К дискуссии о генезисе бокситов

Размещено на http://www.allbest.ru/

О боксит-туффизитах и их преобразовании в боксит-латериты

(статья опубликована в книге: «Пути реализации нефтегазового и рудного потенциала Ханты-Мансийского автономного округа - Югры». Ханты-Мансийск. Том 2., 2014г., стр.148 - 156)

Литовченко Н.И.

Большинство исследователей традиционно связывают образование бокситов с латеритными корами выветривания по алюмосиликатным породам. Широкую известность получили следующие теории и гипотезы генезиса бокситов: латеритная, латеритно-осадочная, терра-росса, вулканогенно-осадочная, вулканогенно-гидротермальная, хемогенно-осадочная, сернокислотная, биогенная, инфильтрационно-метасоматическая, полигенная, химико-биологическая, щелочная, сублатеритная, пепловая, диагенетическая и др. Количество и разнообразие предложенных гипотез свидетельствует в целом о кризисном состоянии проблемы генезиса бокситов. Появление каждой новой гипотезы аргументировалось тем обстоятельством, что ни одна из ранее предложенных гипотез не является универсальной и способной удовлетворительно объяснить реально наблюдаемые особенности вещественного состава и строения конкретных залежей бокситов, условий их залегания, соотношения с вмещающими породами, парагенезис минералов, разнообразие структур и текстур руд.

Очевидный факт наличия крупных месторождений высококачественных бокситов, залегающих в виде плащеобразных залежей на плосковершинных возвышенностях (бовалях) в областях с гумидным тропическим климатом, послужил поводом для отнесения бокситов к корам выветривания, т.е. к классу экзогенных пород, подлежащих стратификации совместно с вмещающими их осадочными породами. Однако в практике геологоразведочных работ постоянно возникают затруднения при увязке многоэтажных залежей бокситов с толщами вмещающих их стратифицируемых пород. Отсюда и обилие гипотез генезиса бокситов, рассматривающих различные варианты увязки между условиями отложения стратифицируемых вмещающих бокситы пород и эпохами латеритного корообразования, что вынуждает прибегать к многократным разнонаправленным эпейрогеническим движениям региона, а также к воображаемому неоднократному перемещению каждого конкретного региона с бокситами в экваториальную зону с тропическим климатом.

Весьма показательным примером роли тропического климата для образования бокситов является Гвинейская Республика, занимающая первое место в мире по наличию бокситов. В Гвинее сконцентрировано от 33 до 45% прогнозных и 29,6% доказанных общемировых запасов самых высококачественных бокситов. Среднее содержание окиси алюминия в руде составляет от 52 до 65% при низком содержании кремнезема (менее 4 %). Месторождения не обводнены, так как залегают непосредственно на водораздельных пространствах. Наличие бокситов установлено практически во всех районах Гвинеи, за исключением Лесной Гвинеи (восток страны).

По данным В.И. Мамедова, А.А.Чаусова и А.И. Канищева 5, среднемиоценовые водно-осадочные континентальные отложения серии Сангареди в западных районах бокситоносной провинции Фута Джалон-Мандинго подверглись существенным эпигенетическим изменениям в глеевой геохимической обстановке с выносом железа и обелением пород. На следующей фазе неотектонического поднятия и расчленения этот маложелезистый и высокоглиноземистый субстрат снова подвергся латеритному выветриванию с образованием уникальных бокситов, выделенных в осадочно-латеритный класс. Обелению и латеритизации подверглись и залегающие ниже коренные породы. По ним также образовались высококачественные бокситы с гелеморфной (криптокристаллической) структурой, массивной фарфоровидной или оолитовой текстурами. Они выделены в инфильтрационно-метасоматический класс.

Положительная роль тропического климата в улучшении качества бокситов района Сангареди бесспорна. Однако тот же тропический климат в восточных районах Гвинеи и на соседней с севера территории Гвинеи Бисау работает не столь эффективно, а на значительных площадях формирует все известные типы почвы и мощные каолинитовые или монтмориллонитовые профили коры выветривания. Примером может служить месторождение глинистого сырья, разведанное для производства обыкновенного глиняного кирпича вблизи г. Бафата в Гвинеи Бисау. В этих глинах по расположению зерен магнетита и светлых глинистых минералов, заместивших зерна плагиоклаза, просматривается структура полностью измененного процессами выветривания габбро-диабаза.

