КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ НА ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Залежи полезных ископаемых, изменившие минеральный состав, но сохранившие основные особенности текстур исходных пород, называют часто «структурными». Текстуры таких руд называют унаследованными.

Выветривание различных по составу исходных горных пород приво­дит к образованию различных по составу и промышленному значению полезных ископаемых.

Ультраосновные горные породы или образованные по ним серпентиниты при выветривании превращаются во вторичные продукты, обогащенные никелем и отчасти кобальтом. В исходных породах эти элементы содержатся обычно в весьма малых количествах в виде мельчайшей сульфидной вкрапленности или в виде изоморфных примесей в составе породообразующих минералов – оливина и пироксенов. При выветривании породообразующие силикаты разлагаются, происходит высвобождение элементов и отложение их в виде новых минеральных соединений, Никель в коре выветривания входит в состав водных силикатов – гарниерита Ni₄[Si₄O₁₀](OH)₄•4H₂O и ревдинскита (Ni, Mg)₆[Si₄O₁₀](OH)₈ –или присутствует в виде примеси в глинистых минералах, чаще всего в нонтроните. Кобальт сорбируется гидроксидами марганца. Такое соединение получило название асболан т(Со,Ni)O•MnO₂nH₂O. Водные силикаты никеля – гарниерит, ревдинскит – имеют характерный зеленоватый цвет, благодаря чему уверенно диагностируются в образцах. Нонтронит – минерал, имеющий белый или слабо зеленоватый цвет, в случае его тонкой пропитки никелевыми минералами также приобретает яблочно-зеленую окраску. На фоне подобных светлых минералов асболан, благодаря своему черному цвету, хорошо заметен.

Высвобождающиеся при разложении первичных силикатов магний и кремнезем в нижних частях коры выветривания образуют иногда вторичные скопления в виде прожилков магнезита и халцедона. Халцедон здесь часто подкрашен соединениями никеля в характерный зеленоватый цвет (хризопраз). Последний является полудрагоценным камнем.

Большинство месторождений никеля экзогенного типа имеет ярко выраженное зональное строение. В верхних зонах при выветривании серпентинитов часто образуются значительные скопления гидроксидов железа (бурых железняков). При значительных масштабах скоплений их можно эксплуатировать как самостоятельные железорудные месторождения. При этом руды железа будут обогащены такими элементами, как никель, кобальт, марганец. В связи с этим такие руды называют природнолегированными.

Месторождения никеля, образовавшиеся в корах выветривания, получили название месторождений силикатных никелевых руд. Они объединены в рудную формацию, называемую гарниерит-нонтронит-асболановой в коре выветривания ультраосновных, пород. Месторождения этого типа в Советском Союзе есть на Урале (Кемпирсайский, Аккермановский и Верхне-Уфалейский районы), на Кубе, в Новой Каледонии и в других районах.

Месторождения железа, возникающие в корах выветривания, получили название месторождений бурых железняков. Они объединены в рудную формацию, называемую гетит-гидрогетит-гидрогематитовой в коре выветривания ультраосновных пород. Крупные месторождения этого типа имеются на Кубе, в Индонезии, Западной Африке, небольшие месторождения в Советском Союзе на Урале (Елизаветинское, Уктусское и др.) и на Кавказе (Малка).

Выветривание основных пород приводит к образованию остаточных продуктов, обогащенных глиноземом, а поэтому служащих сырьем для получения алюминия.

При выветривании основных пород образуются обычно высококачественные бокситы. Первичные минералы – основные плагиоклазы и пироксены активно разрушаются в результате воздействия поверхностных агентов выветривания. Кремнезем в растворенном состоянии выносится из зоны аэрации, а глинозем накапливается в остатке в виде гидраргилита (гиббсита) А1(ОН)₃ бемита или диаспора АlO(ОН).

Указанные промышленные минералы алюминия имеют чисто белый цвет. Однако, благодаря постоянному присутствию в остаточных продуктах выветривания гидроксидов железа (гидрогематита) бокситы кор выветривания окрашены обычно в розоватый или насыщенней вишнево-красный цвет. Большинство крупных месторождений этого типа имеют зональное строение. В нижних зонах располагаются обычно слабоизмененные основные породы (долериты, базальты, диабазы), выше – зоны, обогащенные глинистыми минералами – часто каолинитом и гидрослюдами, еще выше – зоны, состоящие из минералов алюминия – гидраргилита, бемита, диаспора. Завершают разрез обычно скопления гидроксидов железа (кираса).

