Месторождения железа, марганца, алюминия

Руды железа, марганца и алюминия, относимые к континентально-осадочным хемогенным месторождениям, образуются из суспензий и коллоидных растворов на дне водных бассейнов в сходных геологических условиях. Источником материала для месторождений служат продукты разложения континентальных кор выветривания, сносимые в бассейн седиментации поверхностными, в основном речными и грунтовыми водами. Содержание соединений железа, марганца и алюминия в речных водах низкое, однако суммарный вынос этих металлов реками огромный. Отложение соединений всех трех металлов происходит в прибрежной зоне озер и морей в результате воздействия электролитов, растворенных в водах этих водоемов и коагулирующих коллоиды металлических соединений. В связи с различной геохимической подвижностью соединений железа, марганца и алюминия происходит их дифференциация в прибрежной зоне водоемов. Ближе к берегу накапливаются бокситы, далее (в верхней части шельфа) отлагаются железные руды, еще далее (в нижней части шельфа) – марганцевые руды. В пределах собственно железорудных или марганцевых месторождений наблюдается также фациальная изменчивость отложений.

Химические осадочные месторождения железа, марганца и алюминия по условиям образования объединяются в соответствующие рудные формации: шамозит-гётит-гидрогётитовую в осадочных породах (месторождения Керченское в Крыму, Аятское в Тургайской провинции и др.); пиролюзит-псиломелан-манганитовую в осадочных породах (месторождения Никопольское и Больше-Токмакское на Украине, Чиатурское в Грузии и др.); гидраргилит-бёмит-диаспоровую (бокситовую) в осадочных породах (месторождения Красная Шапочка на Северном Урале, Салаирское в Восточном Саяне, Северо-Онежская и Тихвинская группы на Кольском полуострове и др.).

Шамозит-гётит-гидрогётитовая формация в осадочных породах.Руды сложены различными по составу минералами железа – гидроксидами, силикатами, карбонатами. Форма рудных тел – пластовая, линзообразная. Вмещающие породы представлены известняками, глинами, глинистыми песками, глинистыми ракушечниками и другими осадочными породами. Текстуры руд оолитовые, порошковатые, слоистые. В рудах присутствуют остатки скелетов отмерших организмов.

Характерными месторождениями железа подобного типа в СССР являются платформенные морские месторождения Керченскрго бассейна в Крыму (рис. 76). Основные запасы кондиционных железных руд этого бассейна приурочены к крупным тектоническим брахисинклинальным структурам – мульдам. Рудный пласт во всех мульдах подстилается известняками и покрывается глинами киммерийского яруса. Мощность рудных пластов в центральных частях мульд составляет 25–40 м, в краевых – 0,5 м.

Рис. 76. Схема, иллюстрирующая положение «табачных» и коричневых руд в брахисинклиналях (мульдах) Керченского железорудного месторождения:

1 – известняки-ракушечники; 2 – руды «табачные»; 3 – руды «коричневые»; 4 – руды «икряные»; 5 – перекрывающие глины

Главные типы руд – «табачные» и «коричневые». «Табачные» руды залегают в центральных частях мульд, «коричневые» – на периферии. Считается, что «табачные» руды образуются в окислительно-восстановительных условиях, «коричневые» – в окислительных условиях за счет «табачных» руд.

Главные минералы «табачных» руд – гидроферрихлорит, ферримонтмориллонит и гидрогётит, а также магнаносидерит и родохрозит; иногда присутствуют фосфаты (вивианит, керчинит), гидроксиды марганца и пирит. Главные минералы «коричневых» руд (объектов промышленной добычи) – гидрогётит и ферримонтмориллонит.

«Табачные» руды получили свое название из-за характерного зеленоватого цвета, который обусловлен присутствием зеленоватого железистого хлорита. Текстура «табачных» руд, возникших осадочным путем, оолитовая.

Цвет «коричневых» руд обусловлен присутствием в них преимущественно гидроксидов железа. Так как этот тип руд формируется в результате окисления «табачных» руд, происходит замещение железистого хлорита гётитом и гидрогётитом, руды становятся буровато-коричневыми, гидроокисными. Текстура коричневых руд унаследованно-оолитовая.

В железных рудах Керченского месторождения присутствуют в небольшом количестве пиролюзит, псиломелан, кальцит, глауконит и другие минералы.

Для осадочных хемогенных руд характерна фациальная изменчивость: по направлению от береговой линии вглубь водоема намечается переход от гидроксидов железа (гётита FeO(OH), гидрогётита FeO(OH)•2H₂O) к карбонатам, (сидерит FeCO₃) и силикатам (шамозит Fe₄Al[Si₃AlO₁₀][ОН]₆•nН₂O, тюрингит Fe₃,₅(Al, Fe)_1,5[Si_2,5Al_1,5O₁₀)](OH)₆•nH₂O. В наиболее глубоководных условиях в массе осадочных образований можно встретить сульфиды железа, преимущественно пирит.

Пиролюзит-псиломелан-манганитовая формация в осадочных породах.Руды сложены пиролюзитом МnO₂, псиломеланом mМnO₂•nН₂O и манганитом МnO2•Мn(ОН)₂. В карбонатных разновидностях руд присутствуют родохрозит МnСОз и манганокальцит. В небольшом количестве в рудах этого типа может присутствовать родонит (MnCa)SiO₃. Перечисленные минералы располагаются в рудных залежах закономерно. От берега вглубь водоема четырехвалентные соединения (пиролюзит, псиломелан) сменяются манганитом, содержащим как четырехвалентный, так и двухвалентный марганец. Образуется он при некотором недостатке кислорода в водной среде. В более глубоководных, обычно восстановительных условиях возникают такие минералы марганца, как родохрозит и родонит, содержащие только двухвалентный марганец. Такая смена минерального состава в рудных пластах называется фациальной изменчивостью руд (рис. 77).

