Лекция 1 Понятие о полезных ископаемых и их месторождениях Основная терминология

Россыпи ─ скопления рыхлого или сцементированного материала, содержащегося в виде зёрен, их обломков либо агрегатов ценные минералы. Полезные минералы россыпей включают в себя: золото, платину и платиноиды, уран, терра-роса, ниобий, вольфрам, бериллий, ртуть, железо, медь, драгоценные и поделочные камни – алмазы, изумруды, гранаты, корунд и др., а также – формовочные, строительные и стекольные пески.

Экономическое значение россыпных месторождений весьма значительное, что обусловлено рядом причин: малыми затратами при отработке поверхностных рыхлых образований с применением высокоэффективных способов добычи и обогащения (драги, сепараторы и пр.); присутствием весьма ценных полезных компонентов (алмазы, платина, золото и др.); часто встречающимся комплексом полезных компонентов (циркон-рутил-ильменитовые, алмазоносные золотые и др.); наличием месторождений с возобновляемыми запасами сырья (косовые аллювиальные и некоторые прибрежно-морские россыпи); быстрой оборачиваемостью вложенных в разработку месторождений средств. Освоение россыпей дает примерно половину мировой добычи алмазов, ильменита, вольфрамита, шеелита, касситерита; около 20 - 30% золота, платины и значительный процент ряда других полезных компонентов.

Месторождения россыпей обычно встречаются группами, объединяемыми в россыпные поля и районы. В последних встречаются коренные источники россыпей — рудопроявления и месторождения первичных руд. В таких случаях выделяют рудно-россыпные районы. В этой связи россыпи имеют важное прогнозно-поисковое значение.

По связи с коренными источниками выделяют россыпи ближнего (элювиальные, делювиальные, пролювиальные, олжковые, карстовые, некоторые аллювиальные, эоловые, озёрные) и дальнего сноса – латеральные (часть аллювиальных, дельтовые, мелководно-морские). Различают россыпи древние и современные, сформированные в голоцене.

Важнейшими характеристиками россыпей являются их размеры, минеральный состав, содержание полезных компонентов, крупность обломочного материала и количество илистых частиц, которые определяют их промывистость. Последнее характеризует способность отделять минеральные зёрна от глины в одном потоке. Если количество примеси глинисто-алевритового материала более 10%, то значительное количество полезных компонентов уходит в отвалы за счёт формирования агрегатов, устойчивых к воздействию водных потоков.

Предпосылки образования россыпей. Для формирования месторождений россыпного генезиса необходимо сочетание ряда факторов:

1. 
   присутствие в области питания россыпеобразующих минералов;
   
2. 
   предварительная концентрация этих минералов;
   
3. 
   интенсивное разрушение источников и глубокий эрозионный срез в областях денудации;
   
4. 
   тектонически устойчивые разнонаправленные движения крупных блоков земной коры;
   
5. 
   присутствие долгоживущих динамических ловушек полезных минералов.
   

Россыпеобразующие минералы это абразивно и химически стойкие высокоплотные минералы. Они концентрируются в тяжелой фракции отложений терригенного происхождения. По плотности ценные минералы слагают следующий ряд: золото – 15 – 19, платина – 14 – 19, касситерит – 6,8 – 7,1, гранаты – 3,5 – 4,2, алмаз – 3,5.

Возможности формирования россыпей тех или иных минералов зависят от их физических свойств – твёрдости, способности к истиранию спайности, хрупкости, смачиваемости, гидродинамических характеристик. Так, киноварь и вольфрамит обладая совершенной спайности подвержены истиранию и разрушению. Вязкость янтаря и его низкий удельный вес, обуславливающий его способность к всплыванию приводят к его высокой подвижности и сохранности в потоках рассеяния. Мягкость и большой удельный вес пластинчатого золота не препятствует его переносу на большие расстояния, чему способствуют его высокие гидравлические характеристики.

Гидравлические и физические параметры россыпеобразующих минералов определяют дальность их переноса, при котором размер их зёрен позволяет их промышленное извлечение. Так, в водной среде, предельные расстояния переноса для танталита – 5 км, для пирохлора – 1,5, касситерита 3 – 6, золота – 8 – 10, платины – 4 – 8, нефрита – до 200 км, алмаза – десятки – первые сотни километров, сотни километров для рутила, ильменита, монацита и циркона. Хорошая транспортабельная способность в потоках рассеяния проявляется у алмаза, который, обладая непревзойденной твёрдостью и химической стойкостью, а также – гидрофобностью и морфологией способнее к длительному переносу, так, известны случаи его переноса от кимберлитовой трубки Мир в Якутии на расстояние до 700 км. В состоянии взвеси переносятся алмазы до 0,5 мм диаметром, в донных наносах – до 12 мм.

