Пустотная (пористая, пузырчатая, сотовая) текстура типична для отдельных участков месторождений выветривания и отличается кавернозным строением рудной массы, обусловленным избирательным выщелачиванием минералов.
Каркасная (ячеистая, ящичная) текстура также возникает в зоне окисления рудных месторождений. Она представлена системой тонких минеральных перегородок, ячейки которых выполнены рыхлой минеральной массой.
Рыхлая (обломочная, землистая, порошковая, сажистая) текстура наблюдается на месторождениях выветривания и осадочных. Она свойственна слабо уплотненным осадкам, сложенным обломками и зернами различного размера.
Структура полезных ископаемых определяется формой, размерами и способом сочетания отдельных минеральных зерен или их обломков в пространственно обособленных минеральных агрегатах. Микроструктура изучается в мелкозернистых агрегатах под микроскопом.
Среди структур полезных ископаемых по морфологическим признакам выделяются следующие типы: равномернозернистая, неравномернозернистая, пластинчатая, волокнистая, зональная, кристаллографически ориентированная, тесного срастания, замещения, дробления, колломорфная, сферолитовая, обломочная (рис. 1.6).
Равномернозернистая структура характеризует минеральные агрегаты, сложенные зернами минералов приблизительно одного размера. Она типична для эндогенных месторождений. В рудах магматогенных месторождений встречаются равномернозернистые структуры отложения (гипи- диоморфнозернистая, аллотриоморфнозернистая, сидеронитовая и др.), а метаморфогенных - структуры перекристаллизации.
Неравномернозернистая структура отмечается в мелкозернистых агрегатах, включающих выделения крупных зерен, или в крупнозернистых агрегатах, содержащих мелкие включения какого-либо минерала. Этот тип структур присущ магматическим и гидротермальным месторождениям.
Пластинчатая и волокнистая структуры, наблюдаемые в эндогенных месторождениях, характеризуются соответственно пластинчатой и нитевидной формой слагающих полезное ископаемое минеральных выделений.
Рис. 1.6. Типы структур полезных ископаемых (по В.И. Смирнову): а — равномернозернистая; б - неравномернозернистая; в — кристаллографически ориентированная; г - дробления; д — колломорфная
|
Зональная структура выражается в закономерном чередовании минеральных полос, последовательно отлагавшихся из гидротермальных растворов.
Кристаллографически ориентированная структура (решетчатая, эмульсионная) свойственна магматическим, пегматитовым и реже гидротермальным месторождениям. Для нее типичны выделения одного минерала по кристаллографическим направлениям другого.
Структура тесного срастания (сетчатая, графическая и др.) возникает в результате глубокого проникновения одних минералов в другие с образованием сложных извилистых границ. Она встречается преимущественно в магматогенных месторождениях.
Структура замещения формируется в процессе метасоматиче- ского выделения одних минералов по контурам ранее образовавшихся. Ее разновидности - петельчатая, скелетная, реликтовая - отмечаются в рудах зоны выветривания и гидротермальных месторождений.
Структура дробления наблюдается в основном в метаморфоген- ных месторождениях. Она является результатом отложения поздних минералов в разрушенных зонах ранее выделявшихся агрегатов.
Колломорфная структура полезных ископаемых коры выветривания, а также осадочного и гидротермального происхождения развивается при выделении минералов из коллоидных растворов.
Сферолитовая структура отличается лучистым или концентри- чески-округлым строением минерального агрегата. Она наблюдается в рудах месторождений выветривания и гидротермальных.
Обломочная структура типична для осадочных месторождений. Она характерна для раздельнозернистых или сцементированных минеральных масс.
Содержание (количество металла, оксида или минерала в единице массы или объема) полезных и вредных компонентов или минералов является важнейшей характеристикой качества полезных ископаемых.
Качество металлических и агрономических руд, горнохимического сырья определяется их вещественным составом и характеризуется содержанием полезных компонентов и вредных примесей. В коренных рудах определяется содержание металлов (меди, железа, марганца, кобальта, никеля и др.) или оксидов соответствующих элементов (А12О3, ТЮ2 и др.). Качество россыпных полезных ископаемых выражается в единицах плотности песков или горной массы (кг/м3 горной массы магнетита, хромита, циркона и др. или г/м3 песков золота, платины при раздельной добыче и др.).
