книги из ГПНТБ / Тугаринов А.И. Общая геохимия. Краткий курс учеб. пособие

то pH раствора не будет изменяться под действием буферной реакции

НСОз + S i0 2 + HSiC>3 + C 0 2t

вместо

НСОу —-ОН- + с о 2

(см. кривую А на рис. 80).

Если же подобная буферная система будет отсутствовать, то снижение концентрации С 02 в конце концов приведет к резкому по­ вышению щелочности раствора под влиянием второй реакции

Рис. 80. Схема отложения настурана (уранил-иона) при разных pH и меняющемся давлении углекислоты:

Л — в присутствии буфера (БіОг); В —•• в отсутствие буфера.

[HCOü = ОН- + С 02], и тогда урановая смолка может снова стать на короткое время растворимой, после чего она окончатель­ но выпадет из раствора (см. кривую В на рис. 80).

Следовательно, поддержание уранила в растворенном состоя­ нии зависит в первую очередь от концентрации в растворе адденда, в данном случае С 02.

Если теперь мы попытаемся проанализировать природные усло­ вия появления урановых руд, то станет очевидным, что понижение концентрации адденда могло происходить двумя путями. При обра­

зовании глубинных месторождений, не имеющих связи с поверх­ ностью в виде крупных дислокаций, интенсивные метасоматические процессы протекали с поглощением значительных количеств углекислоты, расходуемой на образование карбонатов, сопутствуе­ мых мощными толщами натровометасоматических пород. Утрата раствором углекислоты происходила за счет ее поглощения вме­ щающими породами с образованием карбонатов. Во втором случае имело место вскипание рудоносного раствора с удалением углекис­ лоты в результате значительного перепада давлений в рудной зоне. Два разных механизма, но приводящих к одному эффекту — паде­ нию давления углекислоты и осаждению урана в виде его окисла. Однако скорость процесса осаждения весьма сильно меняется, приводя к разным парагенезисам, возникающим в результате раз­ личий в обоих процессах.

В первом случае (глубинные метасоматические месторождения) замещение вмещающих пород карбонатными метасоматитами и со­ провождающими их натровыми метасоматитами — эгиринитами, альбититами — идет медленно. Уран в этом типе месторождений откладывается в виде ничтожно маленьких кубических зерен диа­ метром не более 0,1 мм среди карбоната, гематита, гидрослюд, со­ провождающих этот длительный процесс, и образует огромные по простиранию (километры), мощности (десятки метров) и падению (сотни метров) залежи. Никаких иных рудных минералов в ассоциа­ ции с уранинитом в подобном случае не возникало.

При близповерхностном процессе локализация руд происходит в трещинах в виде линзовидных жил, слагающих достаточно обшир­ ные рудные поля, но всегда отличающихся прерывистостью сло­ жения. Строение подобных жил бывает более или менее симметрич­ ным. Урановая смолка, образующая сравнительно мощные выделе­ ния (до нескольких метров), ассоциируется с кальцитом и различ­ ными рудными минералами, состав которых во многом определяется данной рудной провинцией. Сопровождающими минералами могут быть галенит, молибденит, арсениды кобальта и никеля. Быстрое, внезапное изменение условий при образовании данного типа руд приводит к хаотичному выделению из рудного раствора массы ком­ понентов, вызванному пересыщением рудоносного раствора при быстром падении внешнего давления (рис. 81, табл. 52).

Изучение состава рудоносных растворов дало еще одно дока­ зательство формы переноса уранила. Так, на одном из месторожде­ ний последовательное изменение концентрации углекислоты в газо­ во-жидких включениях в различных минералах, образовывавшихся по мере выполнения жилы, оказалось следующим: кварц — 9 г/л, углекислоты, кальцит — 2 г/л и, наконец, урановая смолка — 0,5 г/л, т. е. выпадение смолки происходило на фоне непрерывного снижения концентрации углекислоты в растворе, достигшей ми­ нимального значения в пострудную стадию.

Следовательно, миграция гидротермальных растворов в поро­ дах земной коры сопровождается перемещением огромных масс

турный фактор для рудных и нерудных зон месторождения был одинаков.

Одним из крупных открытий было установление факта привноса рудоносных растворов не по главным подводящим структурам, а просачивание их по трещинным зонам вдоль контакта с гранит-

Рис. 82. Распределение руд в зависимости от концентрации С02 в газово-жидких включениях, степени контактового метаморфиз­ ма и жильности пород:

/ — жильность; 2 — С02 (гидротермальная); 3 — С02 (контактового мета­ морфизма); 4 — металл.

ными интрузиями к главному разлому. Такой вывод был сделан на основе наблюдений над поведением углекислоты в рудах, изме­ рений температур и давлений в них.

§ 4 . С В И Н Е Ц , Р Т У Т Ь , С У Р Ь М А

Происхождение залежей галенита, киновари и аурипигмента связано с температурой их образования, находящейся, по послед­ ним данным, в некотором противоречии с ранее созданными пред­ ставлениями.

