Петрогенные и металлогенные элементы. Постмагматические процессы. Промышленные месторождения минерального сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Петрогенные и металлогенные элементы и их геохимические свойства

Химические элементы в расплавах и растворах находятся в виде молекул или комплексных ионов (катионов и анионов). Поведение разных элементов в жидких средах обусловлено строением ионов, определенным положением элементов в периодической системе Менделеева и размерами ионов. Х.С. Вашингтон все химические элементы разделил на две группы: металлогенные и петрогенные. Металлогенные элементы имеют высокую атомную массу, располагаются в нижних рядах таблицы Менделеева. Они образуют ионы с 18-электронной внешней оболочкой и накапливаются преимущественно при эндогенных процессах и формируют, как правило, руды металлических полезных ископаемых. Петрогенные элементы образуют ионы с 8-электронной внешней оболочкой и конфигурацией типа благородных газов, имеют малые относительные массы и обладают отчетливо выраженной способностью накапливаться в экзогенных процессах. Петрогенные элементы образуют следующие соединения: силикаты, алюмосиликаты, оксиды, карбонаты и соли. Эти элементы не встречаются в самородном виде, за исключением углерода (алмаз, графит). Они составляют основную массу горных пород, слагающих земную кору, и неметаллических полезных ископаемых.

2. Охарактеризуйте источники рудного вещества, природу постмагматических растворов, пути их движения и способы отложения из них минералов. Развитие постмагматического процесса во времени, этапы и стадии минерализации

Проблема источников вещества возникла практически сразу же, как только начали изучаться рудные месторождения и горные породы. Она возникла в связи с тем, что связь месторождений с тем или иным геологическим объектом всегда служила поисковым признаком. С начала решение имело схоластический, умозрительный характер, но с появлением возможности точного и полного изучения вещественного состава руд и пород, решение задачи приобрело более строгий характер. Результаты этих исследований изложены в многочисленных публикациях, и сейчас нет практически ни одной геологической работы или диссертации, в которых не затрагивалась бы эта тема. В основе анализа лежит сравнение либо набора элементов, либо их количественных характеристик, либо отношений концентраций элементов в изучаемых объектах с таковыми, принятыми за эталон. Например, присутствие в породах Be, Sn, W и других элементов по мнению ряда авторов свидетельствует об участий гранитоидного вещества. Присутствие Ni, Co, Cu и т.д. позволяло говорить об участии вещества основных и ультраосновных пород и т.д. Наиболее остро эта проблема касалась, как правило, гидротермальных месторождений, пространственно оторванных от интрузивных образований, и различных осадочных пород. Строгого анализа решения этой проблемы не существует. Заметим, что применяемый метод содержит методическую ошибку: здесь использован метод аналогий (эталонов), но метод аналогий не является методом доказательства, а является только методом построения гипотезы.

Проблема источников любого, в том числе и рудного вещества раскладывается на две составные части: «Определение глубины нахождения источников рудного вещества» и «Определение состава источника вещества». Эти проблемы отвечают на вопросы: где и что находится в источнике вещества? Лучше всего они разработаны применительно к крутопадающим жильным месторождениям (типа Sn, U и др.) с использованием стабильных изотопов легких элементов СИЛЭ и неона [13] (изотопно-геохимические системы). Выбор СИЛЭ обусловлен двумя причинами:

1). Концентрации изотопов элементов практически не зависят от давления Р на глубинах, на которых работают геологии- Р = 1 -2 кбар.

2). При реакциях минералообразования распределение изотопов практически не зависит от таких параметров как pH и Eh.

К постмагматическим относятся процессы двух типов: пневматолитовые и гидротермальные.

Пневматолитовыми (от греческого «пневма» - газ) называются эндогенные процессы, связанные с деятельностью флюидной фазы в газообразном состоянии. Проявления пневматолитовых процессов в глубинных условиях наиболее характерны при температурах порядка 400-500?С. Ведущую роль в пневматолитовой деятельности играют такие «летучие» компоненты, как H₂O, HF, HCl. В результате взаимодействия этих компонентов с веществом горных пород, в которые они проникают, образуются новые минералы - такие, как флюорит, топаз, турмалин, и другие.

