08.02.2018

Сапролитовая зона


Поскольку зона сапролита наиболее богата никелем, на большинстве никелевых латеритных месторождений добываются лишь первичные сапролиты при варьирующей, но подчиненной роли пород вышележащих зон (лимонитовой или нонтронитовой).

Минеральный и химический состав сапролитов обнаруживает широкие вариации. С этим связаны изменения и других характеристик, например направлений химических градиентов в частично выветрелых межтрещинных блоках и относительной роли кремнезема и гарниерита в выполнении полостей. Подобные различия определяются геологическими особенностями неизмененных пород, климатической обстановкой и продолжительностью процесса латеритизации. По-видимому, чрезвычайно важны два фактора, регулирующие формирование сапролита: степень серпентинизации исходной породы и режим дренирования. В табл. 2 приведена общая классификация сапролитов, построенная с учетом суммарного влияния обоих этих факторов. Дальше рассмотрены конкретные примеры. Весьма существенную роль, вероятно, играют также продолжительность выщелачивания, изменение климата, многократные обновления рельефа и его рассеченность, но влияние их оценить труднее, поэтому мы рассмотрим его несколько позже.
Сапролит, развитый по несерпентинизированному перидотиту. На несерпентинизированных перидотитах сапролит образуется сравнительно редко, появляясь на некоторых месторождениях по восточному берегу Новой Каледонии (например, на месторождении Поро) и в районе Сороако в Индонезии. Отдельные профили из Индонезии описаны Голайтли и Арансибиа; характеристика профилей для месторождения Поро в Новой Каледонии дана Трескасесом, а также Бессе и Кудрэ.

В качестве примера рассмотрим сапролит из Сороако. Согласно Харджу, типичный профиль рудной зоны на Сороако представлен почти безрудными лимонитами (4—6 м), лимонитами со средними содержаниями никеля (4—6 м) и сапролитом (более 5 м).

В средней из упомянутых зон обычно содержится 1,5% Ni и 45% Fe. Сапролитовая зона состоит из межтрещинных блоков или обломков частично разложенной породы с жилами кварца и гарниерита между ними. О типичном облике такого сапролита и сложном, с заливами, характере контакта сапролитовой зоны с лимонитовой можно судить по рис. 2. В процессе отработки пустую породу отделяют от сапролитовых кайм и гарниерита, так что на фабрику поступает рудная масса сапролита с диаметром кусков менее 5 см, содержащая около 2,2% Ni и 22% Fe. В рудной зоне блоки обычно имеют размер от 2 до 24 см в диаметре и окружены корочкой оранжевого сапролита шириной до 4 см.
Последовательность минералообразования в подобных корках такова: разлагающийся первым оливин псевдоморфно замещается либо аморфным силикатом, аморфным серпентином, либо значительно реже оранжевобурым кварц-лимонитовым агрегатом. Обычно здесь преобладает аморфный силикат; если развивается серпентин, то он встречается в виде тонких неправильных колец, чередующихся через каждые 2—4 мм с каймами оливина, замещенного аморфным силикатом. Серпентин в свою очередь замещается смектитовой глиной, обычно в направлении к внешним краям каймы. Пироксен разлагается с образованием гётитовой ячеистой текстуры. Последнее, однако, происходит лишь во внешних частях более мощных корок, как это было описано Голайтли. В тех же внешних частях кайм образуется и гётит — в виде очень тонких частиц, рассеянных вдоль микротрещин. Гарниеритовые жилы формируются в более крупных трещинах и вдоль поверхностей отдельности, причем последовательность минералообразования такова (от стенок трещины внутрь жилы): существенно магниевый коллоидальный тальк — керолит; обогащенный никелем коллоидальный керолит; халцедон. Керолит может быть либо колломорфным, с резкой зональностью по составу, либо встречается в виде массивного бесструктурного зеленого вещества, выполняющего полости. В отдельных случаях, очень близко к контакту с лимонитовой зоной, керолит может приобретать бурую, шоколадную окраску или входить в состав тонкополосчатого коричнево-зеленого агрегата соосажденных керолита и гидроокисла Fe3+ и Al.

