Месторождения полезных ископаемых 2

каждый последующий пласт перекрывает предыдущий, а в целом песчано-глинистая толща становится источником газоводных флюидов, в ней глины уподобляются пористой резине, насыщенной морской водой, рассеянным органическим веществом (РОВ) и разнообразными газами. По мере погружения они сжимаются и отдают газоводные растворы в жесткие пласты-коллекторы и дренирующие зоны разломов. Как следствие в подобных регионах элизионный этап резко преобладает над инфильтрационным, а отжимающиеся седиментационные флюиды обычно мигрируют в них от центра к периферии. Этому способствуют высокие геотермические градиенты, обеспечивающие температуру до 100С на сравнительно небольшой (2-3 км) глубине. Здесь очень часто возникают аномально высокие пластовые давления, которые в глубоких частях бассейнов, в зоне затрудненного водообмена, сохраняются на протяжении длительного геологического времени.

Для инфильтрационных бассейнов характерны относительно небольшие (2-3 км) мощности осадочного чехла, что обусловлено слабой тектонической активностью региона и замедленными нисходящими движениями. Благодаря тому, что в периферической части осадочный чехол такой «тектонической чаши» оказывается вскрытым эрозией, в наиболее проницаемые пластыколлекторы с дневной поверхности поступают вадозные воды, которые по закону гидростатического напора мигрируют по ним в направлении от областей питания к областям разгрузки.

Смешанные артезианские бассейны занимают промежуточное положение. Часто отмечается преобладание элизионных процессов на ранних этапах погружения и инфильтрационных на поздних этапах, после поднятия и частичной денудации водоносных пород на периферии бассейна.

По данным В.Н.Холодова двум первым типам осадочно-породных бассейнов соответствуют два типа катагенеза на континентальном блоке.

Первый тип – элизионный катагенез – характеризуется перераспределением газоводных флюидов, отжимающихся из глин в песчаники или тектонические трещины. Это в свою очередь вызывает реакции, идущие на границе двух разных геохимических сред, где нередко формируются самые разнообразные аутигенные минералы, в том числе и промышленно важные. Второй тип - инфильтрационный катагенез – отличается тем, что в этом процессе пласты коллекторы (песчаники и карбонатные породы) становятся главной ареной разнообразных химических реакций; разделяющие их глины слабее отражают изменения, которые возникают в коллекторах под воздействием пластовых вод.

Вопрос 3. Общая характеристика осадочно-катагенетических месторождений. В осадочных формациях заключено большое количество стратифицированных полезных ископаемых, генезис которых невозможно объяснить только осадочной моделью. Помимо пластообразной формы рудных тел, приуроченности полезной минерализации к определенным литологостратиграфическим горизонтам, отсутствия (или несущественного развития) рудогенерирующих магматических комплексов, локализации оруденения в слабодислоцированных породах осадочного чехла, данные месторождения имеют признаки вторичного минералообразования, поэтому их часто называют эпигенетическими. Наличие рудной вкрапленности и прожилков, метасоматические структуры руд, повышенные температуры минералов (до 100-250С), нехарактерные для осадочного минералообразования, тупое выклинивание рудных тел в пределах осадочных слоев - свидетельствуют об участии относительно горячих растворов в процессе рудогенеза. Изотопный состав ряда минералообразующих элементов указывает в большинстве случаев на их осадочную природу, но частично и эндогенную. Не всегда удается четко разграничить инфильтрационные, диагенные, катагенные, низкотемпературные гидротермальные процессы с участием эндогенных флюидов по имеющимся спорным диагностическим признакам. И все же эти месторождения имеют много общего для выделения их в особый класс – осадочно-катагенетический , в который можно включать или особо выделять инфильтрационные образования.

Среди рудных формаций и типов месторождений, относящихся к рассматриваемому генетическому классу, включая инфильтрационные, выделяют (по В.И.Старостину, П.А.Игнатову,1997):

1) стратиформные полиметаллические в карбонатных породах; 2) медистые песчаники в терригенных красноцветных формациях, 3) медистые песчаники палеорусел пестроцветных толщ; 4) урановые и битумно-урановые в палеорусловых песчаниках пестроцветных толщ; 5) урановые и ванадий-урановые в зонах окисления черносланцевых комплексов; 6) ванадий-урановые в калькретах; 7) металлоносные угли и торфяники; 8) редкометально-урановые в зонах выклинивания внутрипластового оруденения; 9) битумно-урановые в карбонатных и терригенных породах; 10) битумно-ванадиевые в терригенных толщах; 11) стратиформные целестиновые и баритовые в гипс-карбонатных породах; 12) самородной серы в гипс-карбонатных породах; 13) ийдобромные и металлоносные рассолы.

