Полная версия

Главная arrow Экология arrow Науки о Земле

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

В земной коре материков образуются рудные залежи - месторождения химических элементов, прежде всего Ре, Си, ЬЛ, Со, РЬ, Тп, Мо, Ag, Щ, в виде оксидов, сульфидов и др. (табл. 9-10). Их происхождение связано с гидротермальными растворами, несущими также и газы. Несмотря на известное разнообразие их состава, связанное с глубиной, температурой и другими условиями образования, они имеют общие черты, например, обычны ассоциации 8Юг-Аи или РЬ-Zn-Cu и др. в виде сульфидов или ассоциации 8п02-У0з-НзВ0з-Р в гидротермальных и грейзеновых месторождениях. Гидротермальные образования и грейзены рассматриваются как конечные продукты тектономагматического процесса или гранитизации. Источниками рудного вещества гидротерм могут быть как подкоровые процессы, так и процессы в земной коре. Вопрос о способе переноса тяжёлых металлов вызывает споры. Не исключается газовый перенос металлов, например, в виде фторидов, причём фтор часто даёт во вмещающих породах большие ореолы рассеяния. Неясны равновесия фторидов, хлоридов, металлов с Н2О при разных температурах и давлениях.

О химических и физических условиях рудообразования даёт представление состав газово-жидких включений в рудных минералах, которые содержат растворы ЫаС1, М^СЬ, М^804, КС1, Нг8, 81СЬ, карбонатов и следы металлов; нередко высокое давление ССЬ - до 2000 атм. Эти растворы близки к нейтральным; температура их колеблется в пределах 50-550 °С. Обыкновенные сульфиды тяжёлых металлов РЬ, Ъъ, Си, Бе и многие другие плохо растворимы в воде, а изменение давления и температуры почти не меняет их растворимости. Например, чтобы осадить 1 т цинка из «бедного» раствора ^пБ, нужно испарить около 10 км воды. Маловероятен перенос сульфидов и в виде коллоидных растворов - золей. Существуют, однако, комплексные соединения сульфидов тяжёлых металлов, более растворимые, чем простые сульфиды, например соединения, дающие ионы Н7п82 или Нё82“. Большую роль в процессе переноса тяжёлых металлов горячими растворами играет концентрация в них СО2 и, вероятно, других газов: Ог, Нг8, РН3. Например, и образует комплексы [иС^СОз^]4-, легко растворимые в Н2О при определённой концентрации СО2. Уменьшение ССЬ в растворе разрушает этот комплекс и вызывает отложение соединений и. Отложение тяжёлых металлов регулируется также парциальным давлением НгЗ, которое определяет последова-

тельность отложения металлов в сульфидном теле, парциальным давлением СО2, окислительным потенциалом и т. д. Кристаллизация сульфидов, например РЬ, Ъл и многих других, распределение в них редких элементов 1п, ва, Ое, Т1 и т. д. происходят по законам изоморфизма. Процесс отложения сульфидов отражается на изотопном отношении /Б' в минералах, что имеет диагностическое значение.

Сводная классификация полезных ископаемых

Таблица 9

Серия

Группа

Класс

Магматическая

Ликвационные, ранне-, позднемагматические месторождения

Пегматитовая

Простые, перекристаллизованные,

метасоматически замещенные тела

пегматитов

03

Д

Карбонатитовая

Магматические, метасоматические, комбинированные месторождения

Полевошпатовых

К-полевошпатовые, альбититовые

Я

ОЭ

метасоматитов

месторождения

и

о

и;

Грейзеновая

Грейзеновые месторождения

К

О

Скарновая

Месторождения известковых скарнов, магнезиальных скарнов

Г идротермальная

Плутоногенные, вулканогенные, амагматогенные (телетермальные, стратиформные) месторождения

Колчеданная

Гидротермально-метасоматические, гидротермально-осадочные, комбинированные месторождения

Выветривания

Остаточные, инфильтрационные месторождения

*

оЗ

Россыпная

Элювиальные, делювиальные,

К

Я

пролювиальные, аллювиальные, литоральные,

О)

и

гляциальные месторождения

О

со

М

Осадочная

Механические, химические, биохимические,

Л

вулканогенные месторождения

Минеральных вод

Месторождения поверхностных, подземных минеральных вод

А к

Метаморфизован-

ная

Регионально-метаморфизованные,

контактово-метаморфизованные

  • 03
  • 2 я

месторождения

  • 2 х
  • 2 б

& ё 2 -е-

Метаморфическая

Метаморфические месторождения: регионального метаморфизма (кианитовые, андалузитовые) и контактового метаморфизма (графит, корунд)

