Месторождения выветривания. 
Геология и месторождения полезных ископаемых

Это месторождения, которые образуются в процессе механического или химического разрушения пород под влиянием колебаний температуры, деятельности воды, газов, растительных и животных организмов с последующей концентрацией полезных компонентов в виде рудных тел.

Прежде всего, происходит физическое выветривание. Оно особенно интенсивно в пустынях, арктических и субарктических областях, где резко колеблется температура. Формирование месторождений при выветривании происходит путем:

• — растворения и выноса приповерхностными водами массы горных пород, не имеющих ценности, и накопления в осадке полезных компонентов;
• — растворения и выноса приповерхностными водами ценных компонентов, их инфильтрации и переотложения;
• — обогащения ценными компонентами в процессе окисления ранее сформированных месторождений;
• — накопления ценных пород и минералов в элювии и делювии.

Соответственно выделяются месторождения выветривания: 1) обломочные (элювиальные и делювиальные); 2) остаточные (коры выветривания); 3) инфильтрационные; 4) зон окисления.

Наибольшую ценность имеют остаточные и инфильтрационные месторождения.

Остаточные месторождения (коры выветривания)

Коры выветривания — это месторождения, представляющие собой продукты разложения и выщелачивания коренных горных пород под воздействием атмосферных агентов с образованием новых полезных ископаемых.

Рис. 7.22. Схема образования коры выветривания в умеренном и тропическом поясах Земли (по Н. М. Страхову):

• 1 — свежая порода; 2—5 — зоны: 2 — дресвы, 3 — гидрослюдистая,
• 4 — каолиновая, 5 — охр; 6 — атмосферные осадки; 7 — температура;
• 8 — растительный отпад

Наибольшее промышленное значение имеют месторождения силикатных Ni руд, бурых железняков, бокситов, каолинов, а также Аи, Мп, апатита, талька, магнезита и др.

Главными агентами формирования кор выветривания В. И. Смирнов считает:

• — воду (растворение, перенос, отложение продуктов в коре выветривания), которая наиболее активна до уровня грунтовых вод, где она может обогащаться такими элементами, как S, С1, О;
• — кислород (атмосферный, минеральных соединений), играющий главную роль в процессах окисления;
• — углекислоту, активно преобразующую некоторые силикаты в карбонатные соединения, другие кислоты (органические, неорганические), которые активно участвуют в процессе окисления;
• — жизнедеятельность организмов;
• — температуру, которая изменяет растворимость газов в воде и, соответственно, скорость реакций разложения пород.

По климатическим условиям наиболее благоприятны повышенные температуры, обилие осадков, усиленный распад растительных веществ, что имеет место в гумидном климате (рис. 7.22).

Геологические особенности и условия образования. Нижняя граница формирования рассматриваемых месторождений — поверхность, которой достигает кислород воздуха. Она близка к уровню грунтовых вод: глубина 60—100, реже 200 м, по трещинам до 1500 м. Месторождения кор выветривания располагаются на «материнских» породах. Они сложены остаточным от выветривания материалом, но обогащены продуктами инфильтрации.

Тектонические дислокации оказывают большое влияние на формирование кор выветривания, создавая пути проникновения растворов и поверхностных вод (разломы и трещины крутопадающие, пластовые). Ими часто определяется морфология созданных рудных тел, а также пострудная тектоника.

Оптимальные условия корообразования — среднегорный рельеф. Длительность формирования промышленных месторождений значительна. Благоприятные условия для развития мощных кор выветривания должны сохраняться до 15—20 млн лет.

По форме рудных тел выделяются три типа кор выветривания.

• 1. Площадные — коры выветривания перекрывают коренные породы, за счет которых они образуются. Имеются переходы к коренным породам (рис. 7.23).
• 3. Приконтактовые коры — локализуются вдоль контакта. Часто это карстовые коры выветривания.