Источниками россыпей служат как магматические породы, обогащённые акцессорными минералами, как – редкометальные граниты; эндогенные рудопроявления и месторождения (коренные); древние осадочные породы, обогащённые полезными компонентами; древние россыпи (промежуточные коллекторы). Так, для алмазов и золота большое значение имеют промежуточные коллектора.

Интенсивное разрушение коренных источников россыпей взаимосвязано с предыдущими эпохами интенсивного выветривания и перерывов в осадконакоплении. Такое первичное разрушение коры выветривания создаёт предпосылки для первичного обогащения россыпей полезными компонентами вплоть до образования аллювиальных россыпей. Для образования прибрежно-морских россыпей большое значение имеет глубокое химическое выветривание в сочетании с интенсивным механическим разрушением пород.

Наличие глубокого эрозионного среза питающих провинций и длительность денудации являются необходимыми условиями формирования продуктивных россыпей.
Аллювиальные россыпи. С аллювиальными россыпями связаны значительные объёмы запасов золота, платины, алмазов, вольфрама и самоцветов. Чаще всего это россыпи ближайшего сноса.

Данный тип россыпей связан чаще всего с реками, дренирующими гредне- и низкогорный рельеф. Высокогорные и равнинные области не содержат промышленных россыпей. Данное обстоятельство объяснимо с точки зрения того, что данным областям присущи водные потоки с равномерными скоростями, не способствующими выпадению зёрен минералов из водных масс. В высокогорье большая скорость воды препятствует аккумуляции, а на равнинных территориях источники сноса удалены и перекрыты наносами, а также – рассеяны, измельчены и переотложены, глубоко захоронены в аллювиальных толщах.

Среди аллювиальных россыпей выделяются россыпи насыщения и рассеяния. Первые – россыпи долин низких и средних порядков, приближенные к коренным источникам. Для них характерны каньоновидные и корытообразные сечения долин, малая примесь илисто-глинистых фракций, высокие содержания крупного золота, выдержанность оруденения. Россыпи рассеяния образованы в условиях возникают в условиях преобладания выноса компонента над его привносом связаны с расширяющимися долинами, являющимися долинными, террасовыми, устьевых потоков, сложными склоново-аллювиальными.

В разрезах россыпей выделяют снизу вверх такие элементы:

1) плотик, - коренные породы, подстилающие промышленные пески;

2) пласт или пески, являющиеся собственно металлоносными;

3) торфа, представленные пустыми песчаными отложениями;

4) почвенный слой.

В случае наличия в составе аллювиального разреза двух и более металлоносных пластов, осадки, подстилающие верхний пласт именуют ложным плотиком. Важным показателем продуктивности русловых россыпей является строение плотика. Чем сложнее оно, тем контрастнее будет распределение полезных компонентов. Данное явление наиболее хорошо выражено в пределах эрозионных ванн в горных реках, где встречаются самородки золота.

Минералы россыпей приурочиваются к нижним частям аллювиальных отложений, к стержневым осадкам русел. Аллювиальные россыпи образуют лентовидные и линзообразные тела, вытянутые вдоль речной долины. Распределение полезных компонентов в них неоднородно и струеподобно.

Долинные россыпи образуются при боковой эрозии в местах расширения долин рек. Террасовые россыпи – продукт, сохранившихся от последующей эрозии реликты долинных россыпей, сохранившихся в прибортовых частях речных долин. Долинные и терассовые россыпи – тела сложной конфигурации, которые могут образовываться за счёт размыва и переотложения русловых россыпей. Формирование данныхъ образований происходит при понижении базиса эрозии и увеличения врезания русел в верхних частях речных долин. Чаще всего долинные и террасовые россыпи – россыпи рассеяния, когда русловые – насыщения. Первые чаще всего – чаще всего погребены. Полезные компоненты в них имеют пластинчатую форму, тонкозернистого состава. Россыпи приустьевых потоков образуются в местах резкого осложнения основной реки её боковыми притоками.

В верховьях долин часто встречаются ложковые россыпи, которые образованы слабо переработанным водными потоками солефлюкционным и делювиальным материалом.

Пролювиальные россыпи встречаются в предгорных аридных областях и приурочены к отложениям конусов выноса и блуждающих русел. Среди данных образований выделяют собственно пролювиальные и аллювиально-пролювиальные, сформированные при воздействии более длительных водотоков, нежели первые.