Месторождение полезного ископаемого - скопление минерального вещества на поверхности или в недрах Земли в результате тех или иных геологических процессов, по количеству, качеству и условиям залегания пригодного для промышленного использования. Месторождения могут заключать газовые (горючие газы углеводородного состава и негорючие газы - гелий, неон, аргон, криптон), жидкие (нефть и подземные воды) и твёрдые (ценные элементы, кристаллы, минералы, горные породы) полезные ископаемые. По промышленному использованию месторождения полезных ископаемых разделяют на рудные (или металлические), нерудные (или неметаллические), горючие (или каусто-биолиты) и гидроминеральные (минеральные воды). Месторождения подземных вод (питьевые, технические, бальнеологические, или минеральные, а также нефтяные, содержащие бром, йод, бор, радий и другие элементы в количестве, достаточном для их извлечения) отличаются от месторождений других полезных ископаемых возобновляемостью запасов. Минимальное количество полезного ископаемого и наиболее низкое его качество, при котором, однако, возможна эксплуатация, называется промышленной кондицией. Месторождения полезных ископаемых могут выходить на поверхность Земли (открытые месторождения) или быть погребёнными в недрах (закрытые, или «слепые», месторождения). По условиям образования месторождения подразделяют на серии - эндогенные, экзогенные и метаморфогенные месторождения, а серии, в свою очередь, - на группы, классы и подклассы (табл. 9). Каждое месторождение имеет свою параге-нетическую («совместно рожденную») ассоциацию элементов (табл. 10).

Таблица 10

Парагенетические ассоциации элементов и минералов в рудах

Руды

Ассоциации

элементов

Парагенезис минералов

I. Магматические месторождения в ультраосновных и основных породах

Хромитовые,

платиновые

Сг, Ре, Mg, Р1,

(Ов, 1г), Ре

Хромит, оливин, пироксен, платина, осмистый иридий

Титаномагнети-

товые

Ре, Ті, V

Магнетит, ильменит, гематит, пироксен, основные плагиоклазы

Медно-никелевые

(сульфидные)

№, Си, (Ру Рф

Со)

Пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит, минералы

платиноидов

II. Пегматиты кислых и щелочных пород

Олово

вольфрамово

литиевые

8п, ?, и

Касситерит, вольфрамит, сподумен, полевой шпат, кварц, слюда

Руды

Ассоциации

элементов

Парагенезис минералов

Монацитовые

ТИ. цериевой группы, ТЬ

Монацит, полевой шпат, мусковит

Ниобиевые

N6, Та, Ті, ТЯ

цериевой

группы

Пирохлор, ильменит, ильмено-рутил, сфен

III. Постмагматические (скарновые) месторождения, связанные с гранитами

Железные

Ее (Са, А1, 8і)

Гематит, магнетит, гранаты, пироксены

Медные

Си, Ее (Са, А1,

8І)

Пирит, пирротин, халькопирит, сфалерит, магнетит, гематит, гранаты, пироксен

Молибдено

вольфрамовые

Мо, XV (Ее, Са, А1, 8і)

Молибденит, шеелит, пирит, пирротин, халькопирит, сфалерит, гранаты, пироксен

IV. Постмагматические (гидротермальные) месторождения, связанные главным образом с кислыми интрузиями (интрузивами)

Кварцево-

касситеритовые

8п( XV, Мо)

Касситерит, берилл, вольфрамит, молибденит, висмутин, топаз, флюорит

Медные и медномолибденовые (прожилково-вкрапленные)

Си, Мо

Халькопирит, пирит, молибденит, кварц, серицит, андалузит

Свинцово-цинковые

РЬ, Zn, А%, (Ав, Ві, Zn)

Галенит, сфалерит, пирит, блеклые руды, халькопирит, ориентит, кварц, кальцит, барит, серицит

Золотосульфидные

Аи, Си, Ее, РЬ, (Ав, Ві, їед)

Пирит, галенит, блеклые руды, сфалерит, арсенопирит, айкинит, золото, кварц, карбонаты

Колчеданные

Ее, Си, Б, (Zn,

РЬ, Аи, Ва)

Пирит, халькопирит, сфалерит, блеклые руды, галенит, борнит, кварц, серицит, кальцит, барит

Сурьмяно-ртутные

8Ь, Нё, Е

Сурьмяный блеск, киноварь, кварц, кальцит, флюорит

Золото-серебряные

Аи, Ag (Те, 8е)

Золото, серебро, электрум, калаверит, прустит, пираргирит, халцедон, адуляр, карбонаты

V. Месторождения коры выветривания

Железистые

латериты

Ее, (Сг, №, Со)

Гидросиликаты железа, силикаты №, асболан

Силикатно

никелевые

ІМІ (Со)

Гидросиликаты железа, силикаты №, асболан, силикаты Со

Алюминиевые

А1 (Ее)

Гидраты глинозема, гидроксиды А1, глинистые минералы, кварц, рутил и др.