По мнению В.Н. Разумовой 9 , высокую концентрацию глинозема и железа в бокситах и наличие колломорфных, оолитовых и конкреционных структур, необычных для элювия, сторонники латеритной теории объясняют перераспределением гидроокислов железа и алюминия. Однако в почвенно-элювиальных корах базальтовых пород часто отсутствует в аллитных профилях «верхний бокситовый горизонт». В этой связи она приводит слова В.П. Петрова о том, что охристо-гиббситовые корки - это единственный тип элювиального бокситообразования. Факт существования выше элювиальной глинистой толщи горизонта, максимально обогащенного гидроокислами алюминия, как пишет В.П. Петров, послужил основой для создания бытующего до сих пор «мифа» о бокситовом горизонте в верхах латеритного профиля как конечном продукте элювиального выщелачивания алюмосиликатных пород.

Итак, виноват ли тропический климат в таком избирательном подходе: где-то формирует залежи бокситов, а в большинстве других мест особенно не утруждается. По моему мнению, этот вопрос решается не там, где уже присутствуют под тропическим солнцем высококачественные бокситы, а на соседних территориях, где может быть выявлен исходный субстрат, пригодный для дальнейших успешных преобразований этого материала с помощью климата в более качественные бокситы. Климат работает с теми породами, которые на каждой конкретной территории выводит на земную поверхность тектоника.

По более ранним наблюдениям В.И. Мамедова 6 , в пределах Фута Джалон бокситоносные покровы залегают на палеозойских и верхнедокембрийских существенно глинистых породах и на основных породах (долеритах, габбро-долеритах, диабазах) мезозойской трапповой формации. Известны также месторождения на нефелиновых сиенитах, амфиболитах и габбро, а также месторождения, залегающие на песчаниках, породах на 85-95% сложенных кварцем. Причем независимо от состава подстилающих коренных пород для бокситовых залежей В.И. Мамедов отмечает ряд общих особенностей: 1) выдержанность по мощности (5-15м) латеритного горизонта в целом для данной бокситоворудной провинции; 2) в сложении латеритного горизонта, наряду с псевдоморфными породами, широким развитием (чаще преобладающим) пользуются обломочные латеритные породы, в том числе бокситы; 3) минеральный и химический состав бокситов однотипен; 4) коэффициенты концентрации железа в бокситах по отношению к исходным породам, как правило, выше, чем алюминия; 5) в вертикальном разрезе латеритного покрова выше и ниже бокситов увеличивается содержание железа. В.И Мамедов приходит к следующему выводу: «Выделенные выше общие признаки в строении и составе латеритных бокситовых покровов, независимые от различий подстилающих пород, со всей очевидностью свидетельствуют о влиянии иных, более определяющих, чем коренной субстрат, факторов формирования и эволюции латеритных покровов» 6. с. 61.

При проведении геологоразведочных работ на территории Республики Гвинея Бисау автор 4 имел возможность выяснить причины этих факторов, которые действительно оказывали более важное влияние на образование бокситов, чем тропический климат. Горизонтальное и субгоризонтальное залегание палеозоя и более поздних образований мезо-кайнозоя в пределах плато Бафата и в восточных районах Гвинеи Бисау (от Бое до Пирады), по моим наблюдениям, обусловлено чешуйчатым наслоением тектонических покровов, в основании которых залегают силлы долеритов и габбро-диабазов трапповой формации. Каждый нижний тектонический покров выполняет роль автохтона для расположенных гипсометрически выше следующих, включающих более молодые толщи осадков. Притертые поверхности между тектоническими покровами представлены чаще всего грубообломочными катаклазитами, включающими блоки, глыбы и обломки долеритов от подушечной до шаровидной отдельности. При каждом сильном землетрясении со смещением тектонических покровов аллохтона блоки долеритов как жернова в этой своеобразной природной шаровой мельнице дробят и перемалывают менее прочные вмещающие породы автохтона. При наличии в меланже катаклазит-милонитов окислителей, плавней и выгорающих веществ за счет сейсмических колебаний и связанного с этим термомеханического теплонакопления создаются на отдельных участках сейсмо-тектонических границ благоприятные условия для инициирования самораспространяющегося высокотемпературного синтеза известного с 1967г под названием СВС-процессы или «твердопламенное горение» 3,7. При совместном действии сдвигового деформирования и давления вышележащих тектонических покровов образующиеся в ходе синтеза (анатексиса) горячие агломератовые и газово-жидкие продукты подземного горения по законам гидравлики могут перемещаться в плоскости сейсмо-тектонических границ между автохтонами и аллохтонами, а также внедряться по зонам разломов за пределы места первоначального образования. С этой точки зрения имеется возможность объяснить приведенные В.И. Мамедовым факты залегания продуктивной толщи бокситов на различных по составу породах автохтона с сохранением при этом мощности, однотипного минерального и химического состава, а также преобладающего обломочного строения пород.

