Среди гравийных месторождений различаются образования временных горных потоков и конусов выноса, отложения рек, отложения ледников, прибрежные морские и озерные.
Месторождения песка подразделяются по условиям образования на элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, флювиогляциальные, озерные, морские и океанические, эоловые. Наибольшее промышленное значение имеют аллювиальные, морские и озерные пески.
Месторождения глин по условиям образования различаются на месторождения кор выветривания, делювиальные, аллювиальные, озерные, морские, ледниковые, лессовые. Главные глинообразующие минералы: каолинит, галлуазит, монтмориллонит, пирофиллит, аллофан и гидрослюды. Наиболее распространены четвертичные и третичные глины, но известны мезозойские и палеозойские месторождения.
Вопрос 3. Хемогенные месторождения. Хемогенные месторождения включают месторождения солей и рассолов, образованные из истинных растворов, месторождения железа, марганца, алюминия, образованные из коллоидных растворов. Рудные формации хемогенных осадочных месторождений (гипсангидрит-галитовая, галит-карналлитовая с солями магния, содовая, рассолы с бором, йодом, бромом, щелочными и щелочноземельными металлами, бурых железняков, псиломелан-пиролюзитовая с родохрозитом, железомарганцевых конкреций, бокситовая, хемогенных известняков и доломитов).
Месторождения солей – галогенные или эвапоритовые состоят из хлоридов и сульфатов натрия, калия, магния и кальция с примесью бромидов, йодидов, боратов. По условиям образования выделяются:
1) Природные рассолы современных соляных бассейнов,
2) Соляные подземные воды,
3) Ископаемые или древние залежи солей.
Большинство геологов полагают, что ископаемые соляные месторождения формировались в обстановках аридного климата в процессе испарения относительно изолированных лагун и палеоморей. Примером являются крупные соляные месторождения в Предуралье, в Донбассе, Прикаспии.
Осадочные месторождения железа, марганца, алюминия формируются из суспензий и коллоидных растворов на дне рек, озер, морских водоемов в сходных геологических условиях. Источником материала для их формирования являются продукты континентальной коры выветривания или подводные эксгаляции вулканогенного происхождения. Отложение соединений всех трех металлов происходит в прибрежной зоне озер, морей, главным образом под воздействием электролитов, растворенных в водах этих водоемов, каогулирующих коллоиды металлических соединений и переводящих их в осадок. В ходе дифференциации соединений металлов с разной геохимической подвижностью вначале, ближе к берегу накапливаются бокситы, в верхней части шельфа – железные руды, а еще дальше, в нижней части шельфа – марганцевые руды. Дифференциация минеральной массы происходит в пределах области формирования отдельных месторождений. Это проявляется в изменении минерального состава руд по направлению от берега в глубь водоѐма. Например, для железных руд в этом направлении намечается переход от оксидов (гематит, гѐтит, гидрогѐтит) к карбонатам (сидерит) и затем к силикатам железа (хлорит типа шамозита и тюрингита).
Примером являются Керченское месторождение железа (Украина), Никопольское (Украина) и Чиатурское (Грузия) месторождения марганца, месторождения бокситов Северо-Уральского бокситоносного района (СУБР), Тихвинского района, месторождения марганца и железа на дне современных океанов (железо-марганцевые конкреции).
Вопрос 4. Седиментационно-диагенетические концентрации металлов в черных сланцах. В настоящее время большая группа промышленно важных металлов обнаруживается в так называемых черных сланцах. Формирование таких рудных скоплений связывается с различными и часто комплексными процессами, среди которых реальную роль играет их осадочное образование.
Черные сланцы битуминозной формации часто содержат рассеянную вкрапленность сульфидов железа, меди, молибдена, оксидов урана и ванадия, иногда достигающую промышленной концентрации. Кроме того, в их состав входят никель, хром, титан, кобальт, цинк, свинец, серебро, золото, цирконий, лантан, скандий, бериллий, торий и другие элементы.