Руды

Ассоциации

элементов

Парагенезис минералов

VI. Осадочные месторождения

Железные

Ре

Гидроксиды железа, сидерит, шамозит

Марганцевые

Мп

Пиролюзит, псиломелан, манганит, родохрозит, олигонит

Алюминиевые

А1 (Ре)

Диаспор, бёмит, гидраргиллит, шамозит, гидроксиды железа

VII. Метаморфические месторождения

Железистые

кварциты

Ре

Кварц, амфибол, гематит, сидерит

Марганцевые

Мп

Марганцевые гранаты и пироксены, родонит, браунит, гаусманит

Магматогенные (глубинные, эндогенные) месторождения полезных ископаемых формировались в недрах Земли в результате геохимической дифференциации минеральных веществ, обусловленной возникновением магмы и её воздействием на окружающую среду за счёт внутриземных источников энергии. К ним относятся пять основных групп месторождений полезных ископаемых: 1) магматические, 2) пегматитовые, 3) карбонатитовые, 4) скарновые, 5) гидротермальные.

Магматические месторождения - залежи полезных ископаемых, сформировавшиеся в недрах земной коры при застывании и кристаллизации основной или щелочной магмы, содержащей в своём составе повышенные концентрации ценных минералов. Эти залежи имеют различную форму и расположены среди родственных им магматических горных пород. Образование ценных минералов в остывающей магме обусловлено тремя причинами. Во-первых, магма при охлаждении может распадаться на две несмешивающиеся жидкости, одна из которых состоит из вещества полезного ископаемого. Такой процесс называется ликвацией, а возникающие при этом месторождения называются ликвационными магматическими месторождениями (например, сульфидные медно-никелевые руды, содержащие кобальт и платиноиды месторождений Норильска, Печенги в России и Садбери в Канаде). Во-вторых, ценные минералы при кристаллизации магмы могут выделиться ранее других, погрузиться на дно магматического резервуара и сформировать залежи раннемагматических месторождений. Эти месторождения также называются сегрегационными, или аккумулятивными (месторождения хрома, титана и железа). Оригинальными раннемагматическими образованиями являются алмазоносные кимберлитовые трубки Восточной Сибири и Южной Африки.

В-третьих, при кристаллизации магм, богатых газом, вещество полезного ископаемого может сконцентрироваться в легкоплавком остаточном расплаве и при последующем отвердевании образовать позднемагматические, или гистеромагматические (эффузивные), месторождения (залежи титаномагнетита типа горы Качканар на Урале, хромитов Южного Урала, апатитов Кольского полуострова). Значительно реже магматические месторождения возникают в виде потоков, изливающихся из жерла вулканов (например, вулканические потоки серы).

Среди магматических месторождений наиболее значительны месторождения железа, титана, ванадия, хрома, платины, меди, никеля, кобальта, апатита, алмазов, ниобия-тантала, циркония и гафния.

Седиментогенные (поверхностные, экзогенные) месторождения полезных ископаемых формировались на поверхности и в приповерхностной зоне Земли вследствие химической, биохимической и механической дифференциации минеральных веществ, обусловленной внешней энергией Земли. Среди них выделяют четыре группы месторождений полезных ископаемых: 1) выветривания, 2) россыпные, 3) осадочные и 4) минеральных вод.

Осадочные месторождения - залежи полезных ископаемых, сформировавшиеся в процессе осадконакопления на дне рек и водоёмов. По месту образования их разделяют на речные, болотные, озёрные, морские и океанические; среди последних различают платформенные месторождения и месторождения подвижных областей. По характеру осадконакопления в группе осадочных месторождений выделяют механические, химические, биохимические и вулканогенно-осадочные. Физико-химические и геологические условия формирования осадочных месторождений связаны с общим ходом преобразования осадочных горных пород (литогенез). Осадочные месторождения залегают согласно с вмещающими их осадочными породами, обычно занимают строго определённое стратиграфическое положение и имеют форму пластов или плоских линз. Иногда вследствие метаморфизма и тектонических движений они деформируются и приобретают более сложные очертания. Отдельные пласты протягиваются на десятки километров, а их мощность достигает 500 м (соли Соликамска). Минеральный состав осадочных месторождений определяется тремя группами минералов: 1) устойчивыми при выветривании обломочными минералами, принесёнными с материка (кварц, рутил, иногда полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.); 2) продуктами химического выветривания (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, опал, гидроксиды Ёе, Мп и др.); 3) осадочными новообразованиями (карбонаты, соли, фосфаты, рудные минералы, кремнистые продукты, углеводородные соединения и др.).

