Группа месторождений выветривания

 По способу образования различают класс остаточных и класс инфильтрационных месторождений полезных ископаемых. Особое место в этой группе занимают месторождения, представляюще собой продукты выветривания ранее сформированных эндогенных полезных ископаемых.

Класс остаточных месторождений

Наиболее инертными химическим элементами, остающимися на месте после интенсивного экзогенного преобразования эндогенных горных пород, являются алюминий, никель, железо, марганец, золото, свинец, а также такие ценные минералы как апатит,циркон, танталлит, колумбит, пирохлор и другие. В результате класс остаточных месторождений содержит важнейшие для современой промышленнсти месторождения металлических полезных ископаемых: алюминиевых руд – бокситов, железных руд – бурого железняка, силикатных руд никеля, руд марганца (пиролюзит-манганитовых продуктов выветривания пород, обогащенных марганцем), золота, свинца, магнезита, апатита, редких металлов, редкоземельных элеметов. Из нерудного минерального сырья важное значение имеют остаточные месторождения каолиновых глин.

Остаточные месторождения силикатных никелевых руд формируются в коре выветривания аподунитовых и апоперидотитовых серпентинитов в обстановке тропического и субтропического климата мезозойского, третичного и четвертичного времени. Они известны в России и Казахстане на Южном Урале, в Новой Каледонии, Австралии, Югославии, Албании, на Кубе, в Бразилии, Индонезии, на Мадагаскаре и Филлипинах. 

Образование месторождений выветривания на Южном Урале происходило длительное время – от поздней перми до среднеюрской эпохи, в обстановке жаркого субтропического климата. Средняя мощность кор выветривания Южного Урала близка к 60 м, а местами достигает 160-180 м. За время выветривания на гранитах возникли залежи каолина, на ос6новных породах – скопления охристых глин, на яшмах – марганцевые шляпы, на колчеданных телах – железные шляпы, а на серпентинитах – месторождения бурых железняков и силикатных никелевых руд. Никель в материнских породах находится преимущественно в оливине и отчасти в пироксене, амфиболе и хлорите. Из оливина и пироксена никель переходит в серпентин. На ранних стадиях разложения последнего никель переходит в водный раствор, где находится в виде бикарбоната. В таком состоянии он выносится из верхней части в глубь коры выветривания и вновь отлагается в виде вторичных никельсодержащих минералов, обычно представленных гарниеритом

Ni₂[Si₄O₁₀](OH)₄*4H₂O, ревденскитом (Ni,Mg)₆[Si₄O₁₀] (OH)₈  и др.

Содержание никеля в рудах коры выветривания 0,5-5%, составляя в среднем около 1%; содержание кобальта 0,03-0,07%.   

Среди остаточных месторождений бокситов по форме рудных тел различаются две разновидности – площадные и карстовые. Типичные площадные месторождения остаточных бокситов известны в Индии. Они связаны с корой выветривания верхнемеловых траппов – серии горизонтально залегающих базальтовых покровов. Мощность кор выветривания достигает 20 м. На неразложенном базальте находится «литомарж» - полуразложенный базальт с сохранившецся структурой исходной породы, кверху через прослой литомаржевого боксита сменяется горизонтом боксита ноздреватой или плотной, а нередко и бобовой текстуры. В верхней части бокситового горизонта нарастает содержание железа и он переходит в железистый боксит, постепенно сменяющийся коркой железистого латерита. Разрез венчается рыхлыми продуктами современного физического выветривания.

Бокситы формируются не только в коре выветривания базальтов, но также и при химическом разложении пород иного состава, например кристаллических сланцев. Примером может служить Висловское месторождение КМА (Авдонин и др., 1998). 

Карстово-котловинные месторождения остаточных бокситов известны на Енисейском кряже (Красноярский край Сибири) [1, 3]. Они приурочены к известнякам докембрийского возраста, раскарстованными и выполненными бокситами в начале палеогена в условиях влажного, жаркого климата. Рудные тела имеют сложные очертания, обусловленные перемежаемостью неправильных скоплений глин и бокситов. Главная масса глинисто-бокситового материала, выполняющего карстовые пещеры, относится к породам, снесенным с соседних участков площадной коры выветривания основных и метаморфических пород докембрия. Месторождения Северо-Уральского бокситоносного района (Красная Шапочка и др. [3]) представляют собой пластообразные залежи бокситов, заполняющих размытую, закрстованную поверхность известняков нижнего девона. Источником глинозема были позднедевонские коры выветривания верхнесилурийских вулканитов основного состава. Различаются два подгоризонта рудных бокситов: нижний – красные маркие и яшмовидные бокситы; верхний – пестроцветные пиритизированные бокситы.