Гидротермальный процесс сменяет пегматитовый, когда температура опускается ниже критической точки воды (375?С). С этого момента вода, играющая ведущую роль в составе постмагматических флюидов, переходит в жидкую фазу и начинает циркулировать в виде горячих растворов. Протекают гидротермальные процессы в диапазоне температур 375-50?С. Чем выше температура гидротермальных растворов, тем выше растворимость в них большинства минеральных веществ. Поэтому самые горячие растворы обычно являются наиболее минерализованными. По мере снижения температуры избыток растворённых веществ выделяется в кристаллической форме. Образуются разнообразные минералы гидротермального происхождения, которые заполняют любые возможные пустоты в горных породах или замещают минеральное вещество, слагавшее их ранее. Так как гидротермальные растворы проникают в окружающие горные породы преимущественно по трещинам, продукты гидротермальной деятельности отлагаются обычно в форме жил или прожилков. Реже они слагают в породах изометричные гнёзда или обособления неправильной формы.

Растворы, отделяющиеся от магматических расплавов, нередко содержат в повышенных концентрациях те химические элементы, которые не вошли в состав минеральной фазы при магматической кристаллизации. К их числу обычно относятся сера и ряд металлов, более склонных к формированию сернистых, а не силикатных соединений (Cu, Pb, Zn, Hg и др.). Поэтому среди минералов, образующихся гидротермальным путём, широким распространением пользуются сульфиды этих металлов. К числу характерных продуктов гидротермальной деятельности относятся кварц, карбонаты и многие другие минералы. Некоторые химические элементы (в частности, золото) осаждаются из гидротермальных растворов в самородной форме.

Тем не менее, полученные результаты применимы и к анализу распределений элементов в минералах и породах (общегеохимические системы).

3. Опишите генетические типы промышленных месторождений горно-химического и агрохимического минерального сырья. Укажите главнейшие месторождения

металлогенный раствор минерал месторождение

Химическое сырье (фосфаты, сера).

В геоисторическом плане апатитовые и комплексные апатитсодержащие месторождения принадлежат к различным минерагеническим эпохам и связаны с различными формациями горных пород. Наиболее благоприятными для формирования месторождений были условия активизации древних платформ с типоморфными формациями агпаитовых нефелиновых сиенитов и щелочно-ультраосновных карбонатитовых комплексов. С режимом протоактивизации (в раннем протерозое) связано формирование древних щелочно-ультраосновных комплексов с апатитовой и апатит-редкометальной минерализацией. Среди промышленных месторождений апатита выделяется ряд генетических типов: магматические, карбонатитовые, скарновые, гидротермальные, метаморфогенные, месторождения выветривания. Апатитовые руды разнообразны. По минеральному составу они подразделяются на силикатно-оксидные, силикатные, карбонатно-силикатные, карбонатные и гидросиликатно-гидрооксидные. Наиболее легко обогащаются силикатные (апатит-нефелиновые) руды. Наиболее трудно - карбонатные и гидросиликатно-гидрооксидные.

Месторождения апатит-нефелиновой формации являются главнейшим геолого-промышленным типом месторождений, с которым связана подавляющая часть запасов и добычи этого сырья. Месторождения приурочены к крупным многофазным концентрически- зональным интрузиям агпаитовых нефелиновых сиенитов и ийолит-уртитов. Это месторождения Хибинского и Ловозерского массивов (Кукисвумчорр, Юкспор, Расвумчорр и др.). За рубежом массивы нефелиновых сиенитов известны в Гренландии, Бразилии, Канаде. Массивы представляют интрузии, развитые на щитах и краевых зонах платформ. Их площади варьируют от первых десятков до первых тысяч квадратных километров. Рудные тела представляют собой протяженные (несколько километров) пластовые и линзовидные залежи, осложненные раздувами и пережимами, с закономерным пространственным распределением различных типов руд, либо менее крупные, кулисо расположенные залежи сложной формы, объединяющиеся в зоны с широким развитием брекчиевых руд.

Промышленное значение кроме апатита имеет нефелин, практический интерес могут представить сфен и редкие земли. Месторождения апатит-магнетитовой формации связаны с габбро-сиенитами, габбро- пироксенит-дунитами (месторождение Кирунаваара и другие в Северной Швеции). Руды комплексные: апатит ассоциирует с магнетитом. Промышленные руды содержат 58-70 % железа и 0,01-3,6 % P2O5.