При участии катагенных флюидов образуются месторождения золота в углеродистых терригенных и карбонатно-терригенных формациях. Смешанным элизионным и инфильтрационным процессами объясняется генезис ряда месторождений сидеритов и бурых известняков, магнезитов, фосфоритов.

Во многих осадочно-породных бассейнах имеется пространственная связь стратиформных рудных месторождений со скоплениями углеводородного сырья. Стратиформные рудные месторождения располагаются в краевых частях нефтегазовых бассейнов или в примыкающих к ним депрессиям.

Вопрос 4. Схема формирования газоводных флюидов в элизионных бассейнах и рудогенез. Одной из выдающихся работ, показавшей механизм формирования катагенных флюидов и основанной на огромном фактическом материале, явилась монография В.Н.Холодова «Постседиментационные преобразования в элизионных бассейнах» (1983).

Главное геохимическое отличие элизионных и инфильтрационных осадочно-породных бассейнов заключается в том, что в первых на протяжении значительного времени активной силой, определяющей состав газов и вод, являются глинистые толщи. Именно в них по мере погружения на разные глубины осуществляются физико-химические преобразования, формирующие накопление газоводных флюидов, которые затем отжимаются из этих пластичных пород и попадают в жесткие и более ѐмкие пласты песчаников-коллекторов.

Такое перераспределение газов и вод не проходит бесследно и, с одной стороны, сопровождается различными реакциями минералообразования на границе глина-песчаник, а с другой - способствует изменению состава флюидов, заключенных в песчаном коллекторе, определяет возможность формирования в нем новых по составу пластовых вод, залежей нефти, катагенетических минералов и текстур. При этом песчаники играют относительно пассивную роль. Они принимают отжимающиеся из глин флюиды, а формирующиеся в них жидкие и газовые фазы являются лишь геохимическим отражением вертикальной катагенетической зональности в глинах.

Наоборот, в инфильтрационных системах наиболее активная геохимическая жизнь сосредоточивается именно в относительно проницаемых пластахколлекторах. Сюда внедряются вследствие подъема смежных площадей вадозные поверхностные воды, здесь в результате взаимодействия инфильтрационных вод и вмещающих пород осуществляются сложные геохимические преобразования твердой и жидкой фаз, здесь формируется эпигенетическая зональность отложений, преобразуются скопления нефти и газов, создаются и исчезают разнообразные рудные скопления. Глины в области активных геохимических процессов приповерхностной зоны являются более пассивными и как бы меняются ролями с более проницаемыми песчаниками и карбонатными породами.

В целом последовательность формирования термальных газоводных растворов в элизионных системах осадочно-породных бассейнов можно представить в следующем виде.

В зоне диагенеза и в верхней зоне катагенеза, от поверхности осадка на дне палеоводоѐма и до глубины 2 км, в составе газовой фазы будут повсеместно преобладать СО₂ и Н₂ S, возможно присутствие газообразных углеводородов. В илах оба газа имеют биохимическое происхождение, но ниже все большую роль начинают играть абиогенные СО₂ и Н₂ S, причем к нижней границе зоны в районах, где глинистая покрышка недостаточно проницаема, доминирует СО₂ , возникшая за счет рассеянных карбонатов. В жидкой фазе отжимаются Н₂ О и битумоиды. Термобарические параметры, в которых формируются газоводные растворы этой зоны, достигают 100-120С и 420-500 атм. В породах-

коллекторах, а также зонах повышенной трещиноватости из растворов осаждаются сульфиды и карбонаты.

При большем погружении нефтематеринских толщ на глубины от 2 до 4 км, ведущим процессом становится отторжение из РОВ жидкой нефти, растворенных в воде углеводородов, газообразных углеводородов. Область, в которой реализуются процессы формирования битумно-нефтяных скоплений, ограничивают температуры от 120 до 200С и давлении от 500 до 1000 атм. Главным геохимическим процессом является эмиграция углеводородов в пластыколлекторы и разломы и формирование в них залежей нефти и газа.