На тех участках, где в стенках трещин порода на несколько миллиметров серпентинизирована, этот серпентин оказывается резко обогащенным никелем (до 30%). В керолите содержание никеля находится в пределах 10—22%, а в сапролитовых корках оно обычно доходит до 3% и очень редко достигает 10%.
На рис. 3 показано изменение содержания MgO и SiO2 в корках, частично выветрелых ядрах и в некоторых распространенных типах руд. Величина отклонения валового состава руды от линии ядро — корка приближенно характеризует относительную долю кварц-гарниеритовых прожилков в руде. Сильно окремненные руды развиваются по тектоническим брекчиям или в зонах трещиноватости, где имеется большой объем открытых полостей, доступных для подобного осаждения.
Графики, характеризующие зависимость изменения содержаний главных элементов вкрест каемок как функцию расстояния до ядра, показаны на рис. 4а и 4б, а в табл. 3 приведена корреляция между этими элементами. Содержания хрома, железа, марганца и глинозема быстро растут, а кремния и магния столь же резко падают на первых 12 мм, а затем остаются более или менее постоянными независимо от того, в какой части профиля анализируемая корка развивается. Содержание кальция, связанного в пироксене, сначала возрастает вследствие выноса других компонентов, а затем по мере разложения пироксена снижается. Во всех корках изменение содержания главных элементов совершенно одинаково, хотя более мощные и полнее развитые корки предпочтительно формируются около верхней границы сапролитовой зоны.
Скорость увеличения содержания никеля в кайме с удалением от границы с ядром обычно бывает большей на первых 20 мм, а затем она выравнивается. Однако такое возрастание скорости обогащения никелем зависит от положения сапролитовой корки в профиле по глубине: она максимальна на некоторой глубине, более или менее соответствующей области наибольшего вторичного обогащения, и уменьшается как вверх, так и вниз по разрезу от этого оптимального уровня.

Грубый блоковый характер сапролита, развитого по несерпентинизированным перидотитам, обусловливает сильную изменчивость проб как по отдельным буровым скважинам, так и в карьерах. Однако в редких случаях, когда породы профиля представлены относительно мелкообломочной брекчией, обычные статистические шумы в значительной мере подавляются и достигаются геохимические соотношения «идеального» профиля. Такой случай, выявленный для чрезвычайно богатой брекчиевой зоны, иллюстрируется на рис. 5.
Зависимость валовой плотности сапролитовых руд от процентного содержания железа и объемной его концентрации показана на рис. 6. По ней устанавливается заметное падение объемной концентрации железа в наиболее каменистых образцах. Частично это обусловлено выщелачиванием железа из сапролитовых корок и крайне переменным количеством открытых трещин с кварц-гарниеритовым выполнением. После начального снижения содержания железа оно возрастает до 25%, и тогда плотность породы падает примерно до 0,75 т/м3. Объемная концентрация железа во время этой стадии выветривания остается почти неизменной. Далее плотность породы остается такой же, пока на этом месте не разовьется приповерхностная лимонитовая зона.
На рис. 6 можно видеть, что валовая плотность сапролита при переходе к лимонитам остается постоянной или немного возрастает, но почти всегда лежит в пределах 0,6—1,0 т/м3. Сохранение объема породы без усадки (неизменная объемная концентрация Fe) привело бы к значительно меньшим валовым плотностям пород лимонитовой зоны, порядка 0,2—0,4 т/м3. Линии равного расчетного значения показателя скважности (void ratio), нанесенные на эту диаграмму, заставляют считать, что такой показатель остается более или менее постоянным при значениях между 3 и 5 в течение этой фазы развития профиля выветривания. Именно этого следовало бы ожидать в случае усадки сапролита в условиях примерно одинаковой нагрузки со стороны вышележащих частей профиля. Объем породы при этом уменьшается в 2—3 раза. Значение показателя скважности, равное 3—5, соответствует 25—15% твердого вещества в объеме породы. Микротекстура пород из верхней части сапролитовой зоны и лимонитовой зоны чрезвычайно пориста и должна представлять собой сетчатый или губкообразный агрегат повышенной хрупкости. Механическое самоуплотнение влажного сапролита, содержащего более 30% избыточной H2O, нарушает его структуру, вызывая флюидизацию руды: она как бы стекает вниз по склону слабой крутизны.