Продукты природного синтеза (геологам более привычны термины анатексис и палингенез) автор наблюдал при разведке месторождений долеритов Бафата, Финете и Сурир. В результате спекания и частичного плавления катаклазитов и милонитов образуются вулканогенного облика породы, залегающие между крупными блоками долеритов и в свою очередь вмещающие более мелкие обломки округлой формы долеритов и кварцито-песчаников. Основная масса вновь образованных в результате анатексиса пород имеет пористо-трубчатую текстуру и стекловатую структуру. В основании одного из верхних тектонических покровов в районе Бисау в этих субвулканических высокопористых новообразованиях преобладают окислы железа, в районе Кабуки - продукты анатексиса марганцево-железистые, в районе Фарима - глинозем-фосфатные, а в нижних покровах в районе Бафаты и Сурира - глинозем железистые. По составу, по структурно-текстурным особенностям и по условиям первоначального залегания в основаниях аллохтонов эти анатектические породы соответствуют термину туффизит (породы эруптивного облика, но не изливались на земную поверхность).

Железисто-глиноземные и существенно глиноземные туффизиты (боксит-туффизиты) получили широкое распространение в основании тектонических покровов в районе Бое, расположенном между р. Корубал и бокситовыми месторождениями Сангареди на территории Гвинеи. В окрестностях пос. Лугажоле и одноименного рудопроявления бокситов в долине ручья в редких естественных обнажениях наблюдаются сложно дислоцированные в виде крупноглыбовой брекчии долериты, песчаники, слюдистые сланцы и углистые аргиллиты. Выше по склону в бортах долины обнажаются железистые туффизиты с губчато-ноздреватой текстурой и стекловатой структурой. В верхней части этих скальных обнажений отчетливо наблюдается крупнообломочная текстура вулканогенных пород, имеющих облик агломератовых туфов, в которых присутствуют глыбы и округлые обломки подстилающих губчато-ноздреватых железистых туффизитов бурого цвета и появляются редкие включения боксит-туффизитов светло-серого цвета.

В верховьях руч. Лугажоле, а также на склонах и вершинной поверхности бовали Фело-Фулакиндиум развиты глинозем-железистые и железо-глиноземные туффизиты (боксит-туффизиты). Здесь в истоках ручья обнажаются в обрывистом скальном выходе туффизиты с крупнообломочной текстурой в виде многочисленных включений размером 10-20 см в диаметре боксит-туффизитов светло-серого цвета, хорошо заметных на фоне цементирующей эти включения массы буровато-красного цвета. Важной особенностью этих пород является плавающий характер включений боксит-туффизитов в вязкой цементирующей их стекловатой ткани, что в принципе отличает их от водно-осадочных терригенных пород, в которых при транспортировке в жидкой воде обломки пород осаждаются согласно их размерам и удельному весу внизу потока плотно соприкасаясь между собой. В обнажении туффизитов наоборот наблюдается гравитационное расслоение толщи с признаками всплывания более легких глиноземистых включений в цементирующей их существенно железистой основной массе базального типа. При многократном анатексисе (палингенезе) обломки предыдущих генераций боксит-туффизитов последовательно освобождаются от выплавляемого из них железа, становятся более огнеупорными и менее плотными, что позволяет им всплывать в глинозем-железистом расплаве (гравитационная дифференциация). Второй важной особенностью рассматриваемых пород является свежий, не затронутый процессами поверхностного выветривания вид как включений, так и цементирующей их существенно железистой основной ткани. Третьей особенностью включений боксит-туффизитов является их сложное обломочное строение, когда в каждом из крупных включений в свою очередь заключены более мелкие включения также обломочных более ранних генераций боксит-туффизитов (брекчия в брекчии до 3- 4 генераций). Такое строение крупных включений позволяет допускать 3- 4 цикла плавления (палингенеза) и дробления ранее отвердевших продуктов природных СВС - процессов, в соответствии с количеством катастрофических землетрясений и вызванных ими смещений тектонических покровов относительно друг друга. Четвертой весьма удивительной особенностью включений является их полимиктовый состав: каждое включение боксит-туффизитов размером до 20 см имеет индивидуальный состав и структурно-текстурное сложение заметно отличающееся от соседних включений, что трудно объяснимо с позиции всех ранее предложенных гипотез (см. фотографии в приложении).

