Экзогенная серия месторождений полезных ископаемых

Экзогенная серия месторождений полезных ископаемых (общие седения) ▪ Экзогенная (седиментогенная, гипергенная) серия объединяет месторождения полезных ископаемых, образованные в результате древних и современных геохимических процессов, происходящих под воздействием солнечной энергии на поверхности Земли и дне ее водоемов (болот, озер, рек, морей и океанов), а также в ее тонкой верхней части, включающей горизонты грунтовых и частично пластовых подземных вод. ▪ Экзогенные месторождения – результат механического и биохимического преобразования и дифференциации минерального вещества эндогенного происхождения; среди них выделяют остаточные, инфильтрационные, россыпные и осадочные образования. ▪ Месторождения экзогенной серии имеют большое промышленное значение. Среди различных генетических типов месторождений большинства полезных ископаемых крупные и гигантские объекты часто принадлежат этой серии.

▪ Остаточные месторождения формируются вследствие выноса растворимых минеральных соединений из коры выветривания и накопления в ней труднорастворимого остатка, имеющего экономическую ценность (руды никеля, железа, марганца, боксит, магнезит, каолин). ▪ Инфильтрационные месторождения образуются при осаждении из подземных вод ценных растворенных веществ ниже поверхности Земли (руды урана, меди, самородная сера). ▪ Россыпные месторождения создаются при накоплении в рыхлых отложениях склонов, рек и морских побережий тяжелых и прочных ценных минералов (самородное золото, платина, минералы титана, вольфрама, олова). ▪ Осадочные месторождения образуются в процессе осадконакопления на дне морских и континентальных водоемов (уголь, горючие сланцы, нефть, горючий газ, соли, фосфориты, руды железа, марганца, алюминия, урана, меди, ванадия; гравий, пески, глины, известняки, гипс, яшма, трепел).

Месторождения выветривания 1. Выветривание (общие сведения) 2. Остаточные месторождения 3. Инфильтрационные месторождения 4. Кора выветривания месторождений полезных ископаемых

Выветривание ▪ Выветривание - это сложный процесс физического и химического изменения пород, которые образовались в основном при высоких температурах и давлениях и которые должны приспособиться к новым условиям существования на земной поверхности. Породы как компоненты литосферы стремятся к термодинамическому равновесию в новых физико-химических условиях. ▪ Основные агенты преобразования горных пород при выветривании: вода, кислород, углекислота, органические и неорганические кислоты, микроорганизмы (бактерии), температура. ▪ Химические реакции разложения горных пород при выветривании: окисления (переход бескислородных и закисных соединений в более устойчивые окисные формы), гидратации (образование гидроксильной, кристаллогидратной, цеолитной и адсорбированной воды в минерале), гидролиза (разрушение силикатов с образованием глинистых минералов), диализа (диффузное удаление из глинистых продуктов катионов металлов). ▪ Подвижность химических элементов при выветривании: 1 - энергично выносимые (Cl, Br, J, S); 2 - легко выносимые (Ca, Na, K, F); 3 - подвижные (Si, P, Mn, Co, Ni, Cu); 4 - инертные (Fe, Al, Ti).

Подвижность различных элементов кислых и ультраосновных пород (по Лелонгу, 1976)

▪ Минералы коры выветривания: - реликтовые (первичные минералы коренных пород, устойчивые при выветривании: кварц, рутил, магнетит и др. ); - образовавшиеся в начальную стадию разложения горных пород (гидрослюды, гидрохлориты и др. ); - аморфные переходные коллидные образования, со временем превращающиеся в кристаллические аналоги (халцедон, гель бурого железняка, вад и др. ); - вторичные минералы как конечные продукты выветривания (оксиды и гидроксиды алюминия, железа, марганца). ▪ Профили выветривания: - гидрослюдистый (насыщенный сиалитный: гидратное и гидролизное преобразование первичных силикатов без существенной миграции кремнезема; типоморфные минералы – гидрослюды, гидрохлориты, бейделлит, монтмориллонит); - глинистый (ненасыщенный сиалитный: некоторый дефицит кремнезема, частично вынесенного из зоны выветривания; типоморфные минералы – каолин, галлуазит, нонтронит, кварц); - латеритный (алитный: нарушение связей между кремнеземом и глиноземом при интенсивном выносе первого; типоморфные минералы – гиббсит и другие гидрооксиды алюминия, оксиды и гидрооксиды железа)

