книги из ГПНТБ / Капустин Ю.Л. Минералогия коры выветривания карбонатитов

Т а б л и ц а 1

Особенности строения карбонатитовых массивов различного эррозпонного среза

бенно—определения направления перемещения материала и об­ разования вторичных концентраций иа их поверхности.

В современных эрозионных срезах подавляющее большинствомассивов представляет собой округлые тела (рис. 8). В зависимости от климатических условий на массивах развиваются различные формы рельефа. Если не учитывать проявлений молодой (посткарбонатптовой) тектоники, наблюдающейся в некоторых массивах, можно отметить некоторые общие закономерности строения и раз­ вития их рельефа. В зависимости от климатического пояса в мас­ сивах преобладает то выветривание карбоиатитов, то выветрива­ ние силикатных пород. В массивах Африки и Бразилии карбоиатиты образуют в рельефе холмы, возвышающиеся над окружаю­ щей местностью на 100—300 м (Торор, Чилва, Кангапкунде, Лулекоп, Панда Морру-да Мина в Якупнраиге). На силикатных породах развиваются равнинные формы и слабые депрессии. Поэтому массивы имеют вид холма, окруженного депрессиямиг и наиболее хорошо обнажены в них карбоиатиты. В массивах умеренного климатического пояса, наоборот, карбоиатиты вывет­ риваются более интенсивно, на них развиваются депрессии, и формы рельефа на таких массивах имеют вид чаши, в дне ко­ торой располагаются карбоиатиты. Не только рельеф, но и мощ­

н щелочные породы слагают края таких депрессий. На ультрабазнтах развиваются пологие, слабо возвышенные холмы (Ковдор, Вуорпярви). Естественно, что эти заключения справедливы только для массивов с сохранившейся корой выветривания. Массивы, подобные Африканде, Лесной и Озерной варакам,. с которых снесены рыхлые отложения, представляют собой поло­ гие возвышенности (на западной окраине Африканды на сгла­ женной и округленной поверхности пироксенитов четко заметна грубая ледниковая штриховка). Рельеф этих массивов, как н рельеф прилежащей к ним местности (слабо холмистая равнина)г вероятно, сформировался в ходе развития оледенения и не имеет прямой зависимости от состава и выветриваемости коренных пород.

Развитие ледниковых форм рельефа хорошо заметно на всех массивах Кольского полуострова. Так, площадь массива Вуориярви представляет собой слабо холмистую равнину с чрезвычайно пологими формами. Вне зависимости от коренных пород в рельефе преобладают вытянутые в субмеридиоиальном направлении длин­ ные невысокие и пологие гряды, сложенные то коренными пироксенитами (Неске-вара и Петяйаи-вара), то мощными лед­ никовыми образованиями (камы вдоль северного берега оз. Вуориярви). Большое значение имеет также строение древней и со­ временной гидрографической сети, также преимущественно ориен­ тированной в меридиональном направлении, с понижением к югу

52

Т а б л и ц а 2

Особенности строения рельефа карбонатнтовых массивов различных климатических зон

(депрессии озер Нескемайнен — Янисъярви, заливов оз. Вуориярви, р. Лассила). Меридиональное направление имеют и до­ лины рек у массива Салланлатва, а в центре Кольского полу­ острова большинство долин н депрессий вытянуто в северо-запад­ ном направлении, вдоль наиболее вероятного направления дви­ жения ледника. Массивы Африканда, Озерная и Лесная варака окружены депрессиями этого направления (табл. 2).

Таким образом, в областях, подвергавшихся оледенению, рельеф складывался под действием преимущественно двух основ­ ных факторов: ледниковой абразии и древнего выветривания. Там, где оледенение отсутствовало и молодая тектоника не прояви­ лась значительно, преобладающим фактором развития рельефа становится процесс выветривания, и строение рельефа отражает дифференцированный ход этого процесса в зависимости от состава коренных пород. Интенсивность выветривания карбоиатитов, приводящая к заложению на них депрессий, стимулирует раз­ витие по ним речных систем. Деятельность рек способствует раз­ мыву кор н увеличению депрессий, в которых формируются акку­ мулятивные коры н россыпи. В то же время в депрессии сно­ сится материал с окружающих возвышенностей, и коры загряз­ няются песчаио-галечным н илисто-глинистым материалом. По­ этому в верхах кор постоянно отмечаются перемыв, силификация

иразубожпванпе остаточной редкометальной минерализации.