Высокосортные бокситы образуются при выветривании щелочных пород – нефелиновых сиенитов. В этом случае образование высокосортных руд происходит вследствие активной перегруппировки вещества исходной породы с обогащением остаточного продукта глиноземом.

Бокситы хорошего качества образуются также и при выветривании филлитов (рис. 59). Активному растворению и выносу кремнезема в этом случае способствуют тонкозернистое строение породы, микроскопические размеры кварцевых зернышек (сотые и тысячные доли миллиметра). Все месторождения алюминия такого типа получили название месторождений остаточных бокситов и объединяются рудной формацией, называемой гидраргилит-бемит-диаспоровой в коре выветривания основных, щелочных пород и филлитов.

Рис. 59. Схематический геологический разрез месторождений бокситов района Киндия (Гвинея):

1 – структурные бокситы; 2 – обломочные бокситы; 3 – аллиты, каолиновые глины; 4 – силурийские глинистые сланцы; 5 – песчаники ордовика; 6 – зоны разломов и трещиноватости

Крупные месторождения такого типа известны в различных районах земного шара – в Западной Африке (Гвинейское плато), в Индии (плато Декан), в США (Арканзас), в Южной Африке и Австралии. В Советском Союзе сравнительно небольшие месторождения этого типа есть в Белгородской области (Висловское; рис. 60), на Тимане (Вежаю-Ворыквинское) и в других районах.

При выветривании интрузивных пород кислого состава высокосортных бокситов обычно не получается. Это связано с тем, что остаточные продукты выветривания обогащаются механической примесью кварца, освобождающегося при выветривании. Значительные размеры кварцевых зерен (до нескольких миллиметров) препятствуют их растворению, а значит и выносу кремнезема за пределы зоны аэрации. Однако при глинистом выветривании кислых и щелочных пород возникают ценные месторождения другого полезного ископаемого – каолина. Каолины служат ценным минеральным сырьем для бумажной, керамической, резиновой, мыловаренной, огнеупорной и химической промышленности.

Рис. 60. Геологический разрез Висловского месторождения:

1 – четвертичные отложения; 2 – мергели; 3 – мел; 4 – глины; 1–5 – глинистые пески; 6 – песчаная глина; 7 – известняки; 8 – бокситы осадочные; 9 – бокситы остаточные; 10 – аллиты; 11 – мартитовые и мартитгидрогематитовые железные руды; 12 – магнетитовые кварциты; 13 – сланцы филлитовидные и хлорит-серицитовые

Месторождения такого типа объединяются в каолинитовую формацию в коре выветривания кислых и щелочных (полевошпатовых) пород.

Выветривание некоторых разновидностей метаморфических горных пород приводит к накоплению продуктов выветривания, обогащенных железом и марганцем. Так, за счет метаморфических пород – железистых кварцитов, являющихся бедными железными рудами, возникают залежи остаточных богатых железных руд. Содержание железа в таких рудах за счет активного выщелачивания кремнезема, повышается почти вдвое, достигая 60–62% против 30–32% в исходных железистых кварцитах. Кроме выщелачивания и выноса кварца (остаточные его продукты называются маршаллитом), в этом случае идет активное окисление первичного минерала – магнетита с образованием по нему псевдоморфоз гематита. Такие выделения гематита, заместившего магнетит, получили наименование мартита, а руды, содержащие обильное количество подобного гематита, получили название мартитовых.

Характерными новообразованиями коры выветривания железистых кварцитов являются также гидрокислы железа – гидрогематит, гетит и гидрогетит. Благодаря синевато-серой окраске мартитовые руды получили название – «синьки», а руды, обогащенные гидроксидами железа бурого и красного цвета называют «красками». Месторождения богатых железных руд такого типа объединены рудной формацией, называемой гетит-гидрогетит-мартитовой в коре выветривания железистых кварцитов.

Месторождения этого типа в СССР есть в пределах КМА, Кривого Рога, в США, Канаде, Бразилии, в Индии, Австралии, Западной Африке и других районах земного шара.

Выветривание других метаморфических пород – гондитов, содержащих в своем составе первичные минералы марганца – гаусманит, браунит, марганцовистый гранат, приводит к образованию вторичных продуктов, обогащенных гидроокислами марганца – пиролюзитом, псиломеланом. Такие руды имеют промышленное значение в oтдельных районах земного шара, например, в Индии.

По морфологическим особенностям залежи остаточных продуктов выветривания подразделяют на три типа: плащеобразные, линейно-трещинные и контактово-карстовые.