Зональность кор п о ч в а выветривания _________________ зона конечного гидролиза (гидроксиды Al, Fe, Mn) p. H < 5 В процессе выветривания _________________ верхние зоны разрастаются за счет нижних. . промежуточные зоны исчезают и формируется кора зона гидролиза и конечного сокращенного профиля (зона выщелачивания (нонтронит, конечного гидролиза). каолинит) p. H = 5. . . 8 В обстановке _________________ сдерживающего развития выветривание может задержаться на промежуточных стадиях с зона гидратации и начального возникновением коры неполного гидролиза (гидрослюды и профиля (например, продукт гидрохлориты) p. H = 7, 5. . . 8, 5 гидратации и начального гидролиза). _________________ В формировании коры выветривания существенны: климат, зона начальной дезинтеграции состав разлагаемых пород, тектонические явления, рельеф и гидратации (первичные минералы, местности, уровень грунтовых по трещинам - гидрослюды и вод. гидрохлориты p. H = 8, 5. . . 9 _________________ к о р е н н ы е п о р о д ы

Месторождения выветривания подразделяются: 1. по механизму образования - остаточные (растворение и вынос поверхностными водами «пустой» минеральной массы и концентрация в остатке полезного ископаемого). - инфильтрационные (растворение ценных составляющих горных пород, их инфильтрация и переотложение в нижних частях коры выветривания либо вне ее). 2. по форме и условиям залегания - площадные (плащом перекрывают горные породы, за счет которых они возникли). - линейные (жилообразные тела, проникающие вглубь коренной породы по системе трещин на десятки – сотни м). - карстовые (выполняют карстовые полости обычно среди известняков). 3. по степени последующих преобразований - неизмененные - переотложенные (смещение минеральной массы по склону местности) - преобразованные (в связи с дополнительным привносом соединений, не входящих в состав первоначальных продуктов разложения, могут развиваться более позднее ожелезнение, омарганцевание, окремнение и т. п. ) 4. по отношению к поверхности - открытые (выходят на поверхность) - погребенные (под более молодыми осадками, как современными так и древними)

Разрезы месторождений площадной, линейной и карстовой кор выветривания в змеевиках (по В. И. Смирнову, 1989)

К остаточным продуктам выветривания принадлежат месторождения силикатных никелевых руд, бурых железняков, магнезита, марганца, бокситов, каолина, апатитов, барита, некоторых благородных и редких металлов. Месторождения силикатных никелевых руд связаны с корами выветривания серпентинитов, формировавшихся в обстановке тропического и субторопического климата мезозойского, третичного и четвертичного времени. Они известны на Южном Урале, в Бразилии, Новой Каледонии, Филиппинах, , Индонезии, Мадагаскаре, Кубе, Австралии, Албании и в др. странах. Одно из южноуральских месторождений (см. рис. ) приурочено к коре выветривания серпентинитового массива, сформировавшись в течение длительного континентального периода от поздней перми до средней юры в обстановке жаркого субтропического климата, сменившегося в дальнейшем умеренным и влажным климатом. Никель в материнских породах находится преимущественно в оливине и ромбическом пироксене, из которых переходит в серпентин. При выветривании серпентина он переходит в водный раствор, выносится из верхней части в глубь коры и вновь отлагается в виде вторичных минералов: гарниерита –Ni 4(Si 4 O 10)(OH)4· 4 H 2 O, ревдинскита – (Ni, Mg)6 (Si 4 O 10)(OH)8, айдырлита – Ni 2 Al 4(Si. O 4)(OH)4·5, 5 H 2 O и др. В нижней части нижнй зоны накапливаются переотложенные карбонаты магния, кальция и железа. Содержание никеля – 0, 5 -5% (ср. около 1%); Содержание кобальта – 0, 03 -0, 07%

Схема зонального строения остаточного месторождения силикатных никелевых руд в коре выветривания серпентинитов площадного типа. (по В. И. Смирнову, 989) 1 – гидрооксиды Mn с сорбированным Co; 2 – гидросиликаты Ni; 3 – карбонаты Mg и Ca

Новая Каледония Вверху: Схематический профиль формирования латеритной коры выветривания и связанной с ней силикатной Ni минерализации Внизу: схематический разрез силикатных Co-Ni месторождений Новой Каледонии