Минеральный состав. В минеральном составе кор выветривания выделяют несколько групп минералов:

• — реликтовые первичные (устойчивые) — кварц, рутил, магнетит;
• — начальной стадии разложения — гидрослюды, гидрохлориты;
• — аморфные (мутабильные) минералы — переходные коллоидные выделения, со временем превращающиеся в кристаллические аналоги — вад, халцедон, гель бурого железняка;
• — вторичные минералы — конечные продукты выветривания. Вертикальная зональность кор выветривания связана с уменьшением интенсивности процесса с глубиной. Кроме того, на нее влияет фильтрация элементов водными растворами. И. Гинзбург выделяет (снизу) зону полуразрушенных и частично выщелочных пород; зону незавершенного выветривания (зону сиалитов); зону остаточных продуктов выветривания.

Рис. 7.23. Месторождение площадной коры выветривания в серпентинитах (разрез):

• 1 — покровные породы; 2 — охристо-глинистая порода;
• 3 — нонтронитизированный серпентинит со скоплениями минералов никеля; 4 — разложенный серпентин со скоплениями минералов никеля;
• 5 — неразложенный серпентин
• 2. Линейные — возникают вдоль систем трещин в коренных породах и имеют форму жилообразных тел (глубина — десятки метров) (рис. 7.24).

Рис. 7.24. Месторождение линейной коры выветривания в серпентинитах

• (разрез):
  • 1 — неразложенный серпентинит; 2 — выветрелый разложенный серпентинит со скоплениями минералов никеля; 3 — охристо-глинистая порода; 4 — зона

трещиноватости Состав кор выветривания определяется не только ходом процесса, но в значительной степени составом вмещающих пород. Ультраосновные и основные интрузивные породы, содержащие большое количество фемических минералов, разлагаются быстрее кислых, легко образуют кору выветривания. Развивается мощная зона остаточных продуктов выветривания: охры, содержащие гидроокислы Fe и Мп. Типичны месторождения Fe (бурый железняк), Ni (силикатные руды), А1 (бокситы). Кислые породы дают коры выветривания лишь при сильном и длительном разложении, так как они содержат большое количество силикатов. Возникают месторождения глин и бокситов. По песчаносланцевым толщам образуются гидрослюдистые, каолиновые глины, бурые железняки. По эффузивно-туфогенным породам образуются гидрослюдистые и монтмориллонитовые глины, каолиновые глины, каолинит.

Силикатные руды Ni в условиях тропического и субтропического климата образуются в мезозое и кайнозое по аподунитовым и апоперидотитовым серпентинитам (Южный Урал, Бразилия, Мадагаскар, Куба). Формируются в течение длительного континентального периода; мощность кор от 50 до 160—180 м. На Урале серпентинитовые массивы локализуются вдоль глубинных разломов. По ним происходит развитие площадных (халиловский тип) и линейных (аккермановский тип) кор выветривания. На контакте серпентинитов с известняками образуется третий тип — уфалейский. Руды формируются при разложении серпентинита. Никель первоначально был в оливине, частично в ромбическом пироксене, далее он переходит в серпентин. При выветривании серпентинита Ni переходит в водный раствор в виде бикарбоната, выносится вглубь коры и отлагается в виде никелевых и никельсодержащих минералов. Из серпентинитов вместе с Ni могут отлагаться минералы Со, Fe, Мп.

Бокситы — руды на А1, формируются в процессе накопления свободного А1₂0₃ за счет разложения пород, богатых алюмосиликатами. Боксит — тонкодисперсная порода, состоит из гидратов окиси А1 — диаспора, бемита, гидраргиллита, в подчиненном количестве: окиси и гидроокиси Fe, Мп; опал, кварц, каолинит и др. Содержание А1₂0₃ в бокситах должно быть не менее 25%. Месторождения известны в Индии (рис. 7.25), Бразилии, Гвинее, США, на Урале, в Казахстане, в Сибири (Енисейский Кряж). Источники А1 — нефелиновые породы (ийолиты, уртиты), богатые глиноземом базальты и габбро, дистеновые (кианитовые), силлиманитовые гнейсы и сланцы. В условиях жаркого, влажного климата (субтропики) происходит разложение силикатов, вынос щелочей и Si0₂, концентрация А1₂0₃ в виде диаспора, бемита. При усложнении первичного состава происходит отложение карбонатов, сульфидов и других минералов. Часто слои бокситов перемежаются с глинами, образуют площадные формы и залежи неправильных очертаний в карсте среди известняков. На Енисейском Кряже карстовокотловинные месторождения локализуются в известняках. Материал как местный, так и привнесенный в карстовые воронки из соседних площадей.