При сопоставлении особенностей выветривания различных пород в комплексных массивах хорошо заметно, что наиболее •сложная, полимннеральиая и сложно построенная кора разви­ вается на карбонатптах. Выветривание силикатных пород имеет близкий характер. Строение и состав кор на ультрабазитах чрез­ вычайно близки к таковым для обычных ультрабазитовых мас­ сивов габбро-перпдотитовой формации. Формирование кор вывет­ ривания на последних массивах довольно широко распространено п изучено И. И. Гинзбургом и другими исследователями, заложив­ шими основы анализа гипергенных образований (Гинзбург, 1947; Гинзбург, Рукавишникова, 1951; Гинзбург, Яницкий, 1952). Вы­ ветривание щелочных пород развито относительно слабо и имеет простой характер на большинстве массивов (Писемский, 1959). Выветривание силикатных пород в целом имеет много сходных черт (табл. 3) и не приводит к образованию значительных вто­ ричных рудных концентраций.

КАРБОИАТИТЫ

Развитие процессов выветривания на карбонатитах весьма 'Своеобразно и резко отличается от аналогичного процесса на силикатных породах. Постоянное развитие таких кор, высокая степень концентрации в них ряда полезных компонентов — Nb, Fe, Р, TR, Sr, Zr — и высокая продуктивность обусловили

56

повышенный интерес к ним. Однако к настоящему времени коры выветривания карбонатитов изучались на единичных массивах, и сведения о них в литературе ограничены. Известны промыш­

численных массивах Африки (Сукулу, Букусу, Мрима, Мбея). Однако состав и строение их кор остались почти не изученными^ за исключением единичных массивов (Мрима — Cotzee, Edwards; Кангангунде —Mckie, 1962). Общие сведения приведены в свод­ ных обзорах Т. Динса (Tuttle, Gittins, а. о., 1966) н Куна (Кун,. 1961). Изучение кор выветривания карбонатитов в отечествен­ ных массивах также слабо отражено в литературе. Интересная сводная работа Е. А. Зверевой и Г. В. Писемского (1969) ка­ сается двух сибирских массивов, вопросам строения которых посвящены также работы (Бессолццын, 1963; Гуреев, Зверева,, 1963; Писемский, 1960; Писемский, Зверева, 1962; Чистов, 1965).

Коры выветривания развиты на подавляющем большинстве карбоиатитовых массивов (Капустин, 1971). Но в отечественных массивах, расположенных преимущественно в приполярной и гор­ ной местности, большая часть кор уничтожена ледниковой абра­ зией, интенсивной эрозией и сохранилась в редких участках. Такие участки во всех массивах представляют собой депрессии,, часто перекрытые ледниковыми (Ковдор), озерными (Вуориярви)^ аллювиальными (Салланлатва, Ессей) отложениями. Такое перек­ рытие способствовало консервации и лучшей сохранности рыхлых образований. На изученных массивах выветривание карбонати­ тов проявилось неравномерно. В большинстве массивов (Ковдор, Вуориярвп, Гулинский, саянские, Арбарастах, Озерный) карбо-- иатиты непосредственно выходят на поверхность, подвергаясь, лишь дезинтеграции. Однако их коренные выходы отмечаются преимущественно на возвышенностях, а в депрессиях они пере­ крыты не только наносами, но и структурной корой. Неравно­ мерность развития выветривания обусловлена также неравно­ мерностью строения коренных карбонатитов. Зоны рассланцевания, развития мелких поздних прожилков или смещений в них становятся путями инфильтрации вод и интенсивного растворе­ ния. Это явление подчеркнуто и в Якупиранге Г. К. Мелыиером (Tuttle, Gittins а. о., 1966). Останцы хорошо отпрепариро­ ванных массивных крупнозернистых карбонатитов возвышаются в Якупиранге на 10—30 м над впадинами, развившимися по зо­ нам нарушения. Это явление проявлено в карбонатитах Ковдора и саянских массивов, но здесь в карбоиатитовых телах развиты мелкие узкие линейные зоны или впадины, к которым приуро­ чено максимальное проявление карстообразованпя. Развитие карстов, характерное для известняков, отмечается и в карбона­ титах. Поверхность карбоиатитовых тел в Ковдоре, Салланлатве, саянских массивах неровная, с многочисленными системами мелких