Ураноносные углеродсодержащие черные сланцы известны среди осадков различного возраста от протерозойских до альпийских. Первичная концентрация урана в них низкая и составляет тысячные, - сотые доли процента. Однако огромные массы таких сланцев нередко сосредотачивают грандиозные запасы урана. Уран в них находится в формах уран-органических комплексов, сорбированных ионов и изоморфного замещения кальция в коллофане. Пример
– формация Чаттануга в США (запасы урана 5 млн. т при содержании урана в 0,066%).
Примером месторождения меди служит Мансфельд в Германии. Пласт битуминозных мергелистых сланцев мощностью 20-40 см прослеживается на расстояние нескольких километров и в нем рассеяны борнит, сфалерит, халькопирит, реже пирит, галенит, блеклая руда, самородное серебро. Руда содержит также повышенные количества молибдена, ванадия, никеля, платину, палладий, рений. В образовании таких руд также большую роль играют биохимические процессы. Руда рассматривается как продукт взаимодействия морской воды, содержащей металлы с десульфурирующими бактериями сапропелевого ила на дне моря.
Концентрация металлов, первично рассеянных в черных сланцах, существенно возрастает в результате их диагенетических преобразований. Подобные образования частично имеют биохимический генезис, так как в этих осаждении большую роль играло органическое вещество.
Первичное рассеянное накопление металлов в черных сланцах характерно и для золоторудных месторождений, которых часто называют «черносланцевыми». Однако формирование месторождений из рассеянного осадочного золота происходит только после катагенетических, метаморфических или гидротермальных преобразований золотоносных толщ, когда происходит мобилизация рудных компонентов и их вторичная концентрация в благоприятных физических и химических условиях.
Литература к вопросам 1-4: [1] , с.230-247; [2], с 186-195
Вопрос 5. Биохимические месторождения, общая характеристика. Образование биохимических осадков, включающих полезные ископаемые, обусловлено способностью некоторых животных и растительных организмов концентрировать при жизнедеятельности большие количества тех или иных химических элементов. В некоторых морских организмах содержания определенных элементов во много раз превышает кларковое. Например, фтора, бора, калия, серы в организмах может быть выше кларковой в десятки раз, брома, стронция, железа, мышьяка, серебра – в сотни раз, кремния, и фосфора – в тысячи раз, а цинка и марганца – в сотни тысяч раз. Кроме того организмы накапливают редкие и рассеянные элементы. Например, в золе углей, по сравнению с литосферой, содержание германия выше в 70-120 раз, бериллия в 30-150 раз, кобальта в 30 раз, скандия в 10-20 раз, молибдена в 13 раз.
Биохимическое осадочное происхождение имеют месторождения известняков, доломитов, мергелей, диатомитов, фосфоритов, урана, ванадия, серы, а также твердых, жидких и газообразных каустобиолитов.
Главными типами биохимических осадочных месторождений являются фосфоритовый, горючих полезных ископаемых, карбонатных и кремнистых пород.
Вопрос 6. Генетические особенности месторождений фосфоритов .
Среди фосфоритов выделяются морские и континентальные. Это типичные биохимические образования. Морские фосфоритовые залежи имеют пластовую форму и обычно большую протяженность. Например, на месторождениях Каратау в Западном Казахстане зона распространения фосфоритовых пластов вытянута на 100 км при ширине 40-50 км содержит от одного до семи пластов.
Источником фосфора для фосфоритовых месторождений служит сравнительно легко растворимый апатит магматических пород. Фосфор, сносимый в морские водоемы, усваивается животными и растительными организмами. По мнению некоторых геологов, основным источником фосфора, растворенного в морской воде, является фосфор, привносимый подводными вулканическими эксгаляциями.
Отложение фосфатных соединений может осуществляться двумя способами – биологическим и биохимическим. В первом случае в результате отмирания морских организмов и скопления их на дне моря сначала происходит разложение органического вещества с образованием углекислого аммония и фосфорнокислого кальция. Затем взаимодействие этих соединений приводит к выделению фосфорнокислого аммония. Далее фосфорнокислый аммоний реагирует с известковистыми раковинами, образуя фосфорит. Данная схема приложима в основном для платформенных фосфоритов, примером которых являются Вятско-Камские месторождения, Егоревское месторождение в Подмосковье.