По содержанию основного компонента выделяются руды бога - тые, рядовые и бедные (убогие), но для разных видов полезных ископаемых границы сортов руд весьма различны. Например, для железа богатыми считаются руды с содержанием железа более 60 %, для меди - 3 %, олова - 1 %, золота - 10 г/т (0,00001%) и др.
Вредные примеси оказывают существенное влияние на оценку качества многих видов минерального сырья, особенно руд черных металлов. Так, для руд железа и марганца вредной примесью являются сера и фосфор. Даже небольшие содержания этих примесей в железных рудах ухудшают качество получаемого металла, снижают производительность металлургических агрегатов. Фосфор при его высоком (более 5 %) содержании в железных рудах из вредной примеси переходит в полезный компонент. С другой стороны, наличие в железной руде в небольшом количестве полезных примесей (хрома, ванадия, титана) улучшает качество руды, делает ее природно-легированной.
В связи с тем, что абсолютное большинство месторождений содержат два и более полезных компонентов, рентабельность разработки во многом зависит от уровня комплексного использования минерального сырья.
К числу попутных полезных ископаемых (компонентов) относятся:
1) породы вскрыши и совместно с ними залегающие полезные ископаемые иного вида, чем слагающие основные рудные тела;
2) второстепенные рудные и нерудные минералы (пирит, сфалерит, галенит, барит и др.), извлекаемые в одноименные товарные концентраты или промпродукты, либо элементы, присутствующие в концентратах основных металлов в составе минеральных и иных примесей, извлекаемых на стадии металлургической или гидрометаллургической переработки концентратов (золото и серебро - при переработке медных и свинцовых концентратов, сера - при обжиге медных и цинковых концентратов и др.);
3) редкие и рассеянные элементы в составе рудообразующих минералов основных промышленных концентратов цветных металлов (ртуть) кадмий и индий в цинковых концентратах, галлий, рубидий, цезий - в нефелиновых концентратах и бокситах).
Необходимость обязательного извлечения попутных компонентов может обусловливаться и внеэкономическими соображениями, например, с целью охраны окружающей среды.
Распределение полезных и вредных компонентов в объеме тела или месторождения полезных ископаемых имеет важное значение для организации стабильности качества добываемой руды в процессе разработки месторождения.
Часть II. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Изучение геологических условий образования месторождений полезных ископаемых включает в себя вопросы, касающиеся их генетической систематики, связи с определенными геологическими структурами и комплексами горных пород, источников и способов отложения полезных минеральных масс, а также физико-химических параметров процессов рудообразования.
2. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Генетическая систематика месторождений имеет важное научное и практическое значение, поскольку именно условия образования месторождений определяют закономерности их размещения в земной коре, основные пространственно-морфологические и объемнокачественные характеристики.
Существует достаточно большое число вариантов классификаций месторождений по их генезису: - это, например, классификации В.А. Обручева (1922 г.), Е.Е. Захарова (1953 г.), С.С. Смирнова (1955 г.),
С.А. Вахромеева (1975 г.), В.И. Смирнова (1976, 1985 гг.), многие из которых приводятся в соответствующих учебниках и учебных пособиях.
В предлагаемой классификации (табл. 2.1) рассматриваются следующие соподчиненные единицы (таксоны): серии, группы, классы и подклассы месторождений полезных ископаемых.
Наиболее крупными единицами классификации являются серии - эндогенная, эндогенно-экзогенная и экзогенная, выделенные по принципу источников энергии, за счет которой совершаются геологические процессы, приводящие к формированию месторождений полезных ископаемых.
Объединение месторождений в группы связано с тремя основными процессами петрогенеза, а следовательно, и рудообразования - магматизмом, метаморфизмом и седиментогенезом. При этом наряду с традиционно описываемыми магматогенными, метаморфогенными и седиментогенными месторождениями дополнительно предложены переходные магматогенно-метаморфогенная группа в эндогенной серии и магматогенно-седиментогенная - в эндогенно-экзогенной.