57

выступов п впадин. К впадинам (особенно линейным) приуро­ чены мелкие временные водотоки, которые еще более эродируют породы. Значительных карстовых полостей в карбонатитах не обнаружено, но зоны линейных кор (по тектоническим зонам) в саянских массивах достигают глубины 70—80 м при мощности 1—10 м. Возможно, что в умеренной зоне гумидного климата, при кислом характере поверхностных вод, богатых органическими кислотами и СО2 , растворение карбонатов происходит интен­ сивнее, чем в тропическом климате. Об этом свидетельствует развитие депрессий на карбонатитах в умерениой климатиче­ ской зоне, в то вре.мя как в тропической зоне карбонатиты сла­ гают возвышенности (см. выше).

Мощность кор выветривания на карбонатитах варьирует в ши­ роких пределах. На слабо эродированных массивах тропической зоны, где сохранность рыхлых образований максимальна, мощ­ ность их достигает 10—20 м, местами превышая 30 м, а по отдель­ ным линейным зонам достигает глубины 70—120 м (Мрима, Луепт, Чилва). В отечественных массивах мощность площадной коры выветривания обычно 5—10 м, но иногда превышает 20—30 м (саянские массивы). Интенсивный снос материала с возвышен­ ных участков н аккумуляция их в депрессиях приводят к нерав­ номерному распределению рыхлых отложений на площади отдель­ ных массивов. Микрорельеф поверхности крупных тел карбона­ титов обычно неровный и покрыт системами впадин, появление которых обусловлено интенсивным карстообразованием. На обна­ женной поверхности карбонатптов Нгокнесаянского массива, с которых были сняты рыхлые отложения, хорошо заметно раз­ витие углублений по зонам расслаицевания и по контактам раз­

витию карстов. В южной части Нижиесаянского массива по зонам интенсивной трещпноватости пород вероятно развиваются мощ­ ные зоны карстов. Здесь известны значительные выбросы глубин­ ных артезианских вод, инфильтрация которых проходит по кар­ стовым зонам. Современное выветривание карбонатитов развито слабо во всех регионах. На абрадированиых ледником телах карбонатитов Кольского полуострова развиты лишь зоны дезин­ теграции, и жилы карбонатитов прослеживаются в слабо изме­ ненном или не нарушенном залегании почти до поверхности (до слоя почвы). Древнее выветривание карбонатитов в зонах умеренного климата проявлено значительно интенсивнее, и под ледниковыми отложениями обнаруживаются отдельные участки мощных рыхлых образований. Формированию мощных палеокор способствовал более жаркий и влажный климат верхнемезо- зойско-палеогенового времени.

Процессы выветривания карбонатитов, кроме географических факторов, в значительной мере определяются минеральным сос­ тавом первичных пород. В целом, по характеру выветривания.

58

карбопатиты исключительно резко отличаются от силикатных пород. Формирование силикатных кор происходит при интен­ сивной гидратации н гидролизе первичных силикатов. Процесс выщелачивания компонентов в ппх выражен слабо и преимуще­ ственно усиливается в верхах кор. Для тропического климата отмечается интенсивный вынос Si0 2 и на ранней стадии (Лиси­ цына и др., 1971). При выветривании карбонатитов выщелачи­ вание настолько интенсивно, что происходит полное изменение соотношений катионов в породах. Накопление остаточных минералов в ходе выветривания карбонатитов приобретает опре­ деляющий характер, и лишь в верхах кор возрастает содержание Si0 2 и А1 2 0 3 . Вынос значительного количества первичных компо­ нентов приводит к резкому уменьшению объема пород. Структур­ ная кора сохраняется редко и то лишь на отдельных типах карбопатитов. Обычно в рыхлых отложениях структурность теряется уже в нижних зонах. В этих условиях приобретает большое значение изучение поведения отдельных минералов, а не элемен­ тов, так как содержание одного и того же элемента может быть связано с минералами различного происхождения: новообразо­ ванными или остаточными. К тому же, как описано ниже, в корах на породах различного состава одни и те же элементы ведут себя по-разному. Для некоторых из них определяющее значение для поведения имеет первичная минеральная форма.