Рис. 77. Схема, иллюстрирующая фациальную изменчивость осадочных марганцевых руд по мере удаления от береговой линии водного бассейна:

1 – зона образования пиролюзита и псиломелана (окислительные условия); 2 – зона развития манганита (недостаток кислорода); 3 – зона образования родохрозита и родонита (восстановительные условия)

Никопольское месторождение на Украине – характерный представитель пиролюзит-псиломелан-манганитовой формации (рис. 78).

Рис. 78. Схема, иллюстрирующая положение марганцевых руд в разрезе палеоген-неогеновых отложений Никопольского месторождения:

1 – четвертичные отложения (чернозем, лёсс, глины, известняки); 2 – миоценовые отложения (глины, песок); 3 – олигоценовые отложения (глины); 4 – марганцевые руды; 5 – каолины; 6 – докембрийские кристаллические породы

Рудные тела представляют собой пласты и пластообразные залежи, линзы. Вмещающими породами служат глины, известняки, пески. Для Никопольского месторождения характерно залегание пластов марганцевых руд иногда непосредственно на размытой и выветрелой поверхности докембрийских метаморфических пород фундамента – на гранитах и гнейсах докембрия. Чаще подстилающими породами являются пески и глины олигоценового возраста. Перекрывают рудные пласты олигоценовые глины и другие осадочные породы. Мощность рудного пласта изменчива. Во впадинах она достигает 3–4 м, в местах поднятий рудный пласт выклинивается.

Текстуры руд – конкреционные, оолитовые, иногда ноздреватые, порошковатые.

Минералы марганца – пиролюзит, псиломелан и манганит – имеют черный цвет. Округлые и овальные оолиты черного цвета заключены обычно в рыхлой светлой песчано-глинистой массе. Иногда стяжения марганца имеют неправильную форму. Сложены они обычно тесно сросшимися мелкими оолитами тех же минералов марганца. Иногда черное марганцевое вещество пропитывает отдельные прослои глин.

Гидраргилит-бемит-диаспоровая (бокситовая) формация в осадочных породах.Руды сложены в основном гидраргилитом (гиббситом) А1(ОН)₃, иногда бемитом АlO(ОН) и диаспором НАlO₂. В состав руд входят также гидрогематит, гематит и каолинит. Часто в таких рудах можно встретить сидерит, хлорит (шамозит), пирит, марказит.

По условиям образования бокситовые месторождения подразделяются на платформенные и геосинклинальные. К числу платформенных относятся месторождения Южно-Лиманской, Тихвинской, Северо-Онежской групп месторождений и др. К числу геосинклинальных относятся Северо-Уральская, Южно-Уральская и Салаирская группы.

Месторождения бокситов платформенного и геосинклинального типа несколько отличаются друг от друга мощностью залежей, текстурно-структурцыми особенностями, формой рудных тел.

Так, платформенные осадочные бокситы Южно-Тиманской группы (рис. 79) имеют вытянутую, с извилистыми неправильными контурами форму рудной залежи мощностью от 0,8 до 12 м (чаще 4–6 м). Бокситы залегают на карбонатных и карбонатно-глинистых породах девона, а перекрываются глинами, песчаниками и карбонатными отложениями карбона.

Рис. 79. Геологический разрез бокситовой залежи Южно-Тиманского района:

1 – четвертичные образования (суглинки, супеси, пески); 2 – доломиты; 3 – алевритистые глины; 4 – глинистые алевролиты; 5 – углистые алевролиты; 6 – углистые глины; 7 – песчаники; 8 – углистые аргилиты; 9 – бокситоносная пачка (а – бокситы, б – аллиты); 10 – глинистые известняки

Бокситоносная пачка пород сложена терригенными образованиями. В ней присутствуют различные литологические разновидности бокситов, аллиты и каолинитовые глины. Наверху и внизу, а также на периферии бокситовый горизонт переходит в аллиты, а затем в каолинитовый аргиллит.

По минеральному составу бокситы Южно-Тиманского района относятся к каолинит-гиббит-бемитовому и каолинит-бемитовому типам.

Текстуры руд – землистые, каменистые, желваковые, реже бобовыеи оолитовые.

Геосинклинальные осадочные бокситы Северо-Уральского района имеют мощность рудного тела примерно 4 м (0–24 м). Форма рудного тела пластообразная. Верхняя граница пласта довольно ровная, нижняя – весьма неровная, с большими углублениями и воронками (рис. 80). Связано это с тем, что бокситы располагаются на закарстованной поверхности известняков девонского возраста. Перекрываются они также известняками девона. Минеральный состав руд – диаспор, бемит, присутствует хлорит (шамозит), отмечена вкрапленность пирита и гематита. Текстуры руд оолитовые, бобовые, иногда массивные.

Рис. 80. Разрез бокситового тела месторождения Северного Урала:

1 – наносы; 2 – серые известняки; 3 – зеленовато-серые (пестро-цветные) бокситы; 4 – красно-цветные бокситы; 5 – массивные известняки

Бокситы Северо-Уральского района иногда обладают повышенной плотностью, Цвет их темно-вишневый. Объясняется такое уплотнение руд процессами метаморфизма бокситовых залежей. Изменения в минеральном составе и текстурно-структурных особенностях приводят к образованию бокситов разных типов: красных марких, немарких яшмовидных, пестроцветных. По минеральному составу красные бокситы относятся к диаспоровому типу, яшмовидные и пестроцветные – к диаспор-бемитовому.