Поскольку каждый из названных процессов очень сложен по характеру развития во времени и пространстве, формам и условиям проявления, физико-химическому механизму обособления и накопления минеральных масс необходимо выделение более дробных единиц классификации - классов и подклассов.
Таблица 2.1 Генетическая классификация месторождений полезных ископаемых
|
Так, магматогенные месторождения подразделяются на классы в соответствии с основными этапами эволюции и дифференциаций магматических расплавов, в течение которых меняется и характер среды минералообразования. Подклассы связываются со временем и механизмом обособления полезных минеральных масс, глубиной формирования месторождений.
Метаморфогенные месторождения классифицируются согласно с основными типами метаморфизма. Для седиментогенных месторождений классификация базируется на основных этапах седиментогенеза (в широком смысле этого слова) - мобилизации вещества в коре выветривания и последующем осадконакоплении, а также на физикохимическом механизме протекания этих процессов.
В последующих главах месторождения полезных ископаемых и условия их образования будут рассмотрены в пределах отдельных классов и подклассов с большей детальностью. При этом более дробное подразделение месторождений проведено по минеральному составу. Выделенные типы месторождений по существу являются их промышленно-генетическими типами.
2.1. Связь месторождений с основными структурными элементами земной коры
Месторождения полезных ископаемых пространственно и генетически связаны с определенными участками земной коры или ее основными структурными элементами, от истории геологического развития которых зависят в конечном итоге как характерные для каждого из них типы месторождений, так и условия их формирования. В связи с этим могут быть выделены следующие месторождения: 1) геосинк- линальных областей; 2) платформенных областей; 3) дна морей и океанов.
Месторождения складчато-геосинклинальных областей
Геосинклинали - тектонически активные участки земной коры. Этот термин в настоящее время устарел и выходит из применения. По современной теории литосферных плит (плейттектоники) к таким участкам относятся рифтовые зоны (спрединг), вулкано-плутонические островодужные зоны субдукции и зоны коллизии. Однако почти вся геологическая литература содержит старые материалы и в данном учебнике сохранены старые термины без особой модернизации. На всем протяжении развития этих мобильных геосинклинальных областей при их постепенном превращении в относительно стабильные складчатые сооружения образуются эндогенные и экзогенные месторождения многих полезных ископаемых. Условия формирования месторождений существенно различаются на разных стадиях эволюции геосинклиналей. В их геологической истории выделяют две основные стадии: раннюю (ортогеосинклинальную) и позднюю (орогенную).
Ранняя стадия развития геосинклинали охватывает наиболее длительный отрезок времени - от ее заложения до основных фаз складчатости. Геологические процессы, в том числе и рудообразующие, происходят в это время в обстановке преобладающего растяжения земной коры, приводящего к нарушению ее сплошности, а также в условиях общего прогибания территории, мощного осадконакопления, интенсивного проявления подводного базальтового вулканизма. В прогибах накапливаются мощные толщи вулканогенных и осадочных пород, а по крупным разломам внедряются магмы основного и
ультраосновного состава, слагающие интрузивные тела.
Ко всем комплексам пород ранней стадии геосинклинального развития - осадочным, эффузивным и интрузивным - приурочены определенные группы полезных ископаемых, причем в формировании рудных скоплений основное значение имеют мантийные источники вещества.
С осадочными комплексами связаны месторождения обломочных и глинистых пород, карбонатных пород с пластовыми залежами железных и марганцевых руд, бокситов, фосфоритов и др. В субмаринных условиях образуются мощные вулканогенные толщи базальт- липаритового состава, с которыми ассоциируют вулканогенно- и гидротермально-осадочные месторождения меди, цинка, свинца, а также оксидных руд железа и марганца.
Ультраосновные и основные интрузивы продуцируют месторождения хромитов, титаномагнетитов, металлов платиновой группы.
Поздняя (орогенная) стадия соответствует проявлению главных фаз складчатости и постепенному превращению мобильной геосинк- линальной области в молодое горно-складчатое сооружение. Она характеризуется сменой знака тектонических движений и общим возды- манием территории, которое начинается в центральных ее частях и постепенно разрастается к периферии. Интенсивно проявляются процессы метаморфизма.