Резко отличается и характер выветривания основных типов карбонатитов: ранних и поздних (Капустин, 1964, 1971). Ранние карбонатиты сложены кальцитом н содержат магнетит, апатит, флогопит, форстерит, пироксен и акцессорные — пирохдор, бадделеит, цпркелит. Поздние карбонатиты сложены карбонатами ряда доломит — анкерит и содержат сидерит, барит, сульфиды, стронцианит и карбонаты TR, Ва и Sr. Из-за резкой разницы в со­ ставе и выветривание этих типов пород происходит различно. Наиболее важно различие в составе карбонатов. Содержание их в коренных породах составляет от 50 до 95%, п поведение карбо­ натов в гипергенных условиях в значительной мере определяет пути формирования кор. Кальцит легко выщелачивается метеор­ ными водами без остатка. Са выносится в гпдрокарбонатной форме, обладающей значительной растворимостью в обычных условиях. Магнезиально-железистые карбонаты в гипергенных условиях разлагаются, содержащиеся в них Са и Mg выносятся практически нацело, a Fe2, выделяясь, окисляется и накапливается. Большое влияние оказывает и присутствие в поздних карбонатитах сульфидов. Окисляясь, сульфиды (особенно пирит и пирротин) выделяют активные сернокислые растворы, воздействие которых усиливает растворение пород. Вследствие более легкой выветри­ ваемое™ поздние карбонатиты обычно изменены значительно сильнее и на большую глубину, чем ранние.

59

1969), рассматривая кору выветривания карбонатитов одного из •сибирских массивов, выделяет в неперемытой коре следующие зоны (снизу вверх): 1) невыветрелые карбоиатиты; 2) необохренные продукты дезинтеграции; 3) обохренные продукты дезинте­ грации; 4) охристые продукты выветривания; 5) перемытая кора. Зверевой указывается на наличие в низах разреза зоны «карбо­ натной сыпучки». Эта зональность, несомненно, правильно опи­ санная, отражает однако лишь особенности внешнего облика образующихся пород, совершенно не показывая их минераль­ ного состава или сущности преобладающих процессов. К тому же Е. А. Зверева, подчеркивая различия в характере выветривания карбонатитов разного состава, тем не менее приводит описание лишь обобщенного разреза коры п обобщенной, приведенной выше «зональности».

Ниже отмечено, что характер выветривания и состав образую­ щихся кор на ранних и поздних карбонатитах различны и зональ­

развития различных процессов при выветривании ранних и позд­ них карбонатитов также различны и один и тот же процесс в одних породах может преобладать, а в другнх не имеет существенного значения. Так, процесс «обохривания» поздних и анкернтизироваиных ранних карбонатитов приводит к формированию мощных зон железистых охр. В ранних карбонатитах обохриваются прежде всего неустойчивые силикаты (оливин, пироксен), кальцит же почти целиком выносится и количество образующихся охристых продуктов незначительно. Кроме того, в коре выветривания опи­ санного Е. А. Зверевой сибирского массива основу коры состав­ ляют не охры, а ионтронит н монтмориллонит со значительной (20—40%) примесью гидрофлогопита, вермикулита и рихтерита. Постоянно присутствуют остаточные апатит, магпетит, а содержа­ ние гпдрогётита и гётита обычно ниже 20 %. Количество глинистых минералов резко возрастает в верхах рыхлых отложений (до 60%), где основу коры образуют монтмориллонит и галлуазит, реже —

или глинисто-гидрослюдистой. Содержание в ней остаточных ми­ нералов постоянно превышает 20%, а чаще — 30—40%. Содер­ жание лимонита в рыхлой массе на ранних карбонатитах обычно не превышает 20%, но на поздних лимонит образует крупные скопления. Обычно он обособляется в кавернозно-пористые массы и лишь в низах разреза имеет дисперсный «охристый» вид.

Аналогичное явление отмечено в рыхлых отложениях Вуориярви, Салмагорского, Салланлатвинского и Верхнесаянского массивов. Детальное описание разрезов кор выветривания на кар-

60