Более сложным биохимическим путем накапливается фосфор в области шельфа платформенных морей и океанов. Фосфоритовое месторождение может образоваться при наличии глубинного течения, направленного из глубокой части к берегу водоема. Когда глубинные холодные воды, насыщенные CO2 и P2 О5 , подводятся глубоководными течениями в область материкового шельфа, уменьшается парциальное давление CO2 . Этому способствует уменьшение гидростатического давления, нагрев восходящих вод, диффузия избытка CO2 в обедненные углекислотой поверхностные зоны фитопланктона, а также возможное добавочное растворение этими восходящими «агрессивными» водами известковых осадков. Вследствие уменьшения парциального давления CO2 в этих восходящих слоях морской воды система ранее установившегося равновесия нарушается, и воды становятся перенасыщенными по отношению к СаСО3 и 3Сa3 (PO4 )2 CaF2 2 . Так возникают условия для химической садки кальцита и фосфорита, их концентрации на склоне шельфа. Пример – месторождения Каратау (Казахстан), Фосфория в США.
Такую модель предложил А.Казаков (1950). В настоящее время существуют и другие гипотезы образования фосфоритов. Их рассмотрение будет необходимо, если придется непосредственно работать на фосфоритовых объектах или проводить специальные научные исследования.
Вопрос 7. Осадочные месторождения горючих полезных ископаемых. К ним относятся, прежде всего, месторождения сапропеля, торфа, угля, горючих сланцев).
Месторождения углей представляют самотоятельный раздел учения о м инеральном сырье, который рассматривается в специальном курсе. Мы рассморим лишь основные генетические особенности углей, которые принадлежат к фитогенным образованиям, связанным с жизнедеятельностью древних растений. В хлорофильных зернах этих растений под влиянием световой энергии происходил синтез первичного органического вещества из углекислого газа и воды. При неполном разложении отмерших растений происходило постепенное накопление органической массы – исходного материала для образования углей.
Захоронение органической массы под перекрывающими осадками, диагенез, катагенез и последующий метаморфизм приводили к еѐ углефикации и образованию ископаемых углей. При этом происходило уплотнение, обезвоживание, цементация и полимеризация исходного рыхлого и влажного осадка.
Вследствие этого исходная растительная масса сапропеля и торфа претерпевала следующий ряд постепенного и необратимого изменения: бурый уголь, каменный уголь, антрацит, шунгит и графит.
Вопрос 8. Месторождения карбонатных и кремнистых пород. К карбонатным породам , используемым в качестве полезных ископаемых, относятся известняки, доломиты и мергели. Наиболее типичной органогенной породой является мел, состоящий из кальцитовых остатков морских планктонных водорослей – кокколитофорид. Особенности образования карбонатных пород детально рассматриваются в курсе «Литология».
Кремнистые породы. Источником кремния является кремнезем, находящийся в морской воде, который усваивается различными организмами. Среди кремнистых пород, представляющих интерес как полезные ископаемые различают диатомиты, трепелы, опоки.
Диатомит – тонкозернистая пористая порода, состоящая главным образом из мельчайших панцирей диатомовых водорослей, накопившихся вследствие их массовой гибели.
Трепел – также тонкозернистая порода, состоящая из мельчайших округлых телец опала, и халцедона с остатками радиолярий, спикул губок и фораминифер.
Опоки – более плотные кремнистые породы, состоящие их аморфной массы кремнезема в смеси со скелетами диатомей, радиолярий и губок; они рассматриваются как частично преобразованные диатомиты и трепела. В докембрии и раннем палеозое преобладали хемогенные кремнистые осадки, затем они все более и более вытеснялись биогенными осадками, питательной средой которых является как кремнезем, привносимый поверхностными водами в моря, океаны, так и кремнезем подводных вулканических эксгаляций.
Литература к вопросам 5-8: [1] , с.247-261
Проектные задания студентам по самостоятельной работе
Изучить теорию седиментационно-диагенетического образования месторождений.
Вопросы для самоконтроля знаний:
1. В результате каких процессов происходит отложение осадков и связанных с ними компонентов полезных ископаемых?
2. Что такое механическое осаждение, и какие полезные ископаемые с ним связаны?
3. Как происходит физико-химическое осаждение (из коллоидных растворов)?
4. Для каких соединений характерно химическое осаждение?
5. Что такое биологическое и биохимическое образование осадков?