Главным фазам складчатости свойственна мощная интрузивная деятельность, приводящая к образованию батолитовых тел гранитоид- ного состава. Для них типичны пегматитовые, альбититовые, грейзе- новые месторождения олова, вольфрама, тантала, лития, бериллия. С умеренно кислыми гранитоидами ассоциируют скарновые месторождения вольфрама и гидротермальные золота, меди, молибдена, реже свинца и цинка. С малыми интрузиями заключительных этапов развития геосинклиналей генетически связаны гидротермальные месторождения руд цветных, редких, радиоактивных и благородных металлов, а также скарновые месторождения комплексных руд (свинцовоцинковых, вольфрам-молибденовых).
С наземными эффузивами преимущественно андезит-дацитового состава ассоциируют гидротермальные вулканогенные месторождения золота, серебра, олова, ртути. Источники рудного вещества на этой стадии, по-видимому, имеют смешанный мантийно-коровый характер.
С процессами осадконакопления, которые в течение орогенной стадии развиваются в пределах прогибов, связано образование месторождений строительных материалов, каустобиолитов, минеральных солей. Большинство месторождений геосинклинальных областей отличается сложной морфологией тел полезных ископаемых, их сильной тектонической нарушенностью, что предъявляет особые требования к процессам их разработки.
Месторождения платформ
Платформы являются относительно устойчивыми в тектоническом отношении областями земной коры, характеризующимися двухъярусным строением с соответствующими каждому из ярусов комплексами месторождений полезных ископаемых.
Нижний структурный ярус или фундамент платформ сложен обычно складчатыми сильно метаморфизованными формациями пород архейского, протерозойского или более молодого возраста. Верхний ярус - платформенный чехол - представлен относительно спокойно залегающими осадочными, реже вулканогенно-осадочными породами фанерозоя.
Многие месторождения платформ образованы в связи с проявлениями магматизма. С трапповым магматизмом связано формирование месторождений сульфидных медно-никелевых руд, исландского шпата. В случаях, когда траппы контактируют с пластами углей, возникают месторождения графита. Очень характерны для платформ месторождения алмазоносных кимберлитов. С ультраосновными - щелочными породами, часто слагающими многофазные кольцевые интрузии, ассоциируют месторождения флогопита, редких земель, алюминиевого сырья.
Месторождения платформенного чехла формируются в основном в ходе экзогенных геологических процессов. Среди них следует назвать месторождения бокситов, железных и марганцевых руд, фосфоритов, калийных и каменных солей, углей, огнеупорных глин и различных строительных материалов. В образовании экзогенных месторождений значительную роль играют процессы, обусловленные жизнедеятельностью различных организмов.
Месторождения дна морей и океанов
Мировой океан занимает 70,8 % поверхности нашей планеты и является областью с океаническим типом строения земной коры. Безусловно, он представляет собой область образования многих месторождений полезных ископаемых. Однако наши знания о них пока очень ограничены.
К особому типу рудных месторождений здесь принадлежат желе- зо-марганцевые конкреции, приуроченные к глубинным зонам большинства океанов и заключающие в себе грандиозные по масштабам запасы полезных компонентов. Конкреции - полиметаллические образования, содержащие железо, марганец, кобальт, никель, ванадий. Наибольшие запасы таких конкреций обнаружены вдоль западного побережья США на глубинах 1500-3000 м, где они покрывают площадь около 5 млн км2. В ряде стран предпринимаются попытки наладить промышленную разработку этих богатейших руд.
Другой сравнительно недавно обнаруженный тип рудных проявлений - установленные в глубоководных частях океанов металлоносные горячие рассолы и полиметаллические рудные жилы, приуроченные обычно к зонам крупных разломов. В их локализации большое значение имеют рифтовые структуры.
Наконец, общеизвестно содержание в морской воде большого числа полезных металлических и неметаллических компонентов, суммарные запасы которых во много раз превышают таковые во всех известных месторождениях континентов. Однако из-за низкого содержания химических элементов и отсутствия дешевой технологии массового извлечения их из вод морей и океанов пока не производится, хотя попытки освоения этих ресурсов уже предпринимаются во многих странах.