Осадочные месторождения имеют большое промышленное значение. К ним принадлежат месторождения горючих ископаемых (уголь, горючие сланцы), некоторые типы руд железа, марганца и алюминия, а также некоторых цветных и редких металлов (и, Си, V и др.). Среди них известны значительные месторождения строительных материалов (гравий, песок, глины, сланцы, известняки, мел, доломит, мергель, гипс, яшма, трепел), ископаемых солей, фосфоритов.

Соленосные отложения возникают в результате испарения воды в изолированных бассейнах. Последовательность отложения солей ЫаС1, М^8С>4 и др. определяется законами галогенеза. В этом процессе происходит отделение твёрдых солей от насыщенного раствора - рапы, которая содержит наиболее растворимые соли - N3, К, 8г, 1л, В, Вг. Подобные растворы встречаются и в подземных высокоминерализованных водах.

Органическое вещество суши при захоронении приводит к образованию углей, а рассеянное органическое вещество горных пород океанического ложа - к образованию нефтей и горючих газов в процессе субдукции океанического дна под материки. Происходит возгонка органики и в зависимости от температуры возгонки образуются раз-ныеуглеводороды. Изотопный анализ отдельных фракций нефти на С/ указывает температуру их образования - не выше 200-250 °С. Появление углей и нефтей в земной коре изменяет миграцию и распределение ряда осадочных элементов. Например, и, V, ве обычно концентрируются в осадочных железных рудах. С появлением углей и битумов их соединения накапливаются в углях и битумах, нередко образуя месторождения этих элементов. Наиболее стойкие от разрушения минералы - монацит, торит, магнетит, кварц, циркон, рутил, касситерит, а также золото - при разрушении горных пород накапливаются в прибрежной части морей и океанов и образуют в зонах шельфа россыпные месторождения.

Магматические породы на поверхности Земли разрушаются под влиянием климатических факторов и ряда других агентов: организмов, воды, углекислоты, органических веществ; этот процесс зависит от концентрации ионов водорода и кислорода, ионного потенциала и других условий. Вещество горных пород при выветривании испытывает сложные превращения. Например, полевые шпаты превращаются в каолинит, карбонаты и кварц; Ыа, Mg, К в виде хлоридов, сульфатов, карбонатов попадают в раствор и уносятся потоками в океан и т. д. Вследствие гидратации и карбонатизации общий объём пород увеличивается (рис. 26).

В разрушении горных пород участвуют многие химические процессы, как, например, гидролиз алюмосиликатов, который приводит к образованию латерита, свободных водных оксидов АЬОз и бокситов, обогащенных Тл, ЫЬ, Бп, Ве и др.

NaC]

Fe203 С а С 0 3

С а ЛІ g- С -

Si О

Са, 3? 1“ йт ДЗ ОД ^ 1=3

= ® ё ?

CD

Анортит

Поры

30%

од

ев

Альбит

Ортоклаз Биотит

rf

й

Альбит

Ортоклаз

Хлорит

Г лина Каолин

та

ал

та о

*—

та

ц>

Кварц

Кварц

Неразлажен- Продукты его ный гранит разложения

Рис. 26. Увеличение объёма породы в зоне выветривания (БСЭ).

Латерит (от лат. later - кирпич) - красноцветные железистые или железисто-глинозёмистые элювиальные образования, типичные для влажных тропических и субтропических областей. Сегодня латеритом называют группу красноцветных пород, различающихся по составу и происхождению. В почвоведении термином «латерит» часто обозначают железистые горизонты почв инфильтрационного происхождения. Главным фактором тропического выветривания является климат. Латериты образуются преимущественно в тропических и субтропических областях со среднегодовым количеством осадков свыше 1300-2000 мм и среднегодовой температурой 20-30 °С. Они залегают на алюмосиликатных породах разного состава, возникая в результате процесса латеризации, при котором выносится свыше 90 % Si02 и оснований (от общего их содержания в материнской породе).

В тропической зоне земного шара латериты покрывают обширные плато и холмистые территории. Их мощность колеблется от нескольких метров до 50 м, возраст - от юрского до современного.

В СНГ остаточные и переотложенные латериты мезо-кайнозойского возраста известны в Украине, Казахстане, Сибири, Средней Азии и на Урале; за рубежом - во Вьетнаме и на островах Тихого океана (Гавайи, Самоа, Гаити и др.). Доказано образование латерита современного - антропогенового - возраста.