Прибрежно-морские россыпи – это наиболее крупные по протяженности месторождения (до 1000 км, Квинсленд – Новый Южный Уэльс, Австралия). Источниками поступления ильменита, рутила, лейкоксена, магнетита и титаномагнетита служат области базальтоидного и андезитового магнетизма, комплексы ультрабазитов. Щелочные и кислые интрузивы ─ для ксенотима, циркона и монацита, метаморфические породы ─ для акцессорных гранатов, силлиманита, ианита и ставролита. Терригенный материал, слагающий прибрежно-морские россыпи, также может поступать при разрушении водно-ледниковых отложений, их абразионно-волновом размыве. Одной из важнейших особенностей прибрежно-морских россыпей является возобновляемость их запасов, которые восстанавливаются по проишествии нескольких штормовых сезонов. Данному типу россыпей присуще высокое качество руды, обусловленное длительной сортировкой осадочного материала.

Среди прибрежно-морских россыпей можно выделить следующие разновидности: пляжевые, баровые, косовые, береговых валов, лагун, дельт и подводного склона. По отношению к урезу воды выделяют россыпи, находчщиеся над уровнем моря и подводные. Россыпи золота, платины, касситерита отлагаются преимущественно в затопленной разновидности.

Прибрежно-морские россыпи отлагаются при наличи следующих предпосылок:

1. 
   наличии продуктивных источников обломочного материала в виде дельт или ледниковых отложений;
   
2. 
   присутствие в береговой зоне магматических и метаморфических пород, обогащённых россыпеобразующими минералами;
   
3. 
   формирование интенсивных вдольбереговых потоков в прибрежной зоне шельфа, обусловленных активной гидродинамикой, определяемой активной ветровой, приливно-отливной и волноприбойной деятельностью;
   
4. 
   предшествующие современным эпохи формирования россыпей и вторичных коллекторов;
   
5. 
   оптимальный ход консидементационных движений, который обуславливает длительный активный лито- и гидродинамический режим прибрежно-морской полосы.
   

Собственно прибрежно-морские россыпи отличаются:

1. 
   незначительной мощностью, не превышающей 1 м, ширина ─ несколько сотен метров и очень большая протяжённость, достигающая сотен километров;
   
2. 
   многоярусные кулисообразные плоско-линзовидные тела песков, чередующиесяс мелководно-морскими отложениями, содержащими детрит морских раковин;
   
3. 
   приуроченность рудных песков к верхней части баровых или пляжевых отложений;
   
4. 
   фациальные переходы в континентальные, часто эоловые и лагунно-морские отложения в поперечном сечении россыпи;
   
5. 
   хорошая сортировка и высокая степень окатанности мелкозернистого и песчанистого материала;
   
6. 
   косоволнистая мульдообразная слоистость, указывающая на волновые течения;
   
7. 
   поликомпонентный состав, часто включающий рутил, ильменит, циркон и высокие (до 60-80% от массы песка концентрации).
   

Карстовый тип россыпей относят к образованиям ближнего сноса. Для них характерно: положнение в карстовых провалах и пещерах; близкое присутствие коренных рудных источников; пространственнач и временная связь с корами глубокого химического выветривания; расположение в основании карстовых отложений; примесь хорошо отсортированного песчаного материала и щебёнки карбонатных пород, повышенная глинистость; неравномерное, часто гнёздовое распределение полезных компонентов, присутствие весьма богатых участков; небольшие размеры (мощности ─ первые метры, длина и ширина ─ десятки метров). Часто данные россыпи связаны с зонами трещиноватости или контактами карбонатных и силикатных пород.

Эоловому типу россыпей присущи: хорошая окатанность и отполированность песчаных зёрен; приуроченность полезных концентраций к основанию наветренных частей барханов и дюн; линзовидно-полосчатая форма в плане, простирающаяся поперёк генеральному направлению ветров; небольшие масштабы.

Лекция 14 Химические осадки, эволюция осадкообразования.
Хемогенные осадочные месторождения включают в себя месторождения эвапоритов, бурых железняков, окисных и карбонатных руд марганца, железо-марганцевых конкреций океанического ложа, бокситов. Осадочные руды Mn составляют более 90% общемировых запасов, Fe – до 20%. (данная тема рассматривается в лекции 15) Эвапоритовые месторождения включают в себя все запасы галита, сильвнита, природной селитры, соды, бишофита, мирабилита, тенардита, гипса, ангидрита, боратов, отчасти – цеолинов, известняков и доломитов.
Осадки из истинных растворов Образование месторождений каменных солей связывают с процессами осадконакопления в осадочных солеродных бассейнах – галогенезом. По гидрохимическим особенностям современного соленакопления выделяются 3 типа галогенеза. Выделяются хлоридные, сульфатные и содовые соленосные формации. В данных минеральных парагенезисах галит представлен как преобладающий во всех без исключения группах, наиболее широко он распространён в хлоридной и хлоридно-сульфатной группах.