Остаточные месторождения марганца формируются в коре выветривания пород с повышенным первичным содержанием (десятые доли – первые проценты MnO) металла – метаморфизованные силикатные и карбонатные, известняки, туфы, основные и ультраосновные магматические породы. Они известны в древних и современных корах выветривания на Кубе, в Индии, Африке, субтропических широтах Америки, в Австралии, составляя главный источник получения марганца. В России месторождения и рудопроявления выявлены в мезозойских корах выветривания Среднего и Южного Урала.

Остаточные месторождения каолинов формируются в коре выветривания любых полевошпатовых пород, но наиболее благоприятны для этого кислые и щелочные магаматические породы. Каолины образуют залежи площадного типа, на глубине постепенно переходящие в материнские породы. От бокситов они отличаются незавершенным разложением коренных пород (каолинитовая стадия выветривания), а также сильным осветлением, благодаря почти полному выносу железа и других катионов. Последнее возможно в кислой среде создаваемой гумусовыми кислотами, возникающими в обстановке пышной растительности жаркого климата со сменой дождевых и засушливых сезонов. Остаточные месторождения каолинов имеют чаще всего мезозойский или кайнозойский возраст, но известны каолины и палеозойских кор выветривания. В России остаточные месторождения каолинов известны на Урале, Алтае, Западной Сибири [14]. Широко развиты месторождения каолинов на Украине. Все каолиновые залежи коры выветривания представлены неправильной формы покровами, на глубине в среднем около 10 м постепенно переходящими в материнские породы – граниты, гранито-гнейсы, сиениты и их пегматиты [14].     

Нередко в коре выветривания накапливаются минералы, находящиеся в рассеянном состоянии среди коренных пород. В результате образуются остаточные месторождения золота (например, в латеритах Калагури в Австралии, месторождения Якутии, залегающие в поле раскарстованных известняков докембрия; золотоносный обломочный материал выветривания юрских песчаников и известняков выполняет чашеобразные углубления [1, 3]), месторождения свинца (известны в коре выветривания известняков Центрального Казахстана), олова (в виде касситерита, рассеянного в гранитах, накопилось вместе с ильменитом, монацитом в древней коре выветривания гранитов о. Банка в Индонезии), месторождения тантала, ниобия, циркония и редких земель выявлены в коре выветривания щелочных пород и карбонатитов в Бразилии, Нигерии, Зимбабве [1, 3]. На одном из крупнейших в мире карбонатитовом массиве Томтор, расположенном на восточном обрамлении Анабарского щита недавно выявлены мощные рудоносные коры выветривания.

Рудный пласт венчает разрез коры выветривания [24].

 Класс инфильтрационных месторождений

  К инфильтрационным относятся такие месторождения выветривания, ценное вещество которых выщелочено из одних пород, перенесено грунтовыми водами и отложено в других породах в промышленных концентрациях. Продуктами инфильтрационной деятельности являются месторождения урана, меди, железа, с определенной доли условности, месторождения самородной серы [1, 21].

Уран выносится грунтовыми водами нередко на значительные растояния, за пределы источников его выщелачивания, и преотлагается с образованием инфильтрационных скоплений, иногда формирующих крупные месторождения. Четырехвалентные месторождения, свойственные глубинным условиям рудогенеза, в коре выветривания окисляются и переходят в легко растворимые шестивалентные соединения. В этих условиях осуществляется гидролиз урана с последующим образованием в приповерхностных водах легко растворимых комплексных катионов: [ UO₂(CO₃)]⁴⁺, [UO₂(CO₃)₂H₂O]²⁺,

[ UO₂(CO₃)(OH)₂]⁴⁺  и более редких гумат-уранила, кремний-уранила, фосфатуранила; в кислой среде возникют также легкорастворимые комплексы сульфат-уранила [(UO₂)(SO₄)₂]^2- или [(UO₂)(SO₄)3]^4-.

Так осуществляется вынос из коры выветривания урановых соединений, рассеянных в горных породах. Грунтовыми водами уран выностися нередко на значительные расстояния и переотлагается с образованием инфильтрационных скоплений, образующих иногда крупные месторождения.

Урановые месторождения выветривания создавались на всем порояжении геологической истории развития земной коры. Среди инфильтрационных месторождений в конгломератах и песчаниках могут быть выделены образования раннего палеозоя в ЮАР (Витватерсранд), в Канаде (Блайнд Ривер), карбона (во Франции Вогезы), перми во Франции (Лодев), триаса в США (некоторые месторождения плато Колорадо), юры, мела, эоцена, олигоцена, миоцена, плиоцена.

