07.04.2021

Главнейшие формационные типы месторождений самородной серы и их характеристика


Самородная сера принадлежит к полезным ископаемым, четко связанным с определенными геологическими формациями. Все экзогенные месторождения подчинены карбонатно-галогенным формациям, а вулканогенные — андезитовым и, возможно, липаритовым.

Месторождения, связанные с карбонатно-галогенными формациями. В настоящее время доказано, что все крупнейшие экзогенные месторождения серы являются инфильтрационно-метасоматическими. Они образуются эпигенетически, за счет серы сульфата кальция (ангидрита, гипса) материнской галогенной формации и являются продуктом замещения этих сульфатов новообразованиями серы и кальцита. Серообразованне происходит в зоне гипергенеза в результате бактериальной сульфатредукции (с использованием битумов), последующего окисления возникающего при этом сероводорода и отложения серы вместе с вторичным кальцитом, замещающим сульфаты кальция. Сульфатные породы служат при этом основным источником — эдуктом серы в рудах и вместе с тем главным резервом емкости для их накопления. При образовании серных руд соотношение одновременно отлагающихся серы и кальцита составляет 1 к 2—3. Современные кондиции требуют содержания серы в руде высокого качества более 20%, что соответствует общему количеству рудных новообразований более 50%. Никакая исходная (дорудная) пористость пород не может обеспечить такой емкости. Единственным неустойчивым компонентом материнских пород при серо-образовании являются сульфаты кальция (не считая солей), карбонаты же и терригенные составляющие в ходе этого процесса устойчивы.

По двум изложенным причинам присутствие ангидрита и гипса в материнской формации лимитирует возможность массового серообразования, а их количество определяет масштабы оруденения, даже при наличии всего комплекса других необходимых для серообразования условий.

Серные залежи в сульфатном (сульфатоносном) слое возникают, как правило, прежде всего в его частях, смежных с водонефтегазоносными горизонтами — обычно карбонатными слоями, являющимися проводниками соответствующих растворов при процессах серообразования. Такие залежи образуются или непосредственно под подошвой карбонатного слоя, или же над его кровлей. Это отчетливо фиксируется на подавляющем большинстве экзогенных месторождений серы как в бывш. СССР, так и за рубежом (месторождения Прикарпатья советского и польского, Среднего Поволжья, Гаурдак в Cpeдней Азии, Сицилии и др., рис. 56 и 57). Путями продвижения растворов в сульфатный слои являются при этом тектонические нарушения, к которым тяготеют серные залежи, как это выявлено на многих месторождениях, особенно в последние годы.
Главнейшие формационные типы месторождений самородной серы и их характеристика

В разрезах, где сульфатные слои переслаиваются с песчаниками и глинами, промышленных концентраций серы обычно не возникает. Это связано с тем, что терригенные коллекторы проводниками для серообразующих растворов служить не могут. Обычно они содержат значительное количество реакционноактивных форм металлов, фиксирующих образующийся сероводород.

Подтверждением зависимости масштабов серообразования от степени сульфатоносности материнской формации и типа преобладающих в ее разрезе коллекторов может служить Трускавецкое свинцово-цинковое месторождение (Предкарпатский прогиб), являющееся одновременно относительно крупным проявлением самородной серы. Месторождение связано с терригенно-соляной формацией неогена, бедной ангидритом и гипсом и практически лишенной слоев карбонатных пород. Сероводород, возникавший здесь, вероятно, в сравнительно ограниченном количестве, в значительной части был зафиксирован в виде сульфидов металлами, присутствующими в высокоминерализованных хлоридных водах данной формации, в том числе свинцом и цинком. Все это определило ограниченные масштабы отложения самородной серы. Существенно, что Трускавецкое серопроявление является наиболее крупным среди известных в такого рода формациях.

