31. Фосфатные породы

Состав, структура и классификация фосфатных пород. К фосфатным породам относятся различные осадочные образования морского и наземного происхождения: пластовые, конкреционно-желваковые фосфориты и костяные брекчии. Обычно к фосфатным относят породы, содержащие не менее 10% Р2О5. Классификация их основана на генезисе, минеральном составе и текстурно-структурных признаках.

Главные породообразующие минералы фосфатных пород — соли фосфатной кислоты: гидроксилапатит, карбонатапатит, ряд минералов, близких к ним, — даллит (подолит), курскит, штаф- фелит (франколит) и аморфный фосфат — коллофанит. Важная составная часть фосфоритов—-карбонаты кальция, магния и железа.

Второстепенными минералами могут быть о-пал, халцедон,

кварц, глауконит, сульфиды железа и тяжелых металлов, орга­ническое вещество и терригенные частицы гравийной, песчаной и алеврито-глинистой размерности. Последние являются сущест­венной составной частью желваковых фосфоритов.

Фосфориты содержат Р₂0₅ в количестве от 10 до 40% и час­то обнаруживают повышенные концентрации редкоземельных и радиоактивных элементов (особенно костяные брекчии) весьма разнообразны по внешнему виду и текстурно­структурным признакам. Среди них встречаются породы белого, серого, темно-серого, черного, зеленовато-серого цветов. Они мо­гут напоминать конгломерат, песчаник, аргиллит и т. п. Чтобы не пропустить фосфориты, следует в поле проводить качествен­ную реакцию на содержание в породе фосфора. Для этого поро­шок породы смачивается молибденовокислым аммонием с крепкой азотной кислотой. Наличие фосфора определяется по появлению ярко-желтого осадка.

Текстуры и структуры фосфоритов: слоистые, конкреционные (и желваковые), оолитовые, псевдоолитовые, сферолитовые, ре­ликтово-органогенные, органогенные, обломочные. Залегают они среди глауконитовых, обломочных и карбонатных пород. Иногда фосфатное вещество является цементом в обломочных и глауко­нитовых породах.

Пластовые — геосинклинальные фосфориты залегают в виде пластов мощностью от нескольких сантиметров до 15—17 м, окрашены обычно в темные тона. Макроскопически похожи на песчаник, кремень, яшму. В шлифе видно, что они состоят из комочков почти изотропного фосфата, окруженного оболочкой из поляризующего свет фосфата. Эти комочки (псевдоолиты) сцементированы аморфным фосфатом.

Желваковые фосфориты распространены в платформенных отложениях. Их разделяют на кварцево-песчаные, кварцево-але­вритовые и глауконито-песчаные. В шлифе видно, что образова­лись они в результате местной цементации обломков и глаукони­та фосфатным веществом. Последнее чаще всего представлено минералом курскитом или подолитом.

Происхождение и распространение фосфоритов. Биогенная гипотеза Меррея, Кайе, Архангельского. Согласно этой гипотезе образование фосфоритов происходит в морских во­доемах в результате гибели и разложения организмов, освобож­дения Р2О5, накопленного в телах организмов, и выпадения его в осадок в виде фосфатных минералов. Обилие фосфоритов наб­людается в местах массовой гибели организмов — при встрече теплых и холодных течений и т. п.

Гипотеза Казакова. Поверхностные воды морей и оке­анов бедны Р2О5 (5—10 мг/м³). С глубиной содержание Р₂Об заметно повышается, достигая на глубине 500 м 300 мг/м³. Од­новременно падает температура воды, а давление увеличивается.

Все это приводит к возрастанию парциального давления СОг (на глубине 500 м оно равно 12,1 • 10^-4 атм).

Высокое парциальное давление С0₂ препятствует осаждению карбонатов и фосфатов. При подъеме вод на шельеф (глубина 50—250 м) парциальное давление углекислоты уменьшается и происходит осаждение сначала карбонатов, а затем и фосфатов.

Источником Р2О5 в морской воде является разложение планк­тонных организмов.

В сущности обе гипотезы сходны — источником фосфора яв­ляются организмы. Разложение организмов пополняет запас фосфора в морской воде, из которой фосфатные минералы осаж­даются химическим путем (биохемогенные гипотезы).

Однако прямое осаждение фосфатных минералов из морской воды вряд ли возможно, так как концентрация Р2О5 в морской воде далека от насыщения. Скорее всего осаждение фосфатных минералов происходит в осадке в раннем диагенезе из иловых растворов, где концентрации Р2О5 в 4—5 раз выше, чем в мор­ской воде (до 1000—1200 мг/м³).

Наиболее крупные месторождения пластовых фосфоритов из­вестны в кембрии Каратау (Казахстан), в пермских отложениях Скалистых гор (США), в верхнем мелу и палеогене северной Африки.