2.2. Геологические и физико-химические факторы условий образования и размещения месторождений
Все характеристики месторождений (форма, условия залегания, размеры, вещественный состав) определяются историей и процессами геологического развития тех участков земной коры, которые вмещают месторождения. Поэтому месторождения полезных ископаемых необходимо изучать во взаимосвязи с окружающей их геологической средой путем анализа условий, геологических факторов, благоприятствующих образованию полезных ископаемых. Для формирования различных генетических групп месторождений ведущими факторами являются магматические, стратиграфические, литологические и тектонические.
Магматические факторы. Различные эндогенные месторождения полезных ископаемых связаны с определенными по составу комплексами магматических горных пород.
С ультраосновными породами (дунитами, перидотитами, пирок- сенитами) ассоциируют магматические месторождения металлов платиновой группы, хромитов, никель-кобальтовых руд, титаномагнетита, алмазов. Кроме того, к этим породам приурочены гидротермальные месторождения асбеста, магнезита, талька.
Основные породы (габбро, нориты, анортозиты) продуцируют магматические месторождения титаномагнетитовых и сульфидных медно-никелевых руд. Для щелочных пород (нефелиновые сиениты) характерны магматические месторождения апатита и нефелина.
Граниты являются материнскими породами для пегматитовых месторождений мусковита, драгоценных камней и редких элементов. К умеренно кислым гранитоидам тяготеют контактово- метасоматические (скарновые) месторождения железа, вольфрама, молибдена, а также гидротермальные месторождения золотых, медных, оловянных, полиметаллических и урановых руд.
Связь месторождений полезных ископаемых с магматическими породами бывает генетическая (прямая, явная) и парагенетическая.,В первом случае магматические, пегматитовые и скарновые месторождения непосредственно ассоциируют с конкретными массивами интрузивных пород, а рудные тела залегают, как правило, в их пределах. Парагенетическая связь отмечается для многих гидротермальных месторождений, рудные тела которых могут не иметь прямой связи с интрузивами, но те и другие являются производными единых глубинных магматических очагов.
Литологические факторы обнаруживаются в приуроченности по- стмагматических месторождений к горным породам, которые характеризуются специфическим составом, физико-химическими и физикомеханическими свойствами. В этом случае свойства и состав горных пород выступают как факторы, способствующие развитию оруденения.
Известны гидротермальные месторождения, которые формируются при замещении рудным веществом карбонатных пород. Крупные месторождения медных, свинцово-цинковых, сурьмяно-ртутных и других руд часто локализуются в породах с повышенной пористостью и трещиноватостью, в горизонтах, сложенных хрупкими горными породами.
Стратиграфические факторы обусловливают приуроченность экзогенных месторождений к определенным стратиграфическим частям геологического разреза. Месторождения и вмещающие их породы образуются в результате одних и тех же процессов и входят в состав конкретных геологических формаций.
Осадконакопление было связано с колебательными тектоническими движениями земной коры и происходило ритмично. В период затухания горообразования при трансгрессии моря формировались рудные месторождения железа, марганца, бокситов. В силу этого подобные месторождения залегают в низах трансгрессивных серий определенного возраста. В период поднятий, и регрессии моря возникали месторождения каустобиолитов и минеральных солей. Поэтому они встречаются в верхних частях регрессивных серий осадков.
Для многих месторождений характерна связь с отложениями определенного возраста, которая хорошо выдерживается в пределах различных геологических структур. Такая связь наблюдается в пределах угленосных бассейнов, месторождений минеральных солей, фосфоритов, бокситов, железных руд.
Тектонические факторы. Размещение месторождений полезных ископаемых, рудных полей и поясов контролируется, как правило, крупными тектоническими элементами. К ним относятся глубинные разломы, складчатые зоны, предгорные прогибы, внутригорные котловины, платформенные антеклизы и синеклизы.