6. Какое влияние оказывает органическое вещество на образование осадочных полезных ископаемых?
7. В чем проявляются диагенетические изменения осадков?
8. Какие факторы являются решающими в формировании седиментационнодиагенетических месторождений осадочных бассейнов?
9. Привести примеры механических, химических, биохимических осадочных полезных ископаемых.
Литература: [1] , с.232 -261; [10], с. 43 – 59
Лекция 17 – проблемная (2 часа). Эпигенетические и осадочнокатагенетические месторождения: современные генетические гипотезы
Дискуссионная природа. Основные термины и понятия. Общая характеристика осадочно-катагенетических месторождений. Схема формирования газоводных флюидов в элизионных бассейнах и рудогенез. Примеры месторождений.
Вопрос 1. Дискуссионная природа месторождений. Эпигенетические и осадочно-катагенетические месторождения относятся к объектам, генетическая природа которых дискуссионная. В литературе их называют анагенными (амагматогенными гидротермальными или телетермальными) стратиформными, элизионными, гидрогенно-эксфильтрационными, экзогенно-гидротермальными. К данному классу относятся месторождения нефти, газов, подземных вод, полиметаллов, целестина, меди, урана, ванадия, стронция, рения, селена, скандия, редких земель, серы, барита, магнезита, сидерита и других полезных ископаемых. Многие из этих месторождений рассматривались до недавнего времени как осадочные образования, а некоторые из них как гидротермальные амагматогенные. Исследованиями последних десятилетий установлено, что данные месторождения необходимо выделить в особую группу полезных ископаемых - эпигенетических и осадочно-катагенетических, сформированных потоками поверхностных грунтовых и артезианских подземных вод и углеводородных флюидов и низкотемпературными гидротермальными растворами различного происхождения с преобладающим использованием собственных ресурсов осадочно-породного бассейна.
В связи с тем, что в общедоступной учебной литературе (Смирнов В.И. «Геология полезных ископаемых», 1989. Смирнов В.И. и др. «Курс рудных месторождений», 1981; Яковлев П.Д. «Промышленные типы рудных месторождений», 1986; Вольфсон Ф.И., Дружинин А.В. «Главнейшие типы рудных месторождений», 1986; Вольфсон Ф.И., Некрасов Е.М. «Основы образования рудных месторождений», 1986) практически не освещаются вопросы генезиса осадочно-катагенетических месторождений, возникла необходимость обсудить данную проблему в специальной лекции с привлечением новых научных данных ведущих ученых в области литологии, нефтяной и газовой геологии, геотектоники и геологии рудных месторождений (В.Н.Холодова, В.Е.Хаина,
Б.А.Соколова, П.П.Тимофеева, А.Г.Коссовской, Н.В.Логвиненко,
Н.Б.Вассоевича, Л.В.Анфимова, О.В.Япаскурта, В.И.Старостина и многих других), а также собственных исследований автора. Основная используемая литература приводится в конце лекции.
Необходимость прочтения данной проблемной лекции также связана с тем, что в связи с появлением в 80-90 г.г. новых аспектов в теории литогенеза и катагенетического рудогенеза, во многих регионах нашей страны были открыты и переоценены многие месторождения и рудопроявления как рудного, так и нерудного сырья. В особенности это касается постановки поисковых и оценочных работ на золото в терригенных и карбонатно-терригенных комплексах с целью открытия большеобъемных промышленных объектов. Такие работы проводятся в местах прохождения производственных практик студентов Ростовского госуниверситета. Предлагаемая лекция предназначена для студентов 3 курса специальности 011100 «Геология» в рамках дисциплины «Геология полезных ископаемых», однако она также будет полезна студентам всех геологических специальностей и аспирантам, занимающимся вопросами рудогенеза в осадочных формациях.
Вопрос 2. Основные термины и понятия. Геологическая история каждого осадочного образования включает ряд последовательных стадий: зарождения рыхлого осадка , затем его литификации («окаменения»), то есть превращения в породу , и более или менее длительного (вплоть до первых миллиардов лет) бытия последней внутри земных недр. Находясь там, перемещаясь тектоническими движениями на разные глубины и подвергаясь при этом воздействиям различных температур, давлений и газово-жидких флюидов, осадочная порода претерпевает постседиментационные преобразования , или «вторичные изменения».
