изучение минералогии фосфоритов пред­ ставляет собой трудную и не всегда разрешимую проблему, хотя для целей идентификации отдельных минеральных видов исполь­ зуются рентгеноструктурный, термографический и другие виды анализов. Наиболее широко применяется петрографическое изуче­ ние в шлифах и химический анализ, данные которого в первую оче­ редь используются для промышленной оценки фосфоритов как по­ лезных ископаемых.

Пригодность фосфатных пород для разработки оценивается по содержанию в них Р2О5. Идущее на переработку фосфатное сырье должно содержать в зависимости от технологии и целей переработки от 20—23 до 32—35% Р2О5. Однако для добычи используются руды со значительно меньшими содержаниями. Так, например, оболовые фосфориты (ракушняковые) легко обогащаются, поэтому их добы­ ча рентабельна даже при содержании в породе всего 5 % Р2О5.

Фосфориты являются сырьем для производства прежде всего фосфорных удобрений для сельского хозяйства. Незначительная часть добываемых фосфоритов идет для переработки на фосфор, фосфорную кислоту и другие химические соединения, содержащие фосфор, используемые в различных отраслях промышленности. Ми­ ровая добыча фосфатных руд составляет около 100 млн т в год.

Вопросы и упражнения

1.Какие породы называются фосфоритами?

2.Какие фосфатные минералы играют главную роль в составе фосфоритов? Укажите их химический состав.

3.С чем связана сложность диагностики отдельных минеральных видов фос­

фатов?

4.На какие две основные группы можно разделить фосфориты по усло­ виям залегания?

5.Дайте характеристику зернистых фосфоритов.

6.Что представляют собой ракушняковые фосфориты?

7.Как образуются конкреционные фосфоритовые «плиты»?