Рис. 7.25. Базальтовое плато в Западной Индии, покрытое глинистыми.

латеритами:

• 1 — базальты; 2 — каолинит; 3 — боксит; 4 — высокожелезистый латерит;
• 5 — красные глины с обломками латерита

Исходный материал — известняки, штоки пород основного состава.

Каолины образуются при глинистом выветривании полевошпатовых (кислых) пород, выпадают гели Si0₂ и А1₂0₃. Это площадные залежи, переходящие в коренные породы. От бокситов отличаются незавершенным разложением коренных пород. Месторождения известны на Украине, Алтае, в Германии, Югославии, Англии, Китае.

Физико-химические процессы образования. Причинами разложения коренных пород в коре выветривания В. И. Смирнов считает окисление, гидратацию, гидролиз, диализ.

Окисление: породообразующие минералы, сформированные в глубинной обстановке, бедной кислородом, под воздействием 0₂ коры выветривания превращаются в кислородные соединения высокой валентности. Они более устойчивы в поверхностных условиях. При этом часть конечных и промежуточных продуктов окисления выносится, другая остается (окислы Fe, Mn, А1).

Гидратация: насыщение минералов водой. Гидролиз: обменные реакции между основаниями минералов и водородными ионами воды. Интенсивность гидролиза определяется концентрацией водородных ионов, С0₂, pH среды, температурой и другими факторами. Диализ: диффузионное удаление металлов из глинистых продуктов выветривания и очищение до «чистых» глин. Эти реакции разрушают минералы коренных пород.

Стадии выветривания: 1) вынос легкорастворимых солей (в щелочной среде) — сульфатов, хлоридов К, Na, Са, Mg; вынос Si0₂ и карбонатов щелочных металлов; 2) гидролиз силикатов и алюмосиликатов, накопление Al, Fe, Mn; 3) кислотное выветривание с выносом гидроокислов Al, Fe, Mn. Таким образом, процесс начинается выветриванием в щелочной обстановке и заканчивается разложением в кислой среде.

Устойчивость исходных минералов возрастает в такой последовательности: оливин, плагиоклаз, гиперстен, авгит, роговая обманка, биотит, мусковит, кварц. В соответствии с минеральным составом находится и скорость разложения коренных пород.

Миграция элементов из коры выветривания происходит постоянно. Она осуществляется во взвесях, коллоидных и истинных растворах. Особенно важны растворы металлов. Легко выносимые элементы и соединения Cl, Br, S, Са, Na, Mg, F; подвижные Si0₂, Р, Mn, Со, Ni, Си; инертные Fe, Al, Ti.

В зависимости от условий разложения и миграции минеральной массы коренных пород различного состава возникают коры выветривания разного профиля. Они отличаются по минеральной и химической зональности в вертикальном разрезе. В общем случае профиль коры выветривания определяется степенью разложения породообразующих минералов и поведением Si0₂ и А1₂0₃. По И. Гинзбургу, Б. Полынову, И. Седлецкому, существует три модели (профиля) образования месторождений выветривания:

• 1- й профиль: гидрослюдистый или насыщенный сиалитами, без существенной миграции Si0₂. Характерны гидратация, гидролиз, образуются гидрослюды.
• 2- й профиль: глинистый или ненасыщенный сиалитами; значительное количество Si0₂ удалено из коры. Минералы: каолинит, галлуазит, кварц.
• 3- й профиль: латеритный — полное разрушение связей кремнезема (Si0₂) и глинозема (А1₂0₃), интенсивная миграция Si0₂ и накопление А1₂0₃ в составе бокситов, содержащих гидрооксиды алюминия (гиббсит), оксиды и гидрооксиды железа.

Первый тип не приводит к образованию месторождений; при втором образуются месторождения глин, каолина. Третий тип отличается формированием всех важнейших остаточных месторождений.

Главными рудными формациями кор выветривания являются: 1) никелевая нонтронитовая (Урал, Казахстан); 2) каолиновая (Украина); 3) бокситовая и лимонитовая; 4) железных руд по железистым кварцитам (Курская магнитная аномалия, Кривой Рог), рис. 7.26.