Термины, определяющие различные стадии литификации осадков, поразному трактуются геологами (Н.М.Страховым, Н.Б.Вассоевичем, Н.В.Логвиненко, А.Г.Коссовской, П.П.Тимофеевым, В.Н.Холодовым и др.). Мы рассмотрим лишь наиболее общепринятые трактовки этих понятий.
Так, Н.Б.Вассоевич, объединяя мнение большинства литологов, предлагал называть литогенезом совокупность процессов образования осадков (седиментогенез ), превращения осадков в осадочные горные породы (диагенез ) и последующего изменения осадочных пород до превращения их в метаморфические породы (катагенез ), а также процессов гипергенеза.
По Н.М.Страхову диагенез понимается как стадия биохимического и физико-химического уравновешивания компонентов осадка, представляющего собой, как правило, обводненную и неравновесную систему, в той или иной мере насыщенную органическим веществом – живым (бактерии, грибки и др.) и мертвым. Нижняя граница диагенеза определяется разными исследователями по-разному.Большинство отечественных геологов принимают еѐ на малых глубинах под поверхностью накапливающихся осадков: в пределах единичным метров либо десятков метров, максимально 150-300 м, по Н.М.Страхову, а в осадках океанических глубин по новейшим данным А.Г.Коссовской и др. вплоть до многих сотен метров. Одним из признаков завершения диагенеза служит исчезновение живого органического вещества.
По завершении диагенеза (в том случае, если сформированная за счет осадка порода не была поднята в зону гипергенеза, а продолжала своѐ погружение вглубь стратисферы) начинается следующая стадия литогенеза, которая у исследователей именуется двояко. Первое и наиболее ѐмкое определение ей дал А.Е.Ферсман в 1922 году, назвавший катагенезом всю совокупность преобразований осадочной породы после того, как она оказалась отделенной от водного бассейна новым слоем осадка и вплоть до момента, когда эта порода снова становилась земной поверхностью на границе с атмосферой, исключая отсюда только метаморфические изменения, обусловленные воздействием на породу особо высоких температур и давлений. Также представлял эту стадию Л.В.Пустовалов, назвавший еѐ иначе – эпигенезом. Последний термин укоренился в трудах многих отечественных геологов (А.Г.Коссовкой, А.В.Копелиовича, Г.Ф.Крашенинникова, Л.Б.Рухина, Т.М.Сиановича и др.). Однако он со временем стал вытесняться термином «катагенез», употребляемым ныне значительно чаще (Н.Б.Вассоевичем, Н.В.Логвиненко,
Б.А.Соколовым, В.Н.Холодовым, О.В.Япаскуртом и др.). Оба термина трактуются сейчас большинством исследователей практически с одинаковым смысловым содержанием. Но дискуссионными остаются границы, стадийность, диагностические признаки данной стадии преобразования осадков.
Усиленный интерес литологов к катагенетическим преобразованиям привел к необходимости широких комплексных исследований крупных природных объектов. В результате возникло представление об осадочно-породных бассейнах как о целостных автономных системах, в которых благодаря преобладанию нисходящих тектонических движений осадочные и осадочновулканогенные толщи проходят все стадии постседиментационных измегнений от диагенеза и катагенеза до метаморфизма. Внутри такой породной системы, которая часто пространственно совпадает с тектоническими впадинами или депрессиями, реализуются все процессы формирования нефтяных и газовых месторождений, различных рудных скоплений. В гидрогеологии осадочнопородные бассейны иногда называют артезианскими.
В соответствии с представлениями ряда ведущих гидрогеологов – Д.С.Соколова, А.А.Карцева, И.К.Зайцева т др. – среди осадочно-породных бассейнов континентального блока можно выделить три группы: элизионные, инфильтрационные, смешанные.
Для элизионных бассейнов
типично резкое и длительное преобладание нисходящих отрицательных движений, в результате которых во впадинах накопились мощные (до 10 км) осадочные толщи. Положительные движения были кратковременны и начались в поздние геологические эпохи. Как следствие такого развития в центральных частях депрессии
29-04-2015, 01:06