Карбонатитовые месторождения приурочены к массивам центрального типа ультраосновных щелочных пород, штокам и дайкам карбонатитов. Размещение массивов контролируется зонами глубинных разломов, чаще приуроченных к краевым частям платформ. Руды часто комплексные: апатит-магнетитовые, апатит-флогопитовые, апатит- редкоземельные. Наиболее изученными месторождениями этого типа являются Ковдорское на Кольском полуострове, Белая Зима, Большое Саянское, Томптор в Сибири, Палабора в ЮАР, Сукулу в Уганде. Сокли в Финляндии и др.

Полезными компонентами, кроме апатита, являются флогопит, нефелин, редкометальные минералы (бадделеит, пирохлор и др.), магнетит, фторкарбонаты редких земель.

Промышленные типы месторождений фосфоритов.

Фосфориты являются экзогенными образованиями - осадочными и выветривания, последние играют резко подчиненную роль. Среди осадочных месторождений различают биохимические - морские (современные и ископаемые) и континентальные. Важнейшими факторами образования и нахождения фосфоритов являются тесно связанные климатические, палеогеографические и фациально-литологические условия. Палеогеографические реконструкции показывают, что крупнейшие скопления происходили на океанических шельфах в условиях мощного апвеллинга, что характерно для экваториального пояса, ограниченного на севере и юге широтами почти 500 . В мировом балансе запасов фосфоритов резко преобладают зернистые руды (свыше 60 %). Это месторождения Североафриканской провинции. Доля микрозернистых руд составляет 30 % (месторождения - Саянское в России, Каратауское в Казахстане, Фосфория в США и др.). На желваковые фосфориты приходится 7 % мировых запасов (месторождения Восточно-Европейской платформы: Вятско-Камское, Егорьевское и др.). Месторождения и проявления желваковых фосфоритов обнаружены на территории Черноземья, но они числятся в госрезерве. Наиболее перспективной считается Щигровская группа месторождений. Центральное месторождение в Тамбовской области, вероятно, будет 57 вовлечено в разработку после освоения россыпей ильменита, залегающих во вскрышной толще.

Серное сырье.

Серное сырье очень разнообразно и образуется в результате различных геологических процессов, но промышленные месторождения самородной серы являются продуктами вулканической деятельности и биохимических процессов.

Гидротермальные вулканогенные месторождения пространственно и генетически связаны с молодым или современным вулканизмом. Источником серы являются вулканические газовые и жидкие эманации. Все промышленные месторождения этого типа расположены в пределах Тихоокеанского вулканического пояса, отдельные мелкие проявления есть в Средиземноморье. Среди рудовмещающих пород наиболее распространены андезиты, туфобрекчии, туфы, лавобрекчии. Самородная сера отлагается на границе сред с восстановительными и окислительными условиями. В размещении серных залежей важная роль принадлежит тектоническим и литологическим факторам. Залежи размещаются вдоль разломов и зон трещиноватости в пористых породах (туфах, туфобрекчиях). По глубине образования руд выделяют приповерхностные и поверхностные вулканогенные месторождения. Приповерхностные месторождения серы возникают на глубинах до 350 метров от поверхности.

Запасы серы в отдельных месторождениях достигают десятков 59 миллионов тонн. К этому подтипу относятся месторождения Камчатки и Курильских островов (Новое, Заозерное, Малотойваямское, Ветроваямское и др.), Японии, США, многочисленные месторождения Чили, Перу, Мексики, Колумбии, Эквадора и Филиппин.

Соли.

Минеральные соли Месторождения твердых солей являются осадочными, возникшими из истинных растворов в особых солеродных бассейнах с ограниченным доступом минерализованных вод в аридных климатических условиях. По способу и времени отложения различают месторождения современные внутриконтинентальные озерные и прибрежно-морские, ископаемые (древние), рассолов и соляных источников.