Сапролит, развитый на полностью серпентинизированных перидотитах. Caпpoлиты на полностью серпентинизированных перидотитах обычно сопоставляются не с сапролитами на частично серпентинизированных перидотитах, а с сапролитами, развитыми на совершенно не серпентизированных перидотитах. Хотя бы в небольшом количестве они имеются почти в каждом крупном районе развития никелевых латеритов.
В качестве примера рассмотрим профиль рудного тела Бонсора из месторождения Сороако, исследованный Арансибиа, а также Голайтли и Арансибиа. В общем для никеленосных латеритов, развитых по серпентинитам, нехарактерны сапролитовые каймы вокруг ядер более свежих пород, столь обычные для ранее рассмотренных профилей на несерпентинизированных перидотитах. В профиле рудного тела Бонсора невыветрелые блоки преимущественно состоят из почти полностью серпентинизированного лерцолита или дунита, обнаруживая обычные петельчатые псевдоморфозы лизардита по оливину и баститовые псевдоморфозы по пироксенам. Такие блоки, как правило, представлены линзами, ограниченными рассланцованным серпентинитом, а не трещинами отдельности. Переход от свежих ядер происходит постепенно на расстоянии десятков сантиметров, а не миллиметров, как в случае выветривания несерпентинизированных перидотитов.
Из-за крупноблоковой текстуры сапролита его химический состав в отдельных профилях (один из них показан на рис. 7) сильно отличается от профиля с одним простым максимумом гипергенного обогащения. На этом рисунке локальный максимум содержания железа на глубине 12 м соответствует более выщелоченной зоне, приуроченной к сколовым нарушениям западного падения, вскрытым в стенке карьера. Изменчивость структуры профиля хорошо показана на рис. 8 — разведочном профиле, построенном с использованием изолиний по скважинам, пробуренным с 5-метровым интервалом около места, разрез которого изображен на рис. 7. В отдельных профилях сапролитовой зоны в содержании никеля могут наблюдаться 1—2 максимума. Фактические максимальные содержания никеля изменяются от 3,3 до 2,0%, а ширина зоны обогащения никелем, измеренная по контуру 1,5% Ni, колеблется от 8 до 3 м на соседних участках, находящихся на расстоянии всего 5 м. Контакт между лимонитовой и сапролитовой зонами сложный, с заливами. Изолиния 40% железа, характеризующая этот контакт, проходит примерно в 5 м от поверхности рельефа.

Исходная порода для рассматриваемого профиля сложена главным образом петельчатым лизардхиом по оливину. В лизардите содержатся обильные субмикронные частицы магнетита, несколько более крупные его сегрегации Ir очень редко, в более мощных (несколько миллиметров) серпентиновых прожилках, — аваруит (NiFe). В не полностью серпентинизированных «глазках» диаметром около 1 см сохраняется немного клинопироксена, энстатита и оливина. Методом рентгеновской дифракции иногда устанавливается тальк, однако в какой ассоциации — неизвестно.

С началом процесса латеритизации сразу же происходит резкое исчезновение субмикронного магнетита, а цвет лизардита меняется от очень светло-зеленого до оранжевого. Подобное изменение окраски отчасти обусловлено изоморфным вхождением Fe3+ в структуру лизардита и частично ростом лимонитовых выделений. Более крупные частицы магнетита превращаются в маггемит. Эта реакция сопровождается частичным замещением магния в лизардите никелем. Общий химизм процесса, по-видимому, таков:
Последняя реакция объясняет общее уменьшение количества серпентина и остаточную концентрацию трехвалентного железа в виде изоморфной примеси. Содержание никеля в серпентине растет со скоростью, превышающей скорость остаточного накопления железа, причем концентрация никеля достигает 3,7%, а железа 8% в результате изоморфного замещения 80% магния. Никель преимущественно привносится из верхних частей профиля. Появление остаточных концентраций железа, превышающих 8%, по-видимому, связано с выщелачиванием Ni3Si2O6(OH)4 из серпентина и образованием дополнительного количества гётита. Это подтверждается заметным уменьшением отношения никеля к железу в образцах с содержанием железа более 8%. Поскольку концентрация железа на единицу объема в сапролите, не претерпевшем усадки, остается постоянной или несколько снижается, уменьшение отношения Ni/Fe означает потерю никеля из этого объема. Алюминий и хром на ранних стадиях выветривания тоже накапливаются в остатке в виде изоморфной примеси в лизардите.

Приуроченные к трещинам гарниерит или кремнистое вещество здесь практически не обнаруживаются. Единственным веществом, накапливающимся в значительных количествах в трещинах сапролитовой зоны, является обогащенный никелем и кобальтом литиофорит, образующий тонкие (> 0,1 мм) корочки и конкреции.

Отсутствие новообразованных смектитов, талька-керолита и кремнезема в профиле данного типа обусловливает низкое положение граничной линии SiО2/MgО в общем поле вариаций состава сапролитовых руд (линия LS на рис. 3). Некоторое увеличение отношения SiО2/MgО в этом профиле вызвано двумя обстоятельствами: 1) инконгруэнтным растворением серпентина, когда Mg выщелачивается примерно в полтора раза быстрее, чем Si; небольшой избыток кремнезема стабилизируется изоморфным замещением магния в серпентине никелем и трехвалентным железом и 2) остаточным накоплением некоторой доли первичного породообразующего талька.