Так, температуры отложения галенита варьируют около 150° С, в то время как для киновари и аурипигмента они равны 200°С при значительных давлениях, сопровождающих локализацию их

руд (1500 атм).

Обнаружение значительных концентраций свинца в глубинных рассолах оз. Челекен и скважин близ Сан-Франциско, на дне Крас­ ного моря (в виде хлоридов), дало основание H. Н. Барановой ут­ верждать, что одной из возможных форм миграции свинца в широком

диапазоне возможных давлений PH2S является Na2PbCl4. Это комплексное соединение устойчиво, несмотря на сравнительно вы­ сокое значение P H 2S , при иных растворимых соединениях свинца вызывающее осаждение PbS. В то же время H. Н. Барановой было показано, что перенос свинца при давлении РНгs < Ю-3 атм мог осуществляться в виде его соединения РЬС03, являющегося ос­ новной растворимой формой свинца при 150—200° С (рис. 83).

Зная, кроме температуры образования галенита, концентрацию С 02, сопровождающую его выделения (10 моль/л), можно предпола­ гать, что образование крупнейших месторождений галенита скорее

^Яон- ).

Аналогичные данные были получены Б. О. Манучарянцем и И. Л. Ходаковским для сурьмы и ртути, для которых температура образования сульфидов составляла 200° С, что указывало на резкое сокращение полей антимонита и киновари на диаграмме Р8сульф —

pH в щелочной области (рис. 84). Следовательно, выпадение их из раствора должно было происходить при высоких температурах в са­ мородном виде даже в условиях сульфидных месторождений (Сеймаиоки, Финляндия), а для обычных условий (температура обра­ зования 200° С) оно должно было протекать уже из слабокислых растворов (точка, отвечающая pH = 7 для растворов при 200° С), скорее всего углекислоты, при pH < 7.

Об этом свидетельствуют результаты определения концентра­ ции углекислоты в газово-жидких включениях антимонита, дости­ гающей 15% объема всего включения при нормальных условиях (до 7,6 моль!л С 02).

Аналогичные выводы для условий кристаллизации аурипигмента (AS2S3) и висмутина (Bi2S3), происходившей из слабокислого гидротермального раствора, богатого углекислотой, были сделаны Э. И. Сергеевой, В. Б. Наумовым и И. Л. Ходаковским.

Учитывая, что в последние годы на многих месторождениях в составе включений все чаще обнаруживают значительное содер­ жание углекислоты, приближающее гидротермальные растворы к природным нарзанным источникам, можно утверждать, что зна­ чительная масса рудных компонентов, особенно завершающая (в температурном выражении) стадия гидротермального процесса (сульфидов), обязана своей миграцией углекислым растворам, в то время как осаждающим фактором служила локальная кон­ центрация сероводорода, в значительной своей части биогенного происхождения (см. гл. 17).

§ 5 . И С Т О Ч Н И К Р У Д Н О Г О В Е Щ Е С Т В А

В начале главы была изложена общепринятая концепция гидро­ термальных растворов гранитного происхождения. Однако наряду с ней в последние годы все большую популярность завоевывает осадочно-метаморфогенная гипотеза, отводящая главную роль как источнику металлов осадочно-метаморфическим породам, при миг­ рации сквозь которые нагретые воды могли обогащаться рудными компонентами за счет рассеянных в них металлов.

Чем вызвано появление этой гипотезы?

Прежде всего противоречиями в теории гидротермальных рас­ творов гранитного происхождения. Эта теория не в состоянии объяснить различий в составе руд разных провинций, появление рудной минерализации, дефицитной по отношению к рудоначаль­ ному интрузиву, существование рудных залежей вдали от какихлибо интрузивов.

В данном случае не перечисляются другие признаки, такие, как биогенное происхождение серы некоторых сульфидов либо сходство свинца рудных залежей и вмещающих пород по своему изотопному составу, являющиеся предметом рассмотрения гл. 17 и находящиеся в вопиющем противоречии с их гидротермальным генезисом.

Одним словом, гидротермальные растворы в классическом их понимании как конечный продукт дифференциации магматического расплава не в состоянии сегодня полностью раскрыть картину про­ исхождения источников рудного вещества.

В качестве альтернативы этим взглядам была выдвинута оса­ дочно-метаморфогенная концепция, которая базировалась на сле­ дующих положениях, во многом заимствованных у ранее известной так называемой латераль-секреционной гипотезы. Эту гипотезу впервые выдвинул в 1863—1871 гг. Б. Бишоф. В 1882—1885 гг. Ф. Зандбергер исследовал распределение рассеянных элементов в минералах вмещающих пород и установил в них присутствие мно­ гих рудных компонентов — никеля, кобальта, меди, свинца, цинка

и др. На этом основании он высказал предположение, что нисхо­ дящие воды могли выщелачивать эти компоненты и затем переоткладывать их в виде жил либо метасоматических тел. Спустя не­ сколько лет эта гипотеза была проверена А. Штольцнером, вы­ ступившим с критикой Ф. Зандбергера. А. Штольцнер привел свои данные по содержанию элементов в гнейсах Пршибрама (ЧССР). Каждая отобранная им проба подвергалась предварительной об­ работке бромом для удаления «металлических» частиц. Методи­ чески это было неверно, так как при этом удалялись и исходные рассеянные элементы из пород. Тем не менее критика А. Штольцнепа надолго задержала развитие этих идей.