С латеритом связаны различные полезные ископаемые: алюминиевые, железные, марганцевые, никелевые и другие руды (Куба, Н. Каледония), крупнейшие бокситовые месторождения (Гвинея, Гана и др.). В Индии латериты используются при изготовлении строительного кирпича.

Окисление соединений в латеритах и в других породах до более высоких валентностей часто выполняется микроорганизмами, например Ее2 —» Ее3 , Мп —» Мп и т. д. Железные осадочные руды обогащаются фосфатами, арсенатами, ванадатами, а марганцевые - Ва, Яа, Со и др. Известняки, а также доломиты, фосфаты и некоторые другие соли образуются при участии организмов и накапливают Эг, Мп, РЬ, Г, редкоземельные элементы и др.

Существует четкая приуроченность определенных полезных ископаемых к конкретным геологическим периодам (полужирным шрифтом выделены полезные ископаемые, имеющие для данного геологического периода существенное значение).

Неоген: бокситы, железные руды, бурый уголь, нефть, горючий газ.

Палеоген: марганец, бурый уголь, фосфориты, горючие сланцы, нефть, газ.

Мел: писчий мел, железо, нефть, газ, соли.

Юра: бурый уголь, нефть, газ, железные руды. В позднеюрской эпохе - каменная и калийная соли.

Триас: бокситы.

Пермь: широко развиты каменные угли (Кузбасс, Печера, Китай), калийные и каменные соли (Предуралье, Западная Европа).

Карбон: каменный уголь, железо, марганец.

Девон: гипс, каменная соль, бокситы, руды марганца, горючие сланцы, нефть.

Силур.

Ордовик.

Кембрий: железо, марганец, фосфориты, горючие сланцы, медь, свинец, цинк и особенно каменные и калийные соли.

Венд: бокситы, фосфориты, нефть и горючие газы, медь, свинец, цинк и каменная соль.

Рифей: крупные месторождения золота, железа,урана.

Архейский эон: железные руды, золото, уран.

Сингенетические месторождения (от греч. Буп - вместе и gene-рожденный) - месторождения полезных ископаемых, образовавшиеся одновременно с вмещающими их горными породами; обычно имеют пластовую и пластообразную форму и залегают согласно с подстилающими и перекрывающими их толщами. К сингенетическим месторождениям относятся главным образом осадочные месторождения полезных ископаемых (пески, глины, известняки, угли ископаемые, горючие сланцы, соли, фосфориты, бокситы, железные и марганцевые руды, некоторые месторождения меди, урана, ванадия). Магматические месторождения полезных ископаемых редко бывают сингенетическими; к ним относятся руды хромитов и титаномагнети-тов в ультраосновных породах, ниобиевые руды стратифицированных щелочных массивов, а также частично ликвационные сульфидные медноникелевые руды в основных породах.

Метаморфогенные месторождения полезных ископаемых возникали в процессе регионального и локального метаморфизма горных пород.

В соответствии с принятой хронологией геологической истории Земли различают месторождения полезных ископаемых архейского, протерозойского, рифейского, палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста. По источникам вещества, слагающего месторождения полезных ископаемых, выделяют месторождения с веществом подкоровых (мантийных, или базальтовых), коровых (или гранитных) магм, а также осадочной оболочки Земли. По месту формирования месторождения разделяют на месторождения складчатых областей и платформенные. Известно четыре уровня глубин образования месторождений полезных ископаемых: 1) ультраабиссальный - глубже 15-10 км; 2) абиссальный - от 15-10 до 5-3 км; 3) гипабиссальный - от 5-3 до 1,5-1,0 км; 3) приповерхностный - меньше глубин 1,5-1,0 км.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Перечислите основные физические свойства минералов.
  • 2. Приведите примеры кристаллической формы минералов.
  • 3. Какая классификация минералов имеет наибольшее значение для использования их в промышленных целях?
  • 4. Приведите химическую классификацию минералов.
  • 5. Каким образом распределяются породообразующие минералы в земной коре?
  • 6. Как классифицируются горные породы по происхождению?
  • 7. Дайте классификацию осадочных горных пород.
  • 8. Как классифицируются магматические горные породы?
  • 9. Какой принцип лежит в основе классификации магматических горных пород?
  • 10. Дайте основную характеристику обломочных горных пород.
  • 11. Охарактеризуйте образование метаморфических горных пород.
  • 12. Раскройте понятие «месторождения полезных ископаемых».
  • 13. Каким образом классифицируются месторождения полезных ископаемых?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>