На поверхности и склонах бовали Фело-Фулакиндиум и, особенно, на площади месторождения Ева, расположенного примерно в 20 км к ЮЗ от рудопроявления Лугажоле, непосредственно у государственной границы с Гвинейской республикой, хорошо заметно проявление процессов латеритного выветривания, наложенных как на глинозем-железистые

туффизиты, так и на боксит-туффизиты с превращением их в элювиальные и делювиальные боксит-латериты. При этом в измененном выветриванием элювии становятся менее заметными выше приведенные для рудопроявления Лугажоле отличительные признаки боксит-туффизитов, характеризующие их как продукт анатектических и реоморфических СВС-процессов. Валовое содержание глинозема в преобразованных боксит-латеритах месторождения Ева увеличивается до 40-46%, что уже может представлять промышленный интерес.

Таким образом, в условиях тропического климата Западной Африки боксит-латериты получают распространение только лишь на площадях с выходами на дневную поверхность железисто-глиноземных туффизитов и боксит-туффизитов, прошедших предварительно высокотемпературные преобразования (палингенез) в зонах сейсмотектонических границ между тектоническими покровами (шарьяжами). На остальных территориях Западной Африки, так же как и в целом на территории земной поверхности вне зависимости от климатических условий в корах выветривания образуются наиболее устойчивые в присутствии воды глинистые минералы.

По данным С.И. Бенеславского 1 , диаграммы равновесия в системе глинозем-вода Г.Эрвина, Е.Осборна, а также Г.Кеннеди ограничивают области существования (стабильной кристаллизации) бемита, диаспора и корунда давлениями и температурами значительно превышающими условия коры выветривания, и таким образом не моделируют процессов образования этих средне и высокотемпературных минералов, заданных поверхностными обстановками в среде, насыщенной водой при нормальных давлениях и температуре. Моногидраты глинозема - диаспор и бемит каолинизируются легче, чем тригидрат - гиббсит, но все эти минералы, очевидно, могут присоединять кремнезем. Образование каолинита в результате реакции гиббсита с кремнеземом происходит в условиях, когда при 25оС в растворе содержится 0,001% SiO2.

Исходя из принципа - все познается в сравнении, рассмотрим проблему генезиса бокситов в регионах Урала. Благодаря Л.Л. Подсосовой и при содействии Н.С. Каленковича, Л.Я. Островского и Б.Ф. Костюка мне была предоставлена возможность провести в 1994 году ряд геолого-рекогносцировочных маршрутов в Щучьинском районе Полярного Урала и ознакомиться с геологическими материалами по Лаборовскому рудопроявлению бокситов.

Геологи Полярно-Уральской геологоразведочной экспедиции, занимавшиеся изучением рудопроявлений бокситов, пришли к выводу о чешуйчато-надвиговом сложении карбонатных толщ хребтов Янгана-Пэ и Наун-Пэ. Действительно получившие здесь широкое развитие тектонические покровы сформировали ступенчатый рельеф, хорошо дешифрируемый по аэрофотоснимкам. Как мной и предполагалось, проявления и мелкие залежи бокситов приурочены в Щучьинском районе к сейсмотектоническим границам между многочисленными тектоническими покровами. На графических материалах ПУГРЭ согласно региональной унифицированной стратиграфической схеме бокситы показаны среди брекчированных известняков лудлова (гора Лаборовая, сопка Ензор-Яха), в 200 метровом разрезе известняков позднесилурийско-нижнедевонского возраста, затем так называемые «межформационные» бокситы центральной и южной площади хр. Янгана-Пэ среди известняков нижнего и верхнего эйфеля со стволовой мощностью 237,5м (скв. Я-6) в той или иной мере бокситизированных пород, а также в мелких линзовидных блоках известняков на участке между хр. Янгана-Пэ и хр. Наун-Пэ среди обломочных вулканических пород, отнесенных к живетскому и франскому ярусам.