Плащеобразные залежи имеют значительное площадное распространение и сравнительно выдержанную мощность. Они покрывают породы субстрата в виде плаща, за что и получили свое наименование. Примером являются силикатно-никелевые руды Кемпирсайского района Урала.

Линейно-трещинные коры выветривания уходят обычно на значительную глубину вдоль тектонических нарушений, по которым осуществляется активный водообмен. Морфология таких залежей, их вытянутый характер определяется приуроченностью к зонам нарушения. Примером руд этого типа являются силикатно-никелевые залежи Аккермановского района на Урале.

Контактово-карстовые залежи располагаются обычно в полостях выщелачивания известняков – карстах поблизости от исходных ультраосновных пород, подвергающихся выветриванию. Такие залежи имеют карманообразный, гнездовый характер. Их морфология определяется морфологическими особенностями карстовой полости. Никелевые руды подобного типа есть в Верхне-Уфалейском районе Урала.

Все сказанное выше относится к рудам, возникшим на месте выветривания пород субстрата и получившим поэтому название остаточных. Вместе с тем, минеральное вещество, вынесенное поверхностными водами из зоны просачивания или зоны аэрации, может быть переотложено в благоприятных условиях с образованием залежей инфильтрационного типа. К ним относятся, например, месторождения урана, ванадия, меди; серы, железа, гипса, боратов и др.

Для образования инфильтрационных руд большое значение имеют благоприятные физико-химические условия, создающиеся в тех или иных условиях земной коры. Отложение их происходит как в непосредственной близости от участков разложения первичных пород, так и на значительном удалении. Местом локализации инфильтрационных руд часто являются высокопористые и обогащенные органическим веществом пласты осадочных пород – глины, песчаники, пласты угля и битуминозные породы.

В качестве примера месторождений остаточно-инфильтрационного типа можно рассмотреть руды Индерского месторождения боратов, расположенного в Западном Казахстане (рис. 61). Первичные минералы бора, послужившие материалом для образования остаточных и инфильтрационных залежей, были образованы совместно с пластами каменной соли осадочным путем. Куполовидное поднятие осадочных пород способствовало образованию на соляных выходах гипсовой шляпы с одновременным образованием остаточного минерала бора – гидроборацита CaMgB₆O₁₁6H₂O. Дальнейшее его растворение и переотложение в прослоях глин привело к образованию целого ряда инфильтрационных образований – иньоита Са[В₂ВO₃(ОН)₅]•4Н₂O, улексита Na₂O•2СаО•5В₂О₃•16Н₂O, колеманита Са₂В₆О₁₁•5Н₂O и др.

Рис. 61. Схематический геологический разрез Индерского месторождения боратов:

1–2 – четвертичные отложения, 3 – серая глина; 4 – гипс; 5 – бораты; 6 – каменная соль; 7 – карбонаты; 8 – красная гипсоносная глина; 9 – ангидрит; 10 – каменная соль с сильвином; 11 – разрушенный гипс; 12 – глинистый гипс

Все перечисленные нами минералы бора имеют белый, иногда серый или желтоватый цвет, низкую твердость. Надежная точная диагностика таких минералов возможна лишь с применением рентгеноструктурных методов исследования.

Известны инфильтрационные руды сложного многокомпонентного состава, например, медно-ванадиево-урановые руды в песчаниках и конгломератах плато Колорадо (США). Известны месторождения простого однокомпонентного состава, например, медные руды в песчаниках Приуралья.

Контрольные вопросы

1. Изучите образцы руд и вмещающих горных пород одного из месторождений силикатно-никелевого типа. Продумайте, из каких зон взяты образцы для коллекций, расположите их согласно зональности.

2. Какой цвет имеют чистые минералы глинозема: бемит, диаспор, гидрар-гилит. Почему бокситы часто имеют розовый, бурый или красный цвет.

3. Почему по интрузивным кислым породам не образуются высококачественные бокситы.

4. На эрозионную поверхность докембрия были выведены железистые кварциты и контактирующие с ними кварцево-серицитовые сланцы. Какого типа руды возникли в коре выветривания этих пород.

5. Благоприятен ли для образования крупных месторождений бокситов остаточного типа высокогорный рельеф.

6. Что такое асболан, в каком виде находится в нем кобальт.

7. Охарактеризуйте наиболее благоприятные климатические условия для возникновения продуктов кор выветривания остаточного типа.

8. Перечислите виды полезных ископаемых, возникающих в коре выветривания ультраосновных пород, основных пород, щелочных, железистых кварцитов, филлитов.