Соляная масса современных месторождений состоит из соляного рассола (рапа) и твердых соляных отложений (самосад). По фазовому состоянию солей в бассейнах различают рапные, сухие и подпесочные озера. По объекту разработки - поверхностная и донная рапа, донные осадки: новосадка, старосадка, корневая соль. Поверхностная рапа перекрывает донные осадки, а донная - пропитывает их. Объем, концентрация и солевой состав поверхностной рапы подвержены значительным сезонным колебаниям. Донная рапа в большей степени насыщена солями, характеризуясь относительным постоянством концентрации и температуры, она заполняет поры и пустоты в пластах солей и пропитывает илы.

В составе донных соляных отложений выделяют новосадку, старосадку и корневую соль. Новосадка осаждается из поверхностной рапы в течение года, она может перейти обратно в раствор. Часть новосадки, остающаяся нерастворенной в течение ряда лет, переходит в старосадку. Перекристаллизация старосадки или прямое образование из рапы кристаллического агрегата формируют корневую соль. В рапных озерах поверхностная рапа (рассол) сохраняется в течение всего года, а в сухих - лишь во влажный период; в подпесочных озерах поверхностная рапа отсутствует вообще; соляные отложения в них перекрыты песчаными наносами. По составу солей и рапы выделяются содовый (карбонатный), сульфатный и хлоридный типы бассейнов. Обобщенная схема порядка солеосаждения следующая: карбонаты Ca и Mg, сульфаты Ca, галит, калиевые и магниевые соли.

В природных условиях эта последовательность претерпевает значительные изменения, что обусловлено сложной динамикой физико- химических и гидродинамических условий солеобразования. Воды поверхностного стока, привнос большого количества терригенного песчано-глинистого материала, температурный режим, сезонные и вековые изменения климата влияют на очередность выпадения солей. Галит является наиболее распространенным минералом всех галогенных формаций. Им сложены мощные залежи на месторождениях каменной соли и подстилающие на калийных месторождениях. 62 Осадочные (современные) месторождения солей связаны с внутриконтинентальными бессточными впадинами - соляными озерами и прибрежно-морскими бассейнами - лагунами и лиманами, выполненными рапой. По химическому составу рапы и минеральному составу осадков среди современных месторождений выделяют хлоридные (преобладает галит), сульфатные (мирабилит, тенардит, эпсомит) и карбонатные (натрон).

Месторождения соляных озер возникают при превышении испарения над атмосферными осадками и при привносе в озера солей поверхностными и подземными водами. Источником солей являются продукты выветривания щелочных пород, вулканические эксгаляции и соленосные породы галогенных формаций. Соляные озера хлоридного типа распространены в южных районах европейской части России - Эльтон и Баскунчак, хлоридного и сульфатного типов - в Казахстане, в Кулундинской степи; карбонатного типа - оз. Серлз в США и др.

Месторождения прибрежно-морского типа распространены вдоль побережья Черного, Каспийского и Аральского морей. Наиболее характерным примером является залив Кара- Богаз-Гол, а также оз. Сиваш на побережье Азовского моря.

Борное сырье.

Скарновые месторождения - основной для России в промышленном отношении тип. Месторождения представлены магнезиальными и известковыми скарнами. Магнезиальные скарны образуются на контакте доломитов, доломитовых известняков, магнезитов с гранодиоритами и диоритами. Форма скарновых залежей линзо- и пластообразные тела, реже отмечаются штоко- и жилообразные. Длина скарновых тел может достигать 1,5 км, мощность - десятки метров. Скарны сложены диопсидом, шпинелью, форстеритом, флогопитом, серпентином. По минеральному составу руд различают людвигитовые, суанитовые и котоитовые месторождения. Людвигитовые месторождения - наиболее глубинные, самые крупные из них имеют архейский возраст. Гипабиссальные месторождения - обычно мелкие, локализуются в экзоконтакте гранитных массивов, имеют преимущественно мезозойский возраст. Людвигит всегда сопровождается магнетитом, т.е. руды этих месторождений комплексные - железо-борные. Содержание B2O3 в рудах 4 - 10 %. Месторождения известны в России (Таежное в Якутии, в Забайкалье, Горной Шории), в Швеции, США. Суанитовые месторождения встречаются редко, но отличаются крупными запасами. Содержание B2O3 в рудах высокое (12 - 17 %).