На глубинах от 4 до 5 км протекают процессы гидрослюдизации глин и дегидратации. Примерно в этом же интервале из РОВ формируются газообразные углеводороды, а также СО₂ и Н₂ S. Эта стадия осуществляется при темпера-

турах 200-250С и давлениях 1000-1200 атм.

Наконец, на глубинах 5-7 км пласты сильно преобразованных и измененных глин вновь становятся поставщиками СО₂ , Н₂ S, SiО₂ , отчасти газообразных углеводородов.

Приведенная выше зональность генерации газоводных растворов в осадочно-породных бассейнах элизионной группы не имеет четкой глубинной привязки; мощность различных зон находится в тесной связи с термической характеристикой конкретных регионов и плотностью пород, слагающих их разрезы. Интенсивность тех или иных преобразований, а иногда и их глубина зависят также от проницаемости глинистых покрышек, от первичного литологофациального состава осадочных пород. Так, формирование преимущественно монтмориллонитовых глин на катагенетической стадии порообразования будет стимулировать интенсивные процессы дегидратации; присутствие в разрезе глин, содержащих рассеянные карбонаты или сульфиды, будет способствовать интенсивному развитию углекисло-сероводородных явлений. Генерации разнообразных газов способствует преобразования органического вещества. Если в разрезах присутствуют горючие сланцы и породы, обогащенные седиментогенным органическим веществом в количестве С_орг  1 %, то при их катагенезе на глубинах от 2 до 6 км согласно представлениям многих геологов генерируется нефть и газ. Такие отложения называют нефтематеринскими.

Формирование термальных растворов в ряде случаев может привести к мобилизации рудных компонентов из вмещающих глинистых пород и переотложению в пласты-коллекторы и зоны повышенной трещиноватости. Этот механизм особенно типичен для тех компонентов, которые растворяются при избытке СО₂ или Н₂ О и выпадают из растворов при их дефиците. Такими элементами являются, например, Fe и Mn; первый легко мигрирует в виде бикарбоната двухвалентного железа и осаждается при потере СО₂ , тогда как второй хорошо растворим в сероводородной обстановке.

Минерализованные воды и рассолы натриевого и кальциевого типов, относящиеся к захороненным вместе с осадками седиментационным морским водам, могут нагреваться в платформенных областях до 150-200С. Они являются хорошими растворителями для многих элементов (Fe, Mn, Ni, Cu, Pb, Zn, Sr, Li, Cs, Au, Ag и др.). Металлоносные хлоридные термальные рассолы встречаются в современных артезианских бассейнах на глубинах 3-5 км и по составу могут соответствовать вулканогенным гидротермальным растворам.

В случае накопления больших масс монтмориллонитовых глин в аридных условиях и в континентальной окислительной обстановке, высвобождающиеся растворы могли быть окислительными (по ряду элементов, в частности меди), пресными и гидрокарбонатными. Такие воды должны были опреснять минерализованные захороненные воды, что способствовало растворению и переносу ряда микроэлементов (J, B, Br, F, As, U, Sb и Hg).

В зонах глубокого катагенеза и газонефтеобразования могли формироваться рассолы, обогащенные металлоорганическими соединениями. Так например, известны хорошо растворимые уран- и золотогуминовые комплексы, металл-хелатные, углеводородно-газортутные соединения и др. В местах интенсивного окисления, перепада рН, снижения давления и температуры они могут распадаться и формировать битумно-металлическое оруденение. Широко известны урано-битумные руды, ванадиеносные битумы, золотосодержащее керогеноподобное органическое вещество. В битумах отмечены концентрации U, Mo, V, Cr, Hg, Se, Pb, As, Cu, Ni, TR, крупные скопления галенита, сфалерита, марказита и киновари.

Вопрос 5. Примеры месторождений. Месторождения, связанные с грунтовыми водам и . С деятельностью грунтовых вод связывают образование месторождений меди, редких земель, урана, легированных железных руд, марганца, бокситов, каолина, магнезита, талька, малахита, бирюзы, хризопраза и других полезных ископаемых. Во многих учебниках эти месторождения рассматриваются как переотложенные и вместе с инфильтрационными включены в группу кор выветривания. Главными факторами такого рудообразования являются: наличие крупных источников полезных компонентов в области питания грунтовых вод, развитие жаркого гумидного климата, а предрудный этап, с которым связано интенсивное химическое выветривание и поступление больших масс полезных компонентов в грунтовые воды, медленные положительные конседиментационные движения крупных стабильных блоков земной коры, определявших постоянное понижение уровня грунтовых вод; значительный объем грунтовых вод, большая протяженность и высокая контрастность геохимически барьерных условий.