Современные районы формирования эвапоритов располагаются исключительно в аридных областях. В некоторых местах при испарении грунтовых вод могут формироваться приповерхностные селитренники (предгорья Чили и Перу). В других при интенсивном испарении грунтовых вод и мелких озёр происходит накопление доломитов, гипсов и ангидритов, галита (пустыни Намибии, Сомали, Западной Австралии и Средней Азии или прибрежной равнины Персидского залива. В озёрах, содержащих вулканогенный материал могут формироваться месторождения соды, бора, цеолитов (Малая Азия, запад Северной Америки). Ещё накопление солей отмечается в морских бассейнах, размещённых в пустынях и полупустынях (Мёртвое море). Формирование эвапоритов может протекать в приэкваториальных районах с участками локальной аридизации.

Можно выделить 4 типа солеродных бассейнов: 1) осолонённых озёр, небольших заливов и лагун; 2) крупных морских заливов или мелководных изометрических или глубоководных линейных; 3) эпиконтинентальных морей; 4) крупных внутриконтинентальных морей (аналоги пермского возраста).

В эвапоритовых разрезах можно выделить собственно соляные, соленосные и вмещающие их осадочные породы. Их группируют в соленосные и породные формации. Соленосные породы чаще всего ассоциируют с хемогенными карбонатными и терригенными песчано-глинистыми красноцветными отложениями, реже включают биогенные и вулканогенные образования. Обычно разрез галогенной формации включает слагается регрессивной серией отложений, которая состоит из (снизу вверх): морские терригенно-глинистые отложения – известняки – доломиты – сульфаты – галит – калийные соли – магниевые соли – покровные сульфаты – терригенные красноцветные отложения.

В мире насчитывается более 100 галогенных осадочных формаций. Однако, наиболее распространены галитсодержащие, а наименее – калийно-магниевые, всего 3 формации – содовые. Данное соотношение объясняется большим распространением сульфатных галитсодержащих осадков, в которых галит и небольшие количества сильвина фиксируют начальные стадии испарительной концентрации по сравнению с хлоридными калийно-магниевыми. Малочисленность содовых формаций определяется редким сочетанием континентального осадконакопления в озёрах, содержащих вулканогенный материал. Экзотическими являются современные азотистые соли – калийные селитренники. Для формирования данных соединений необходимы сочетание предгорных впадин и интенсивного испарения в очагах разгрузки обогащённых воздухом грунтовых вод.

Характерны фациальные переходы соленосных отложений, с одной стороны, в морские карбонатные, с другой стороны – в глинистые континентальные.

Современный и древний рельефы областей осадконакопления отличают выположенность и отсутствие долин, что предопределяет возможность длительной хемогенной седиментации из насыщенных и пересыщенных водных растворов. Появление в зоне осадконакопления подавляет образование эвапоритов. Аридные условия и высокая солёность подавляют развитие жизни в водоёмах и ведут к угнетению развития осадков биогенного происхождения. Солеобразование отмечалось с раннего докембрия до настоящего времени. Однако, существуют следующие крупные эпохи скопления каменных солей, которые сопровождают эпохи завершения крупных геотектонических циклов – байкальского (кембрий), каледонского (силур – ранний девон); герцинского (поздняя пермь), киммерийского (поздняя юра- ранний мел), альпийского (миоцен). Солеродные бассейны чаще всего располагаются в депрессиях, чаще платформенных, а также – в их краевых прогибах (Приуральском, Прикарпатском) или межгорных впадинах (Днепрово-Донецкая).

Седиментация эвапоритов происходила в условиях однонаправленных и сравнительно интенсивных опусканий крупных блоков земной коры. При этом за счёт выровненного рельефа осадконакопление не компенсировалось поступлением обильного терригенного материала. Скорость накопления солей превышала скорость накопления подстилающих и перекрывающих известковых и алеврито-глинистых осадков более чем на порядок. Полукилометровая толща каменной соли накапливается за промежуток времени около 35 000 лет. Данные скорости аккумуляции соответствуют скоростям седиментации во впадинах, удалённых от источников обломочного материала.

Солеродные бассейны имеют различные площади – от первых тысяч до миллионов кв. км. Залежи каменной соли занимают от 6 до 70% площади. Месторождения калийных солей располагаются ВСЕГДА ВНУТРИ галитовых бассейнов, занимая 5-24% площади.

