2 Краткие сведения о генезисе природных цеолитов.

Генезис (греч. génesis), происхождение, возникновение; в более широком смысле – зарождение и последующий процесс развития, приведший к определённому состоянию, виду, явлению.

По происхождению цеолиты – гидротермальные, экзогенные, реже метаморфические минералы

В условиях образования цеолитов много общего. При эндогенных процессах они возникают в условиях низких давлений в самые последние низкотемпературные стадии гидротермальных процессов, встречаясь в ассоциации большей частью с кальцитом, халцедоном, кварцем, гидраргиллитом и другими минералами. Они встречаются, как правило, в гидротермально измененных магматических породах, часто в пузыристых эффузивах (мандельштейнах), особенно в базальтах (при подводных извержениях), затем в пегматитах, где образуются в числе последних минералов либо в пустотах, либо метасоматическим путем за счет ранее выделившихся минералов (полевых шпатов, нефелина и др.); в ряде гидротермальных рудных месторождений и в некоторых современных отложениях горячих источников.

Эндогенные процессы – геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах твёрдой Земли. К эндогенным процессам относятся тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм горных пород, сейсмическая активность.

Метаморфизм (греч. metamorphoómai – подвергаюсь превращению, преображаюсь) – процесс твердофазного минерального и структурного изменения горных пород под воздействием температуры и давления в присутствии флюида.

Флюид – жидкие и газообразные легкоподвижные компоненты магмы или циркулирующие в земных глубинах, насыщенные газами растворы.

Флюид – состояние вещества с параметрами выше критических.

В экзогенных условиях цеолиты имеют также широкие области распространения. Имеются указания, например, на образование цеолитов в почвах. Как новообразования цеолиты встречаются в осадочных породах молодого возраста.

Экзогенные процессы – геологические процессы, обусловленные внешними по отношению к Земле источниками энергии (преимущественно солнечное излучение) в сочетании с силой тяжести. Экзогенные процессы протекают на поверхности и в приповерхностной зоне земной коры в форме механического и физико-химического её взаимодействия с гидросферой и атмосферой. К ним относятся: выветривание, геологическая деятельность ветра, проточных поверхностных и подземных вод, озёр и болот, вод морей и океанов, ледников.

И так, образование природных цеолитов происходит в различных геологических условиях: позднемагматических, гидротермальных, метаморфических, диагенетических, выветривания. В общем случае механизм их формирования представляет реакцию поровых вод с вулканическим стеклом, слабо раскристаллизованным глинистым осадком, плагиоклазами или кремнеземом. В зависимости от состава исходных пород и физико-химической обстановки (температура, давление, парциальное давление воды, активность различных ионов и др.) происходит образование того или иного вида цеолитов. Так, клиноптилолит и морденит обычно образуются за счет кислой среды, в то время как филлипсит и анальцим – чаще за счет основной. Первоначально возникшие цеолиты с течением времени могут переходить в другие более устойчивые в изменившихся условиях формы. Например, хорошо известно замещение клиноптилолита анальцимом, а последнего, в свою очередь, ломонитом.

Наиболее широко распространенные диагенетически-осадочные цеолиты, единственные, дающие существенные промышленные концентрации, имеют кайнозойский и мезозойский возраст. В палеозойских и более древних толщах такие образования практически отсутствуют. Чаще всего благоприятными для диагенетической цеолитизации оказываются морские туфы кислого состава, стекло которых на глубинах порядка 100 м при температурах в десятки ^оС взаимодействуют с поровыми водами, в результате чего образуется клиноптилолит, либо морденит:

вулканическое стекло + H₂O → клиноптилолит (морденит) + SiO₂ + Fe⁺².

Туф (от итал. tufo) – группа горных пород, объединённых генезисом – по отложению в местах выхода на земную поверхность минеральных источников.

Прямые определения рН растворов, экстрагированных из верхнемиоценовых цеолитизированных кислых туфов, дают значения от 8,3 до 9,5, составляя в среднем 8,9 (Иидзима). По тем же данным, при повышении температуры до 85–125 ^оС (как результат метаморфизма нагрузки, либо наложения гидротермальных растворов) указанные цеолиты переходят в анальцим:

KNaAl₂Si₁₀O₂₄^.8H₂O+Ca⁺²+2HCO₃→NaAlSi₂O₆^.H₂O+KАlSi₃O₈+5SiO₂+CaCO₃+CO₂+8H₂O

клиноптилолит анальцим адуляр кварц кальцит

CaAl₂Si₁₀O₂₄^.7H₂O + 2Na⁺ + CO₃^–2 →2NaAlSi₂O₆^.H₂O + 6SiO₂ + CaCO₃ + 5H₂O.

морденит анальцим кварц кальцит

Стекло кислых туфов, отложившихся в условиях соленых озер, содержавших ионы CO₃^–2 и HCO₃^– и имевших величину рН около 9,5, обычно превращалось в филлипсит, клиноптилолит, реже в морденит и шабазит. Такие озера типичны для аридных климатических зон. В этой обстановке седиментации нередко проявляется горизонтальная зональность, когда в пределах одного слоя в прибрежной части озера фиксируются туфы и глины, далее – цеолиты, а в центре озера появляются калиевые полевые шпаты.

Соответственно морским либо озерным условиям формирования цеолитов в кислых туфах в настоящее время отчетливо выделяются два главнейших геолого-промышленных типа их месторождений:

1. пластовые согласные залежи и линзы, обогащенные клиноптилолитом, морденитом и другими цеолитами, в морских вулканогенно-осадочных толщах мезо-кайнозойского возраста;

2. пластовые согласные залежи и линзы, обогащенные шабазитом и в меньшей степени другими цеолитами, в флювиально-лакустриновых толщах кайнозойского возраста.

К первому типу относятся россиийские месторождения Шивиртуйское и Холинское в Читинской области, Хонгуру в Якутии, Куликовское в Амурской области, Чугуевское в Приморье, Лютогское на Сахалине, Ягоднинское на Камчатке, Пегасское в Кузбассе, месторождения Японии (Итая и др. в районе «зеленых туфов»), Украины (Сокирница в Закарпатье), республик Закавказья (Айдагское, Дзегви, Ноембрянское и др.), Италии, Венгрии (Токай, Харча и др.), Югославии, Мексики, Германии и других стран. Представителями второго типа являются многочисленные миоцен-плейстоценовые месторождения Запада США, а также ряда стран восточной Африки. Генетически в составе выделенных типов преимущественно говорят о вулканогенно-осадочных, реже гидротермально-метасоматических стратиформных месторождениях.

И так, в земных недрах цеолиты образуются при сравнительно невысоких температурах – до 250 ^оС и давлениях 200–300 МПа, главным образом в результате гидротермальных вулканических процессов, однако существуют и цеолиты осадочного происхождения. Их основу составляют кремнийсодержащие остатки диатомовых водорослей, простейших морских губок, морских игл.

Месторождений природных цеолитов в мире достаточно много, но не все пригодны для промышленного освоения. Долгое время использовались в основном синтетические цеолиты.