Конкреционные фосфориты встречаются значительно чаще. В СССР месторождения их известны в силуре (первичные) и мелу (вторичные) Подолии, в меловых и палеогеновых отложениях Днепровско-Донецкой впадины и окраин Донбасса (Изюм идр.), в меловых и третичных отложениях Поволжья, Актюбинокой об­ласти и др.

Фосфориты используются как агрономическая руда.

Костяные брекчии —породы желто-серого, желто-бу­рого цвета, довольно пористые с сравнительно небольшим удель­ным весом, состоят главным образом из позвонков рыб, реже других костей (черепа, челюсти и др.), сцементированных кар­бонатным, песчано-глинистым или фосфатным цементом. Фосфа­ты костей представляют собой гидроксил — апатит.

Костяные брекчии залегают обычно в виде сравнительно тон­ких прослоек или линз среди терригенных и карбонатных пород.

Костяные брекчии в ископаемом состоянии встречаются до­вольно редко и поэтому, как правило, не имеют практического значения.

Месторождения костяных брекчий известны в третичных от­ложениях окрестностей Змиева Харьковской области (из костей рыб) и во многих пещерах (из костей млекопитающих).

Скопление костей позвоночных описаны в девонских отло­жениях Подолии, в пермских осадках бассейна Северной Двины, в мезозойских отложениях Монголии и др.

32. Кремнистые породы химического происхож­дения— гейзериты и кремнистые туфы, кремневые конкреции, значительная часть яшм, фтаниты и лидиты.

Гейзериты и кремнистые туфы—светлые пористые породы, состоящие из опала, залегают в виде тел неправильной формы, натеков, корочек и т. п., образуются из вод горячих источников и гейзеров. Первые обычно называются кремнистыми туфами, вторые — гейзеритами.

Горячие источники и гейзеры приурочены к вулканическим областям. Классическим примером таких областей является Кам­чатка и Исландия. Воды горячих источников и гейзеров часто насыщены и перенасыщены кремнеземом. На большой глубине в условиях высокой температуры и повышенного давления крем незем находится в растворе, а когда вода выбрасывается на поверхность земли, в результате изменения давления и темпера­туры кремнезем выпадает в осадок. Таким путем образуются кремнистые туфы и гейзериты.

Кремнистые туфы часто встречаются на Кавказе и в Закав­казье, в районах развития горячих минеральных вод.

Кремневые конкреции или кремни — плотные и твердые по­роды с раковистым изломом. Окрашены в различные тона, чаще всего в серые, темно-серые и черные. Кремни в мелу и известня­ках с поверхности обычно белые, благодаря присыпке вмещаю­щей породы и процессам выветривания. Кремневые конкреции широко распространены в осадочных породах, главным образом в карбонатных — известняках, мелу, в мергелях, реже — в обло­мочных.

По составу выделяют опаловые, опало-халцедоновые, халце­доно-кварцевые и кварцевые кремневые конкреции. Конкреции в молодых отложениях имеют опаловый или опало-халцедоновый состав, в древних — халцедоно-кварцевый и кварцевый.

Кроме минералов кремнезема, в составе конкреции имеется органическое вещество, придающее кремням черный цвет, встре­чаются сульфиды железа, некоторые глинистые минералы и тер- ригенные примеси.

Кремневые конкреции весьма различны по форме и по раз­мерам. В меловых отложениях Днепровско-Донецкой впадины, на окраинах Донбасса, очень часто встречаются кремневые кон­креции (до 0,5 м в диаметре и больше).

В расположении кремневых конкреций в породе часто наблю­дается определенная закономерность. Так, например, в каменно­угольных известняках Подмосковья, Донбасса они располага­ются по напластованию цепочками, иногда сливаются друг с дру­гом, образуя прослои, пропластки и даже пласты кремнистых пород. Число горизонтов кремневых конкреций постепенно уве­личивается по мере приближения к пластам кремнистых пород.

В кремневых конкрециях очень редко встречается фауна (ча^: ще остатки организмов с известковым цементом, реже с крем­невым). Отсутствие фауны, пелитоморфная структура и состав дают основание считать, что они образовались хемогенным пу­тем.

Обычно кремневые конкреции являются продуктом раннего диагенеза, но возникают и в поздний этап, а иногда бывают эпи­генетическими. Об этом свидетельствуют минеральный состав, взаимоотношения со слоистостью (слои обтекают конкреции) и сохранность раковин в конкрециях, в то время как в самой по­роде они деформированы. Примером эпигенетических кремней являются плитообразные тела по трещинам отдельностей пород.

Яшмы — это халцедоновые и кварцево-халцедоновые породы, довольно сильно измененные. Опал встречается в яшме весьма редко. Кроме основных по­родообразующих минералов в яшме встречается ряд примесей: окислы и гидроокислы железа (яшмы бурого цвета, коричневого, красного цвета), глинистые минералы и хлориты (яшмы серого и зеленого цвета), органическое вещество (яшмы темно-серого и черного цвета).