Наиболее крупными были кембрийские Восточно-Сибирский и Ирано-Пакистанский и пермские Восточно-Европейский и Западно-Европейский.

Пласты каменных солей характеризуются внутренним ритмичным строением. В основании слоёв залегают гипс-ангидритовые слои, сменяющиеся галитовыми и карналлитовыми. Мощности разрезов увеличиваются в сторону центральных частей бассейнов галогенеза. Толщина соленосных формаций достигает 700 и более метров. Калийные соли встречаются в виде прослоев и линз малой мощности (0,5 – 1 м), либо одного или многих мощных (до 25м) пластов.

Типичны текстуры ленточной слоистости, а также – оползания.

Для месторждений эвапоритов характерны проявления галотектоники – вязко-пластичных деформаций солей и соленосных глинистых пачек.

В настоящее время существует 4 типа галогенных месторождений 1) современные рассолы озёр и морей бассейнов (рапа), являющаяся поверхностными скоплениями гидроминерального сырья; 2) рассолы подземных вод (подземное гидроминеральное сырьё); соли современной садки; 4) древние соли.

В месторождениях рассолов солеродных бассейнов суммарные концентрации солей достигают 300 г/кг.

Наиболее крупными современными месторождениями рассолов в настоящее время являются Большое Солёное Озеров США, Мёртвое море на ближнем востоке, Прикаспийский залив Кара-Богаз-Гол в Казахстане и Приазовский Сивашский в степном Крыму.

В подземных рассолах общая концентрация солей достигает 600 г/л и более. Практически все районы распространения рассолов совпадают с месторождениями каменной соли. Можно выделить надсолевые, подсолевые и межсолевые рассолы. Последние два типа относят к седиментогенным древним захоронённым и метаморфизованным. Надсолевые рассолы могут иметь метеорное происхождение (рассолы выщелачивания).

Концентрация полезных компонентов в рассолах происходит как в момент аккумуляции каменной соли, так и позднее – на этапе протекания обменных реакций между вмещающими породами и рассолом. Рассолы встречаются зачастую в нижних частях артезианских бассейнов и редко приближаются к земной поверхности. Существует взаимосвязь рассолов с образованием эксфильтрационных месторождений марганца, железа, полиметаллов, стронция, меди.

1. 
   прибрежные равнины типа себхи (засолонённая равнина на юге Персидского залива) и внутриконтинентальные озёра (Баскунчак) с субаэральным накоплением;
   
2. 
   замкнутые морские заливы, лагуны, где соли отлагаются в мелководных и глубоководных (до 300 - 400 м) условиях (Кара-Богаз-Гол, Сиваш, Бокано-де-Вирилла.);
   
3. 
   глубокие бассейны внутри солёных морских вод (Мертвое море)
   

Образование мощных толщ галита приурочено к обширным и глубоким бассейнам, а сильвинита – к мелководным. В данном случае важно последовательное концентрирование солей в промежуточных бассейнах, а также – миграция засолённых вод из мелководья в глубоководные.

Подводя итоги механизмов формирования эвапоритов можно выделить следующую последовательность солеобразования: кальцит+доломит →гипс→галит +гипс→галит+полигалит→астраханит+эпсомит→сульфаты калия и магния→каинит →карналлит→ бишофит. Накопление солей может происходить следующими путями: 1) в результате последовательного уменьшения площади солеродного бассейна; 2) путём концентрирования в межзерновой жидкой фазе в разрезе ранее сформированных эвапоритов. Наиболее распространён первый механизм, который обуславливает формирование месторождений гипса, галита и небольших по мощности калийных пластов.

основными чертами месторождений являются:

связь с аридными климатическим зонами

локализация в соленосных преимущественно хемогенно-осадочных толщах и связь с первично-красноцветными тонкообломочными отложениями;

расположение месторождений в крупных депрессиях, отличавшихся интенсивным некомпенсированным опусканием и высокой скоростью накопления солей;

пластовая, иногда штоковидная форма рудных тел, достигающая мощности до 800 м и площади от 5 000 до 1 000 000 кв. км;

характерные тонколистоватые текстуры пород, часто подвергнутые оползневым деформациям, присутствие текстур растворения;

частые проявления соляной тектоники;

обязательное наличие в разрезах, перекрывающих соли покрывающих глинистых толщ.

Выделяются 4 основных типа рудных формаций эвапоритов: 1) гипс-ангидрит-галитовая; 2) галит-карналлиовая; 3) содовая; 4) современных и древних рассолов с концентрациями бора, иода, брома, щелочных и щелочно-земельных металлов.