Особенно большое рудоконтролирующее значение имеют глубинные разломы. Эти зоны протягиваются на многие сотни километров при ширине до десятков километров. К глубинным разломам тяготеют эндогенные месторождения полезных ископаемых, реже - осадочные месторождения угля и минеральных солей. С зонами региональных надвигов, сбросов, сдвигов, смятия связаны месторождения цветных и редких металлов Рудного Алтая, Забайкалья, Кавказа. Многочисленные месторождения металлических и неметаллических полезных ископаемых и каустобиолитов (медь, соли, уголь и др.) часто приурочены к предгорным прогибам, располагающимся на границе платформ и складчатых областей.
Глубина образования. Месторождения полезных ископаемых формируются на различных глубинах, под которыми понимают расстояние от земной поверхности, соответствующей времени рудообра- зования, до места локализации полезных минеральных масс. Можно выделить четыре основных глубинных зоны формирования полезных ископаемых: 1) поверхностно-приповерхностную; 2) малых глубин (гипабиссальная); 3) средних глубин (абиссальная); 4) больших глубин (ультраабиссальная).
Поверхностно-приповерхностная зона простирается от поверхности земли до глубины 1-1,5 км. Здесь происходит становление всех месторождений экзогенного генезиса, а также вулканогенно- и гидротермальноосадочных месторождений. Иногда в приповерхностных условиях образуются отдельные магматические и скарновые месторождения.
Зона малых глубин (гипабиссальная) охватывает интервал от 1-1,5 до 4 км. Это наиболее благоприятная для возникновения эндогенных месторождений зона, характеризующаяся оптимальными физико-механическими свойствами среды, поскольку в породах широко развиты разрывные нарушения, благоприятствующие перемещению рудообразующих растворов или расплавов. С этой зоной связано формирование подавляющего большинства плутоногенных гидротермальных месторождений, скарновых месторождений железа и меди, а также магматических месторождений сульфидных медно-никелевых руд и карбонатитов.
Зона средних глубин (абиссальная) распространяется примерно от 4 до 10 км. Низкая пористость и пластичность пород, отсутствие открытых трещин затрудняют просачивание растворов, в связи с чем в этой зоне преобладает инфильтрационно-диффузионный массоперенос и широко распространены метасоматические процессы. Здесь формируются преимущественно пегматитовые и контактово- метасоматические месторождения.
Зона больших глубин (ультраабиссальная) наименее благоприятна для рудообразования, поскольку при высоком всестороннем давлении трещины полностью закрыты, породы обладают высокой пластичностью и слабопроницаемы для растворов. К этой зоне в основном приурочено становление метаморфогенных месторождений.
Возникшие в различных условиях глубинности месторождения могут быть неодинаково эродированы. Глубина эрозионного среза определяется положением тел полезных ископаемых относительно современной земной поверхности. Можно выделить три степени эроди- рованности месторождений: начальную, когда рудные тела только вскрываются эрозией и месторождение перспективно на глубину; полную, когда на поверхности обнажаются корневые части рудных тел и перспективы месторождения уже ограничены, и среднюю - промежуточную. Обычно глубина эрозионного среза определяется при геологоразведочных работах с использованием различных геохимических и минералогических методов.
Температура и давление. Месторождения полезных ископаемых формируются в локальных участках земной коры - рудообразующих системах, важнейшими термодинамическими параметрами которых являются температура и давление. Температурный интервал становления различных месторождений достаточно широк - от 0-50 °С для экзогенных и до 800-900 °С и даже 1200-1300 °С для эндогенных. Определение температур рудного процесса за редким исключением производится косвенными методами, среди которых могут быть названы термометрические (по газово-жидким включениям в минералах), минералогические (с помощью минеральных термометров, основанных на фазовых переходах в различных минералах) и геохимические (базирующиеся на зависимости коэффициента распределения элементов в сосуществующих минералах от температуры их формирования).
Давление при процессах рудообразования обычно колеблется от сотни до нескольких сотен мегапаскалей (МПа), достигая в редких случаях, например, для месторождений алмазов в кимберлитах, 5-7 ГПа. Надежных экспериментальных методов его определения в настоящее время нет, хотя делаются попытки количественной оценки давления в рудообразующих системах по замерам давлений во включениях в минералах.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 159 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