Примером крупномасштабного осадочно-диагенетического рудообразования могут служить медные рудные тела Удоканского месторождения, локализованные в раннепротерозойской молассоидной толще. Здесь согласные с вмещающими осадочными горизонтами рудные тела, повторяют размещение рукавов подводной дельты и располагаются в заливно-лагунных отложениях.

Осадочно-катагенетические месторождения .В качестве примера можно привести месторождения углеводородов (нефтегазоносные бассейны:ВолгоУральский, Днепрово-Донецкий, Северо-Каспийский, Западно-Сибирский, Ферганский, Азово-Кубанский, Сахалинский и др.), Джесказганское месторождение медистых песчаников (Казахстан), полиметаллические руды Мирлимсайского месторождения (Казахстан) и рудного района Миссури (США), сидеритовые руды Бакальской группы и Саткинское магнезитовое месторождение (Ю. Урал), золоторудное месторождение Кумтор (Киргизия), месторождения самородной серы, барита (в Уральской и Новоземельской провинциях).

Осадочно-катагенетические элизионные и инфильтрационные месторождения имеют важное промышленное значение. Этому способствует их большеобъемность, простая морфология рудных тел (пласты, линзы), часто небольшая глубина залегания. Эти месторождения имеют определяющее экономическое значение в энергетике и водоснабжении. Помимо этого более половины мировых запасов свинца и около 40 % цинка, связывается с осадочнокатагенетическическим генезисом. Инфильтрационные месторождения урана составляют около 50 % мировых запасов.

Несмотря на многие дискуссионные аспекты их генезиса, для большинства исследователей очевидно, что при формировании данного типа месторождений используется собственный потенциал осадочно-породного бассейна – флюидный, вещественный и энергетический. _{Литература:} [6], с.4-16.

Дополнительная литература к проблемной лекции

Анфимов Л.В. Литогенез в рифейских осадочных толщах Башкирского мегантиклинория (Ю. Урал). Екатеринбург: Изд-во УО РАН. 1997. С.174-274.

Вассоевич Н.Б. Теория осадочно-миграционного происхождения нефти (исторический обзор и современное состояние) // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1967. № 11. С. 135-156.

Хаин В.Е., Соколов Б.А. Роль флюидодинамики в развитии нефтегазоносных бассейнов // Вестник МГУ. Сер. геол. 1994. № 5. С. 3 –12.

Грановский А.Г., Грановская Н.В. Термобарогеохимический анализ процессов катагенеза среднерифейских отложений Башкирского мегантиклинория // Закономерности строения осадочных толщ: Материалы третьего Уральского литологического совещания. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1998. С. 105 - 108.

Коссовская А.Г., Шутов В.Д. Типы регионального эпигенеза и их связь с тектонической обстановкой на материках и в океанах // Геотектоника. 1976. № 2. С. 15-30.

Курило М.В. Стадиальные минералого-геохимические изменения в породах угленосной формации Донбасса // Литология и полезные ископаемые. 1993. № 2. С. 44-55.

Логвиненко Н.В., Шванов В.Н. К характеристике границы между осадочными и метаморфическими породами // Изв. АН СССР. Сер геол. № 3. 1973. С. 36-45.

Пиотровкий А.М. Влияние генетических особенностей на формирование физикомеханических свойств пород среднего карбона Донецкого бассейна // Вест. МГУ. Сер. геол.. 1984. № 2. С. 37-52.

Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых: учебник. – М.: Изд-во МГУ, 1997. С. 177-184, 232-251.

Тимофеев П.П., Косовская А.Г., Шутов В.Д., Боголюбова Л.И., Дриц В.А. Новое в учении о стадиях осадочного породообразования // Литология и полезные ископаемые. 1974. № 3. С.58-82. Хаин В.Е., Соколов Б.А. Рифтогенез и нефтегазоносность: основные проблемы// Геол.