Яшмы разнообразны по своим текстурным особенностям и по цвету: полосчатые, пятнистые, узорчатые, бурого, красного, Зеленого, серого, черного, малинового цветов. Широко распро­странены зеленоватые яшмы (от светло-зеленых до темно-зеле­ных). Есть яшмы серые до черных тонов, пестрые, когда не­сколько окрасок совмещаются в одном образце. В некоторых яшмах обнаружены остатки кремневых организмов (радиолярии, спикули губок). .Возможно, что яшмы, содержащие органические остатки, образовались хемобиогенным путем. Яшмы, лишенные Органических остатков, возникли благодаря хемогенной садке Кремнезема из морских вод. Повышенные концентрации БЮг (вплоть до насыщения и пересыщения раствора БЮг) могут воз­никать в местах подводной вулканической деятельности.

Лучшие месторождения яшм известны на Южном Урале.

Фтаниты (синоним лидит и пробирный камень) — породы черного или темно-серого цвета, полосчатые или однородные, часто сланцеватые (из-за чего их называют также кремнистыми сланцами) состоят из кварца с примесью колчедана и углистых частиц (реже графита). Встречаются в протерозойских и палео­зойских (каменноугольных) отложениях.

33. Кремнистые породы органогенного проис­хождения. К кремнистым породам биогенного и хемобио­генного происхождения относятся диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы и опоки. Все они широко распространены в ме­зозойских и кайнозойских отложениях.

Диатомиты — легкие, светлые, тонкопористые и мягкие поро­ды (объемный вес 0,4—0,8). Состоят из скорлупок диатомовых водорослей, сцементированных опалом. Как и большинство опа­ловых пород, прилипают к языку (благодаря высокой пористо­сти и большой удельной поверхности). Часто слоистые и микро­слоистые. В виде примесей содержат глинистые частицы, зерна Тлауконита, спикули губок и т. д. В отложениях четвертично- ' ^о периода широко распространен глубоководный диатомо­вый ил. Реже встречаются диатомовые озерные осадки (Се­ван и др.).

Радиоляриты — породы слоистой текстуры (часто микрослоистые) от серого до темно-серого цвета. Состоят из опала, в котором рассеяны многочисленные скелетные остатки радиолярий, содержат примесь глинистых частиц и органического веще­ства, сульфидов железа. В четвертичных отложениях встречается глубоководный радиоляриевый ил.

Ископаемые радиоляриты связаны постепенными переходами с яшмами, содержащими остатки радиолярий.

Спонголиты — белые, серовато-белые, зеленовато-серые до темно-серых, пористые и плотные (древние) породы, состоящие из спикул кремневых губок, сцементированных опалом. Часто содержат алевритовые и песчаные примеси и глауконит. Связа­ны постепенными переходами с обломочными и глауконитовыми породами, с кремнистым цементом. В современных морских от­ложениях образуются на глубинах 250—500 м. Микропористые опаловые и опало-халцедоновые породы с содержанием спикул губок 10—50% называют гезами.

Трепелы и опоки — в куске серые, беловато-серые, иногда почти белые породы, очень легкие, напоминают каолин и мел (объемный вес трепела 0,7—1,4, опок— 1,1—1,8).

Главный минерал в трепелах и опоках — опал. Он встречает­ся в виде мельчайших шариков микроскопических размеров и в виде цемента, связывающего эти шарики и другие компоненты породы. В небольших количествах можно встретить остатки кремневых организмов, в основном диатомовых водорослей, ре­же спикули кремневых губок. Вероятно, опоки и трепелы обра­зуются из диатомитов и спонголитов, претерпевших изменения при диагенезе и особенно во время катагенеза (растворение, пе- реотложение кремнезема и частичная раскристаллизация).

Кроме опала (частью халцедона) в составе опок и трепелов мы встречаем кальцит, глауконит и различные терригенные при­меси. Если количество терригенных примесей велико (>50%), принято говорить об опоковидных (трепеловидных) породах. По­следние распространены гораздо шире самих опок и трепелов. Среди них имеются опоковидные песчаники, алевролиты, аргил­литы и глины.

Трепелы (и опоки) могут содержать в различном количестве примесь карбонатного материала. Существует постепенный пере-, ход между трепелом и опокой с одной стороны и мергелем и мелом с другой. Выделяются кремнистый, или трепеловидный, мел и мергель (до 50% Si0₂) и карбонатные трепелы и опоки (до 50% СаСОз).

Трепелы и опоки залегают в виде пластов различной мощно­сти и линз среди карбонатных и обломочных пород. Наиболее часто они встречаются в меловых и третичных отложениях (в Днепровско-Донецкой впадине, на окраинах Донбасса, в По­волжье и др.).

Кремнистые породы—ценное полезное ископаемое. Яшмы применяются как декоративный материал и для различных по­делок, трепелы и опоки — для изготовления кремнистого цемента и в качестве гидравлических добавок к обычному типу цемента, как теплоизоляционный и звукоизоляционный материал.