Присутствие или отсутствие в разрезе исходной галогенной формации соляных пород не имеет принципиального значения для возможности серообразования, так как калийные и каменная соли подвергаются растворению уже на начальных стадиях гинергенеза, т. е. до процессов серообразования. Вместе с тем мощные соляные подразделения до своего растворения играют роль непроницаемой покрышки, препятствующей или сильно замедляющей продвижение гипергенных процессов в подстилающие отложения. Так, в Гаурдак-Кугитангском районе, где серообразование связано с верхнеюрской карбонатно-сульфатно-соляной формацией, серные залежи месторождения Гаурдак, образовавшиеся в ангидритовой толще, возникли лишь в тех участках, где растворение вышележащей соляной толщи уже полностью завершилось (см. рис. 57). Рассолонение сопровождается также концентрацией в разрезе формации ее менее растворимых компонентов, в том числе сульфатных (ангидрит, гипс), с возникновением образований типа кепрока, в которых в дальнейшем могут возникнуть серные залежи. Примером такого типа залежей являются крупнейшие месторождения серы в кепроках солянокупольных структур Примексиканской впадины (США, Мексика), где серные залежи развиваются в сульфатной зоне кепроков, вдоль ее контакта с вышележащей карбонатной. Связь основных месторождений и проявлений серы с определенными типами галогенных формаций отражена в табл. 72.

Исходные для серообразования сульфатоносные отложения имеют различный возраст. Так, в европейской части бывш. СССР такие формации в Среднем Поволжье являются пермскими, в Днепровско-Донецкой впадине — девонскими, в Прикарпатье — неогеновыми, на Кавказе — верхнеюрскими; в азиатской части бывш. СССР возраст таких формаций в Средней Азии верхнеюрский (Гаурдак) и палеогеновый (Шорсу, Чангырташ и др.), в Восточной Сибири серопроявления связаны с кембрийской и девонской галогенными формациями и т. д. В то же время все известные экзогенные месторождения серы по времени своего образования обычно относятся к концу неогена или даже к четвертичному периоду. Имеются месторождения, где серообразование продолжается в настоящее время (Шорсу, Гаурдак, Чангырташ, Труекавец и др.).

Изложенное подтверждает, что месторождения серы, хотя и связаны пространственно и гепетически с галогенными формациями, но являются гораздо более поздними образованиями, сопряженными с началом процессов гипергенеза.

По масштабам оруденения и качеству руд экзогенные серные месторождения различны. Наиболее высокосортные руды известны в кепроках солянокупольных структур Мексиканского побережья, на месторождениях Мишрак (Ирак), Прикарпатья (советского и польского), в основных залежах Гаурдака (F). Здесь среднее содержание серы составляет 25% или несколько выше. Значительно более низким качеством характеризуются руды некоторых других месторождений, как, например, Среднего Поволжья (в среднем 12—14% серы), Средней Азии (в среднем 14,4% серы). В составе руд этих месторождений присутствует значительное количество доломита (21,6—36,2%), а на месторождении Шорсу — и глинистого вещества.

Более низкое качество руд месторождений Среднего Поволжья, Шорсу и им подобных связано с минеральным составом исходных сульфатных или сульфатоносных подразделений. В то время как высокосортные руды (со средним содержанием серы около 25%) возникают за счет метасоматического замещения чисто сульфатных пород (ангидрита, гипса), руды более низкого качества образуются по сульфатоносным породам смешанного состава, например, доломит-сульфатным (месторождения Среднего Поволжья) или мергельно-сульфатным (месторождение Шорсу). Негалогенные составляющие (карбонаты, глинистое вещество и т. п.) не участвуют в химизме данных гипергенных преобразований и пассивно переходят в образующуюся руду, обусловливая соответственно более низкое ее качество.

Данное обстоятельство наглядно подтверждается также на примере Гаурдакского месторождения. Руды основной нижней залежи F, сформировавшейся за счет почти чистых ангидритовых пород, характеризуются устойчиво высоким содержанием серы (в среднем 25% и несколько более). В то же время руды части верхней залежи D, возникшие за счет сульфатной составляющей исходных карбопатно-сульфатных пород горизонта R, характеризуются в основном среднесортными рудами.

Следовательно, качество образующихся серных руд зависит от характера исходного разреза — наличия и распространения в массе сульфатов негалогенных составляющих: карбонатов, мергелей, глинистого вещества и т. п.