Современная осадочнс-метаморфогенная гипотеза утверждает, что рудные компоненты рудоносных растворов выщелачиваются на­ гретыми восходящими водами из вмещающих пород. Движение растворов, происходящее в общем снизу вверх, стимулируется маг­ матическими проявлениями, интенсивностью прогрева пород вокруг интрузий. Под действием эффекта термовлагопроводности поровые растворы перемещаются из зоны более прогретой к более охлажден­ ной. Это движение продолжается длительный период времени от момента зарождения интрузии до ее остывания. При этом высоко­ температурные растворы сменяются низкотемпературными.

Подток растворов к области такого прогрева осуществляется непрерывно на больших глубинах. По мере охлаждения интрузива этот подток усиливается. В частности, на одном из рассмотренных выше урановых месторождений расположенная в зоне контакта с гра­ нитной интрузией толща пород в результате раннего процесса кон­ тактового метаморфизма претерпела серьезные превращения из угли- сто-хлоритов-карбонатпых пород в пироксеновые и актинолитовые роговики, сопровождавшиеся выносом не только воды, но и углекислоты (рис. 85). В дальнейшем по мерс снижения температуры этой толщи до 150° С весь последующий процесс выразился в регрес­ сивных явлениях — поступлении растворов по трещинным зонам в те же области контактового метаморфизма. Этот процесс ознаме­ новался новообразованиями доломита, кальцита по пироксенам^и амфиболам с выделением рудной минерализации.

При этом объяснении генезиса рудоносных растворов состав привносимого ими рудного груза определяется толщами пород, сквозь которые они просачиваются на пути к областям разгрузки (рудообразования). Совершенно естественно, что чем больше от­ дельные горизонты этих толщ содержали рассеянных рудных компо­ нентов, чем более подвижной была форма, в которой они находи­ лись, тем «рудоноснее» становились такие норовые растворы.

Рассмотрим некоторые из перечисленных ранее металлов. Олово известно как металл, образующий месторождения глав­

ным образом в фанерозое. Докембрийские его месторождения (по времени образования) почти неизвестны.

С. С. Смирнов отмечал исключительную тенденцию олова кон­ центрироваться в сланцах (Восточное Забайкалье). В Саксонии были

отмечены в ордовике — силуре два продуктивных горизонта, отли­ чавшихся региональным обогащением касситеритом. В Приморье установлено региональное повышение содержания олова в слан­ цево-песчаниковой толще нижнего мела, в которой (и только в ко­ торой) залегают крупнейшие месторождения касситерита. Иссле­ дование современных морских россыпей вдоль Тихоокеанского по­ бережья показало, что касситеритовые россыпи концентрируются исключительно в тонко переслаивающихся песках и глинах и исче­ зают с появлением монотонных толщ в разрезе. Иначе говоря, в трех крупных оловоносных провинциях олово систематически появляется в виде месторождений там, где до этого возникли осадочные форма­ ции, обогащенные касситеритом.

Молибден и вольфрам в скарнах — наиболее частом типе руд­ ных месторождений этих металлов, возникающих в контактных зонах гранитов и карбонатных пород, — обычно присутствуют в ви­ де молибденита и шеелита. В скарнах юго-западной Ферганы (Сред­ няя Азия), развитых в районах достаточно пестрого стратиграфи­ ческого разреза, в котором присутствовали как карбонатные породы, так и сланцевые, — господствовали молибдено-вольфрамовые скар­ ны, в то время как к северу скарновый процесс развивался среди мраморов девона и карбона. В последнем случае со скарнами ока­ зывался связан либо один шеелит, либо полиметаллы.

Аналогичная картина наблюдается в знаменитых скарновых месторождениях Цеара (северо-восточная часть Бразилии), где в карбонатных пластах серии Кайко были выявлены многочислен­ ные месторождения и мелкие рудопроявления шеелита.

Исследования 3. В. Студениковой разреза северо-восточного склона Кавказского хребта (район месторождения Тырныауз) пока­ зали четкую зависимость в распределении молибдена и вольфрама среди различных осадков (табл. 53).

Согласно этим соотношениям, толщи вмещающих пород, представ­ ленных карбонатами, в которых можно предполагать сравнительно высокое содержание рассеянных CaW04, будучи подвергнуты воз­ действию гидротерм, привели бы к обогащению просачивающихся растворов вольфрамом, а при преимущественном скоплении слан­ цев — молибденом. Нетрудно заметить, что соотношение этих двух