журнал. 1991. № 5. С. 3-16. Холодов В.Н. Новое в познании катагенеза // Литология и полезные ископаемые. 1982. № 3. С. 3-22.

Холодов В.Н. Постседиментационные преобразования в элизионных бассейнах (на примере Восточного Предкавказья). М: Наука. 1983. С.3-7, 82-119.

Япаскурт О.В. О взаимоотношениях катагенеза и начального метаморфизма // Вест. МГУ. Сер.геол.. 1981. № 5. С. 33-38.

Проектные задания студентам по самостоятельной работе

Ознакомиться с дополнительной литературой по теме «Катагенетическое образование месторождений»

Вопросы для самоконтроля знаний:

1. Что такое катагенез?

2. Как формируются гидродинамические системы при катагенических преобразованиях осадочных толщ?

3. В чем отличие элизионного катагенеза от инфильтрационного?

4. При каких температурах образуются полезные ископаемые катагенетических месторождений?

5. Какие геологические особенности присущи катагенетическим месторождениям (форма рудных тел, стратиграфические, литологические, фациальные особенности)

6. Привести примеры месторождений, формирующихся осадочно-катагенетическим путѐм.

Литература: [6]; [10], с. 61 – 78

Метаморфогенная серия

Лекция 18 (2 часа) Метаморфизованные и метаморфические месторождения

Общая характеристика, типы месторождений. Физико-химические условия образовании, метаморфические фации и полезные ископаемые. Примеры регионально метаморфизованных месторождений, контактовометаморфических месторождений, динамометаморфических месторождений, импактитовые месторождений.

Вопрос 1.Общая характеристика. Образуются при метаморфизме – т. е разнообразных эндогенных процессах, с которыми связаны изменения в структуре, минеральном и химическом составе горных пород, отличающиеся от их первоначального образования.

Месторождения делятся на метаморфизованные и метаморфические .

Метаморфизованные месторождения подверглись изменению одновременно с окружающими их породами в такой степени, что метаморфические признаки в форме, строении и составе тел полезных ископаемых оказываются доминирующими.

Метаморфические месторождения возникли вновь в процессе метаморфизма в связи с перегруппировкой минерального вещества метаморфизуемых пород.

Метаморфические процессы могут быть региональными и локальными . К локальным разновидностям относятся автометаморфизм, контактовый метаморфизм массивов изверженных пород, а также динамометаморфизм вдоль тектонических зон (сдвигов, надвигов). Региональный метаморфизм развивается вследствие совокупного воздействия статической и динамической нагрузок горных пород, в обстановке повышающегося давления, температуры и воздействия различных минерализаторов, особенно воды. В крайних формах он переходит в ультраметаморфизм, обуславливающий выборочное или полное переплавление изменяющихся пород.

Метаморфизм может быть прогрессивным и регрессивным. Региональный метаморфизм, вызванный повышением температуры и давления, называется прямым, или прогрессивным, способствующем реакциям с выделением воды, углекислоты из минералов. Метаморфизм, связанный со сменой высокотемпературных минеральных ассоциаций низкотемпературными, способствующий обратному поглощению воды и углекислоты, называется обратным или регрессивным.

Метаморфизм разделяется также на изохимический и аллохимический . Изохимический (без привноса новых минералообразующих веществ) характерен для прогрессивной стадии. Аллохимический (с привносом новых веществ и изменением химического состава метаморфизующихся пород) наиболее характерен для регрессивной стадии метаморфизма.

Вследствие метаморфизма меняется и форма тел полезных ископаемых, образуются метаморфические текстуры и структуры.

Форма тел полезных ископаемых – сплющенная, пластообразная, ленто-, линзо-, жилообразные залежи сплошных руд.

Текстура вещества метаморфизованных месторождений полосчатая, плойчатая, сланцеватая. Структура - гранобластовая, листоватая, пластинчатая.

Минеральный состав метаморфизованных месторождений отличается переходом гидрооксидов в оксиды (лимонит-гематит, магнетит; псиломелан- браунит, опал – кварц фосфорит-апатит, уголь - графит).

Для минеральных ассоциаций метаморфогенных месторождений характерны минеральные парагенезисы соответствующей фации метаморфизма.

Геологический возраст . Метаморфогенные месторождения локального метаморфизма могут иметь различный возраст. Среди месторождений, связанных


29-04-2015, 01:06