Котоитовые месторождения образуются на небольших глубинах, часто сопровождаются полиметаллическим, медным, висмутовым и иным оруденением. Содержание B2O3 в рудах обычно 6 - 8 %. Запасы руд от небольших до средних. Месторождения обнаружены на Дальнем Востоке и Северо-Востоке, за рубежом в Корее, США, Японии и др. 64 Известковые скарны часто приурочены к зонам мезозойской и кайнозойской складчатости, образуются на контакте известняков или известково-силикатных пород с гранодиоритами и кварцевыми диоритами. Бороносные скарны - инфильтрационные. Преобладают пироксен-гранатовые скарны, нередко присутствует волластонит, который может иметь промышленное значение. Промышленно ценными боровыми минералами являются датолит и данбурит, локализующиеся в экзоскарнах. В эндоскарнах образуется аксинит и иногда турмалин, эти минералы промышленного значения не имеют. Месторождения представлены пластообразными и линзовидными, круто-, реже пологопадающими залежами известковых скарнов размером до трех километров по простиранию. Залежи имеют мощность в десятки-сотни метров. Содержание B₂O₃ варьирует от 5 до 15 %.

К известково-скарновым относятся месторождения Приморья (Дальнегорское), боропроявления на Урале, Сибири, за рубежом в Японии, Великобритании и др. Вулканогенно-гидротермальные месторождения бора представлены горячими минеральными источниками в областях современного вулканизма. Они распространены довольно широко, но имеют небольшое практическое значение, эксплуатируются лишь в Испании. Содержание борной кислоты изменяется от сотых долей процента до 0, 5 %. Боросодержащие горячие источники вулканического происхождения известны в России (Камчатка), США и других странах.

Вулканогенно-осадочные месторождения бора связаны с молодым вулканизмом. Источником бора служат вулканические эксгаляции или вулканические породы, из которых бор легко выщелачивается. Месторождения формируются в бессточных или слабо проточных котловинах (пресных и соленых озерах) за счет выпадения борных минералов в результате химических реакций в условиях аридного климата. На вулканогенно-осадочных месторождениях базируется вся боровая промышленность капиталистических стран. Эти месторождения отличаются высокими содержаниями бора, благоприятными горнотехническими условиями и простотой технологической переработки руд. По составу вмещающих пород и возрасту в этих месторождениях выделяются две группы.

В месторождениях первой группы наблюдаются два типа. Месторождения первого типа приурочены к соленосным (эвапоритовым) озерным отложениям четвертичного возраста. Образование их связано с фумарольной деятельностью действующих или недавно потухших вулканов. Месторождения расположены в котловинах у подножия вулканов. Эти котловины заняты солеными озерами (саларами) с пластами улексита, бурой, колеманитом и другими минералами, ассоциирующими с хлоридами и сульфатами Na, K, Ca. Мощность боровых слоев - 1м, содержание B2O3 до 40 %. Запасы невелики. Месторождения развиты в Южной Америке (Чили, Перу, Аргентине, Боливии).

Месторождения второго типа также образуются в соленых озерах, но непосредственно не связаны с современным вулканизмом. Источником бора являлись вулканогенные породы, при выветривании которых в условиях аридного климата бор переносился и накапливался в бессточных котловинах. Из боратов преобладают бура и улексит, сопутствующие минералы - галит, сильвин, сода. Бор извлекают из рапы, из донного ила и самосадочной буры. Пластовые рудные тела имеют мощность до 15 м. Содержание B2O3 0,5 -2,5 %, запасы нередко крупные. Крупнейшими месторождениями являются оз.Серлс (США), месторождение Кырка - (Турция). Подобные месторождения известны в Иране, Индии. Месторождения второй группы локализуются в отложениях пресных озер - глинистых или карбонатно-глинистых породах. Бораты залегают в этих породах в виде пластов, линз, прослоев. Бор первоначально осаждался в виде буры, колеманита, улексита, которые в процессе диагенеза преобразовывались в пандермит, иньоит и другие минералы. Содержание B₂O₃ в рудах от 10 до 50 %. Запасы от средних до крупных. Примером являются месторождения Турции, США, Аргентины.

Размещено на Allbest.ru