В качестве примеров промышленных месторождений В.И.Смирнов [20, 21] приводит описание урановых руд плато Колорадо, залегающих а песчаниках и конгломератах. Урановые месторождения встречаются по всему разрезу платформенных отложений, от верхнепалеозойских до верхнечетвертичных; резко подавляющая их часть залегает среди конгломератов и песчаников в форме пластообразных, линзовидных, леновидных, гнездовых и кольцевой формы (роллы) тел. Размеры таких тел, общее число которых достигает нескольких тысяч, от единиц до сотен метров в поперечнике, при мощности от долей метра до 5 – 6 м, редко более. Содержание урана в товарной руде 0,1-1%; редко более; содержание ванадия 1-1,5%; кроме того в рудах содержится медь, в небольших количествах свинец, кобальт, никель, молибден, мышьяк, селен.

 Скопления урановой руды в пластах угля известны во многих странах Европы, Америки, Азии. Они развиты преимущественно в бурых, полубитуминозных углях и лигнитах мезозойского и кайнозойского возраста. Чаще они приурочены к небольшим месторождениям межгорных впадин, чем к крупным каменноугольным бассейнам.

Урановые месторождения известны также в битуминозных породах. Они представляют собой скопления урана в продуктах окисления нефти, в асфальтитах, пропитывающих песчаники, аркозы, туфы, известняки и другие породы. Они известны в Европе, Азии и Америке; примером может служить месторождение Амброзия Лейк в штате НьюМексико, США. Рудные тела этого месторождения, залегающие в асфальтизированных песчаниках верхней юры, достигают длины 1 км при мощности до 30 м. Запасы урана оцениваются около 1200 тыс. тонн при среднем содержании металла около 0,5 %.

Инфильтрационные месторождения меди обычно приурочены к красноцветным тощам осадочных пород. Они распространены в США, известны в Боливии, Чили, некоторых странах Европы. Примером могут служить месторождения медистых песчаников в пермских отложениях западного Приуралья и восточного края Русской платформы. Урал рассматривается как первоисточник оруденения. Соединения меди сносились оттуда и фиксировались в пермских породах, преимущественно в слоях казанского яруса. Сульфидные соединения на площадях выветривания окислялись и растворялись в грунтовых водах, переносились в виде легко растворимых сульфатов и вновь отлагались с образованием гнездовых залежей. При этом на значительной глубине, ниже уровня грунтовых вод, могли выпадать халькозин-ковеллиновые руды с самородной медью, выше были условия для отложения оксидов и карбонатов меди.

Интересный пример инфильтрационного месторождения меди находится в Чили в 2-х км от всемирно известного медно-порфирового месторождения Чукикамата. Месторождение Эксотика представляет собой крупную пластовую залежь в плаще олигоценового аллювиального галечника, залегающего на метаморфическом основании. Источником меди являются продукты эрозионного разрушения коренных руд месторождения Чукикамата. Рудные минералы представлены медистым вадом (MnO₂CuOH₂O), хризоколлой (Cu₃(OH)₂[Si₄O₁₀]*nH₂O) и атакaмитом (Cu₂(OH)₃Cl). Запасы меди оцениваются в 3 млн. т

при среднем содержании 1,6%.

Примером инфильтрационного образования железных руд могут быть Алапаевские месторождения восточного склона Урала. Эти месторождения образовались в результате взаимодействия грунтовых железосодержащих вод с карбонатными породами по легкопроницаемому горизонту обломочных пород [20]. Рудные тела представляют собой пластообразные и линзовидные скопления карбонатно-силикатных и гидрооксидных руд железа. В наиболее глубоких горизонтах руда состоит в основном из сидерита и железистых хлоритов; ближе к поверхности преобладают гидроокислы железа с реликтами карбонатного и силикатного состава.

Формирование инфильтрационных месторождений серы происходит либо при непосредственным воздействием углеводородов газонефтяных месторождений на сульфаты (гипс, ангидрид), либо при растворении сульфатов с последующим выпадением серы вследствие обменных реакций с углеводородами в растворе. В первом случае образование серы может осуществляться по реакции: CaSO₄ + CH₄ = 2CaCO₃ +4H₂O +S₂.

Иногда инфильтрационным способом образуютс залежи гипса за счет окисления сульфидов. Таким образом, грунтовые воды насыщаются серной кислотой (H₂SO₄). Сернокислые воды, циркулируя по известнякам, замещают кальцит с образованием гипса. Примером может служить весьма крупное месторождение инфильтрационных залежей гипса в Юго-Западном Иране.