Остаточные месторождения бокситов чаще встречаются площадные и карстовые залежи. Площадные, или латеритные, бокситы плащами перекрывают кореные породы, при выветривании которых они образовались. Они формировались в обстановке жаркого ивлажного климата вследствие выноса щелочеземельных элементов, щелочей и кремнезема инакопления в остатке глинозема. Известны мезозойские, третичные и четвертичные месторождения бокситов. Они создавались при выветривании различных глиноземсодержащих пород – щелочных (Бразилия, Гвинея, США), кислых (Индия, Африка, Индонезия, Австралия), основных (Индия, Гвинея, США и др. ) Карстовые бокситы, или бокситы «терра-росса» , выполняют полости раскарстованных карбонатных пород. При выветривании и эрозии последних такие полости выполнялись нерастворимым глинистым и железистым остатком, преобразующимся в массу перемежающихся скоплений глин и железистых бокситов. Карстовые месторождения известны в Испании, Франции, Греции, Турции, в Африке, Индии, Индонезии, США. В России они находятся на Тимане, Урале, Енисейском кряже. В высокосортных бокситах содержание глинозема (Al 2 O 3) превышает 50% при отношении его к кремнезему (Si. O 2) 12 -10 : 4. Минеральный состав как латеритных, так и карстовых бокситов определяется наличием моногидратных (бемит, диаспор) и тригидратных (гиббсит, гидраргиллит) соединений глинозема.

Разрез бокситовых залежей в глинистых латеритах базальтового плато в Западной Индии (по Синякову, 1987) 1 – базальты; 2 – литомарж (кремнистая глиноподобная, обычно тонкослоистая или листоватая порода, как правило залегащая под латеритами); 3 – боксит (алюминиевая руда, состоящая в основном из гидооксидов Al, оксидов и гидрооксидов Fe и глинистых минералов; гл. минералы – гиббсит, бемит и диаспор) 4 – высоко- железистый латерит (богатый Fe и Al продукт выветривания горных пород; состоит из каолинита, гетита, гематита, гиббсита и кварца); 5 – красные глины с обломками латерита.

Висловское месторождение бокситов (КМА)

Остаточные месторождения марганца возникают при выветривании разных горных пород, содержащих карбонаты, силикаты и безводные оксиды марганца. Они преобразуются в гидроксиды четырехвалентного марганца (вернадит, псиломелан, трансформирующиеся в пиролзит –Mn. O 2), устойчивые в коре выветривания. При этом из пород, содержащих марганец в количестве десятые доли – первые %%, формируются крупные остаточные месторождения с содержанием марганца в десятки %%. Они известны на Кубе, в Индии, Южной Африке (Габон, Гана), Бразилии, Австралии и др. странах. α-Mn. O 2 (рамсделит) Mn. CO 3 → Mn. O(OH) → Mn. O 2 → ↨ родохрозит манганит пиролюзит KMn 8 O 16 (криптомелан), Mn+2 x Mn+41 -x O 2 -2 x (OH)2 x (нсутит) KMn 8 O 16 (криптомелан) Mn 3 Al 2(Si. O 4)3 → (Al, Li)(OH)2 Mn. O 2 → ↨ спессартин литиофорит Mn+2 x Mn+41 -x O 2 -2 x (OH)2 x (нсутит)

Остаточное месторожение марганца Нсута в Гане

К инфильтрационным принадлежат месторождения урана, меди, железа, серы. Инфильтрационные месторождения урана. Труднорастворимые четырехвалентные соединения урана, свойственные глубинным уровням земной коры в коре выветривания окисляются и переходят в легкорастворимые шестивалентные соединения. Большая часть урана при этом выносится грунтовыми водами нередко на значительное расстояние, за пределы источников выщелачивания и переотлагается с образованием инфильтрационных месторождений. Переотложение происходит на геохимических барьерах механического и физико-химического характера. Механические барьеры обусловлены торможением в движении грунтовых вод (водонепроницаемые экраны), а физико-химические барьеры связаны с резким изменением химической обстановки, особенно щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий. Для типичных инфильтрационных месторождений урана выделяется три зоны смены условий рудоотложения на пути движения подземных вод: - тыловая, окисления и выщелачивания (+Eh); - центральная, инфильтрационного рудообразования (±Eh); - передовая, неизмененных пород (-Eh)/

Схема зонального строения инфильтрационного уранового месторождения (по В. И. Смирнову) 1 – водоупорные породы (глины); 2 – выщелоченный песчаник; 3 – свежий песчаник; 4 – переотложенная урановая руда; 5 – направление движения грунтовых вод

Спасибо за внимание!