Лимонитовая зона в этом профиле сложена главным образом очень тонкозернистым гётитом (<44 мкм), чешуйками гётита и маггемита диаметром 0,1—1 мм, идиоморфными кристаллами хромовой шпинели, а также трубочками или пластинчатыми срастаниями (диаметром преимущественно 0,1—1,0 мм) литиофорита и алюмогётита. Последние часто образуют нарастания на зернах маггемита и остаточной акцессорной хромшпинели. Отношение Со/Mn в нодулях литиофорита растет вверх по профилю, а отношение Ni/Mn в том же направления снижается. Эти модули содержат 1,3—1,8% Ni на границе лимонитовой и сапролитовой зон и несут в себе 5—20% общего количества никеля.

Сапролит, развитый на частично серпентинизированных перидотитах. Большая часть сапролитовых профилей формируется на перидотитах, серчпентинизированных не полностью. Много частных профилей подобного типа описано в литературе, например, Трескасесом и Бессе, Кудрэ для Новой Каледонии, Шеллманном для Калимантана, а также Холдеманном и др. для Доминиканской Республики. Наилучшая сводка данных по изменениям химического состава пород в профилях выветривания этого типа и в различных рудах Новой Каледонии выполнена Троли и др. Эти данные приведены на рис. 3 и в табл. 4.
По всем своим особенностям сапролиты на частично серпентинизированных перидотитах являются промежуточными между ранее описанными сапролитами на серпентинизированных и несерпентинизированных породах. Как правило, промежуточные значения имеют мощности каемок сапролита вокруг блоков сохранившихся пород. Количество гарниерита и кремнезема в трещинах между блоками также умеренно и, по-видимому, грубо пропорционально содержанию свежего оливина в материнской породе.

Согласно сводке Троли и др., общая последовательность изменений такова:

Первым разлагается оливин. Сначала развивается каемка лимонита по спайности оливина. Затем следует стадия псевдоморфного замещения оливина либо аморфными гидроокислами трехвалентного железа и кремния, либо смектитом с примесью гётита. Ортопироксены частично растворяются, и на их месте остаются полости, выстланные темно-бурой гидроокисью железа. Изменение ортопироксена и серпентина начинается только после полного исчезновения оливина. Серпентин сначала приобретает оранжевожелтую окраску из-за образования тонких гётитовых прорастаний. MgO замещается железом и никелем в количествах 6 и 14% соответственно.

Вышеприведенная схема, возможно, несколько упрощена. Голайтли привел пример сапролита в основании плато Горо на юге Новой Каледонии, где смектит и аморфная гидроокись кремния формируются в единой кайме выветривания. В этом случае внутренняя зона начинающегося изменения отвечает замещению оливина кристаллическим смектитом. Промежуточная зона шириной 1—2 см характеризуется замещением оливина халцедоном, а внешняя часть каймы, примыкающая к межблоковой трещине, создается вследствие замещения аморфной фазой. Данная последовательность иногда интерпретируется как результат изменения условий в период начального преобразования оливина. Последний около межблоковой трещины сначала подвергался воздействию нейтральных недосыщенных магнием растворов, осуществлявших эффективное выщелачивание. Позднее, когда зона разложения оливина продвинулась глубже внутрь породы, растворы становились более щелочными и насыщенными магнием, а циркуляция их ухудшалась. Думается, что такое изменение отражает не общую смену условий, а просто удлинение диффузионных путей от потока раствора, стекающего сверху по трещинам, до фронта разложения оливина.

По данным различных французских геологов, работавших в Новой Каледонии, появление смектита (одни авторы называют его нонтронитом, другие магний-железистым сапонитом), замещающего оливин, определяется интенсивностью дренажа. На хорошо дренируемых участках оливин замещается аморфной силикатной фазой (железо-кремниевые гидроокислы, по Трескасесу); смектит формируется в плохо дренируемых участках, например в профилях на плато или на западном побережье Новой Каледонии, где климат сравнительно сухой.

Состав «железо-кремниевых гидроокислов» чрезвычайно изменчив (обратите, например, внимание на различия в микрозондовых анализах Бессе и Кудрэ). Природа таких аморфных фаз требует дальнейших минералогических исследований.

Смектиты, упомянутые в данном разделе, следует четко отличать от образований нонтронитовой зоны, к рассмотрению которых мы перейдем ниже. В тех типах профилей, которых мы до сих пор касались, серпентинит непосредственно замещается смектитовой фазой очень редко.





Яндекс.Метрика