Представляющие поисковый интерес залежи бокситов мощностью 1,5-3,0 м выделены под названием нижний и верхний горизонты. Нижний горизонт вскрыт и прослежен на 3,5 км в районе северного склона хр. Янгана-Пэ. Окраска бокситов вишнево-красная и коричнево-красная, состав бемит- диаспоровый, содержание глинозема 30,74-52,18%, кремнезема - 2,22-18,10%, кремниевый модуль от 2,1 до 12,4. Верхний горизонт прослежен на 5 км на южном склоне хр. Янгана-Пэ. Породообразующие минералы - бемит с примесью диаспора, окраска от пестроцветной до красной, содержание глинозема 42,86 - 61,03%, кремнезема 8,20 - 20,03%, кремневый модуль от 2,5 до 7,2.

Лабораторные исследования проб Лаборовского рудопроявления, выполненные в ВИМСе 8 и в ЦЛ Зап. Сиб. ГУ (Боровик Г.Р., Каляева К.П., Половникова А.В., 1973г.) соответствуют моим представлениям о боксит-туффизитах. В нижнем горизонте преобладает высокотемпературный диаспор, а в верхнем среднетемпературный бемит. В подрудных брекчиях нижнего горизонта сильно корродированные обломки известняков погружены в существенно железистую изотропную цементирующую массу красного цвета с бобовинами диаспора. В обломках известняков наблюдаются процессы дробления, перекристаллизации, доломитизации, сидеритизации, образование оолитов и ооидов с концентрически-зональным строением, признаки пластического течения изотропного карбонатного и гетит-карбонатного материала. Обломки альбитофиров, фельзитов и разнообразных порфиритов среди залежи бокситов содержат кристаллы диаспора, зерна сильно окисленного магнетита и титаномагнетита. Среди диаспоровых бобовин, присутствующих в цементирующей стекловатой массе бокситов базального типа, встречаются сложные, содержащие мелкие включения более ранних генераций. Оолиты имеют округлую и сплюснутую форму. Часть оолитов имеет простое, а часть концентрически-скорлуповатое строение. Концентры отличаются размерами слагающих их кристаллов. Одни оолиты выполнены пластинчатым диаспором и рутилом, в других кристаллы диаспора заключены в основной скрытокристаллической массе бемита и гидроокислов железа. Часто встречаются несколько оолитов, обрастающих новым слоем в один более крупный ооид. Отдельные оолиты имеют вид обломков. Цементирующая масса бокситов плотная, скрыто - или тонкокристаллическая, яшмовидная, местами похожа на вулканическое стекло.

Таким образом, условия залегания, минеральный состав и структурно-текстурные особенности бокситов Лаборовского рудопроявления позволяют мне прийти к выводу, что природные СВС-процессы (анатексис, палингенез) принимали непосредственное участие в образовании боксит-туффизитов в основаниях тектонических покровов и на территории Щучьинского района Полярного Урала, но в существенно меньшем масштабе чем в Западной Африке, на Среднем и Северном Урале.

В опубликованной литературе по геологическому строению осадочного чехла Восточно-Европейской платформы и Урала продукты СВС-процессов (анатексиса и палингенеза) не рассматриваются по причине отнесения их по схожим внешним признакам к продуктам древних кор выветривания. Однако анатексис на сейсмотектонических границах между различными по прочности породами при наличии окислителей, плавней и выгорающих добавок не представляет столь редкое явление в осадочном чехле. Наглядно об этом свидетельствуют многочисленные подземные пожары в угленосных регионах. Очевидно, что процесс анатексиса может инициироваться практически при каждом землетрясении, но в одних условиях он может сразу же прекратиться, оставив продукты горения и плавления в минимальном объеме, в других при наличии большого объема пригодной для сопряженных окислительно-восстановительных химических реакций шихты катаклазит-милонитов развиваться более продолжительное время с образованием залежей глинозем-железистых туффизитов, а в карбонатно-угленосных толщах и боксит-туффизитов.

В этой связи значительный интерес представляет Люльинское месторождение угля на Приполярном Урале, в составе которого выявлены залежи бокситов мощностью 1,5-2м с содержанием глинозема от 25 до 50%. Кстати, первые сведения о проявлении бокситов в районе Южного Тимана, по данным Ю.К. Горецкого 2, были получены в результате проведенного бурения на нефть. В опорной скв. №1, в районе Зеленца, в интервале глубин 172,35 -182,31м между двумя пластами черного матового и полуматового угля, мощностью 1,6м верхнего и 3.47 м нижнего вскрыта толща сложного строения из чередования аллитов, угля, углистых аллитов и бокситов. Содержание глинозема в аллитах от 25,85 до 40,63%, в бокситах мощностью 2,5м содержание глинозема увеличивается от 47,6 до 62,22%, что с учетом пелитоморфных и колломорфных структур бокситов и наличия в них бемита, позволяет мне высказать предположение о проявлении здесь процесса подземного горения и плавления шихты из угля, катаклазитов и милонитов алюмосиликатных пород с образованием бемитовых боксит-туффизитов.

При сравнении материалов по Западной Африке и по Уралу, расположенных в разных климатических зонах, можно прийти к выводу, что климат может играть положительную роль на качество выведенных на дневную поверхность тектоническими процессами эндогенных (анатексис, палингенез) боксит-туффизитов. Этот вывод подтверждается более отчетливо на Полярном Урале. Боксит-туффизиты здесь и включения в них разнообразных по составу изверженных пород имеют свежий кайнотипный облик без проявления процессов выветривания (гидратации и окисления).

В пределах ХМАО на Приполярном Урале известны перспективные на бокситы Северо-Сосьвинский, Вольинско-Ятринский, Хулгинский и Туяхланьский районы. При проведении дальнейших поисково-разведочных работ в пределах названных площадей рекомендуется обратить внимание на картирование тектонических покровов, сейсмотектонические границы между которыми могут содержать залежи боксит-туффизитов.

Список литературы

бокситы генезис залежи порода

1. Бенеславский С.И. Минералогия бокситов. // Изд. 2-е. перераб. и доп., М., «Недра», 1974, 168с.

2. Горецкий Ю.К. Закономерности размещения и условия образования основных типов бокситовых месторождений.// М., 1960, 257с.

3. Зельдович Я.Б., Либрович В.Б., Мержанов А.Г. Горение: современный взгляд на древнейший процесс.// «Природа», 1985, №2, с. 30-43.

4. Литовченко Н.И. Эндогенные бокситы Западной Африки и восточного склона Урала. // Уральский геологический журнал, 2010, №3 (75), с. 31-40.

5. Мамедов В.И., Чаусов А.А., Канищев А.И. Этапы формирования уникальной бокситоносности серии Сангареди (провинция Фута Джалон-Мандинго, Западная Африка) // Геология рудных месторождений, т. 53, №3, Май-Июнь 2011, с. 203-229.

6. Мамедов В.И. Латеритные бокситоносные покровы, залегающие на различных коренных породах. // В сб. Месторождения бокситов и их связь с выветриванием. Алма-Ата: КазИМС, 1983, с.58-64.

7. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: двадцать лет поисков и находок. // Черноголовка: ИСМАН, 1989, 91с.

8. Поспелова А.С., Винокуров П.К. Девонские бокситы Щучьинского синклинория (Лаборовское рудопроявление). // Советская геология, 1973, №7, с. 129-137.

9. Разумова В.Н. О возможном происхождении бокситов латеритных покровов Гвинеи. // Литология и полезные ископаемые, 1980, №1, с. 61-83.

Приложение

Фотоколлекция образцов боксит-туффизитов, отобранных в верховье ручья Лугажоле в Республике Гвинея Бисау

Такое разнообразие включений боксит-туффизитов в одном скальном обнажении объясняется проявлением природных процессов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (анатексис, палингенез), которые инициировались при каждом крупном землетрясении в многочисленных локальных очагах окисления (твердопламенного горения) за счет термомеханического накопления теплоты трения в неоднородной по вещественному составу толще тектонического меланжа.

Размещено на Allbest.ru