Неблагоприятным для серообразования показателем является обилие в формации красноцветных отложений, окраска которых обусловлена преобладанием окисных форм железа. Нужно иметь в виду, что такие месторождения, как, например, Шорсу и Чангырташ в Ферганском бассейне Средней Азии, возникли в первоначально красноцветных сульфатоносных мергелях. В зоне серообразования окраска их изменена с краской на зеленовато-серую («сизую»), что связано с переходом здесь окисных форм железа в закисные под воздействием сероводородных нефтяных вод. Поэтому появление среди красноцветов зон их обесцвечивания служит в какой-то мере показателем именно тех процессов, которым может сопутствовать серообразование. Полное же сохранение красноцветности указывает на отсутствие процессов сульфатредукции (и серообразования).

Все сказанное свидетельствует о том, что лишь при наличии в разрезах формации достаточно мощных и протяженных слоев сравнительно чистых ангидритов и гипсов, а также смежных с ними пластов карбонатных пород, могут возникнуть соответствующего размера залежи высокосортных серных руд.

Показательно, что все известные экзогенные месторождения серы бывш. СССР приурочены к группе карбонатно-галогенных формаций и сосредоточены главным образом в трех их типах: карбонатно-сульфатной (Прикарпатский бассейн), карбонатно-сульфатно-соляной (Гаурдак-Кугитангский район Средней Азии) и глинисто-карбонатно-сульфатной (Средневолжский бассейн). Именно эти три типа формаций являются и наиболее перспективными для экзогенных инфильтрационно-метасоматических месторождений серы.

Месторождения, связанные с вулканогенными (андезитовыми) формациями. К этой группе относятся все известные в СССР месторождения вулканогенной серы, развитые в областях молодого (N5—Q) вулканизма Тихоокеанского пояса — на Курилах и Камчатке, где они аналогичны месторождениям Японии. Образование серных месторождений сопряжено с гидротермальными процессами, обусловившими возникновение вторичных кварцитов (опалитов) и нахождение руд в зонах их развития.

Г.М. Власов с соавторами дает нижеприводимую классификацию вулканогенных месторождений серы.

Группа А — поверхностные месторождения, среди которых различаются три генетических типа: поверхностные отложения серы из газов и растворов, кратерно-озерные, серные потоки. Все месторождения этой группы по масштабам очень небольшие, запасы серы в них составляют от нескольких тысяч до сотен тысяч тонн и, возможно, до миллиона тонн (кратерно-озерный тип).

Группа Б — приповерхностные месторождения, сформировавшиеся на глубине до 250—300 м. Сюда относятся импрегнационно-метасоматические месторождения. Данный тип является наиболее перспективным среди вулканогенных месторождений. Запасы серы определяются сотнями тысяч и миллионами, а иногда и десятками миллионов тонн. К этому типу принадлежат все наиболее крупные из эксплуатирующихся месторождений Японии, многие месторождения Южной Америки и месторождения Камчатки и Курильских островов.

Рассматривая образование импрегнационно-метасоматических месторождений, Г.М. Власов дает большой перечень их особенностей, важных для понимания их генезиса и для дальнейших прогнозов. Приведем главнейшие из этих особенностей.

1. Метасоматичеекие серные залежи обычно приурочены к склонам и подножиям долгоживущих стратовулканов, располагающихся «над интрузиями», а также к межвулкапическим впадинам.

2. Серные залежи залегают на некоторой глубине от земной поверхности, причем нижняя граница распространения руд обычно но опускается ниже 300 м от ее положения в эпоху рудообразования.

3. Рудные тела находятся преимущественно в слоях пористых пирокластических пород на пересечении их разломами и трещинными зонами.

4. Часто присутствует несколько рудных горизонтов, соответствующих слоям рыхлых пиропластических пород, замещенных рудой.

5. В кровле (а иногда и в подошве) рудной залежи обычно лежат тонкослоистые пепловые туфы или потоки плотных лав.

6. Серные залежи окаймляются ореолом измененных пород с закономерной сменой по мере удаления от контура серных залежей состава пород (алунитизированных, каолинизированных, гидрослюдистых и т. д.).

7. Серные залежи сложены главным образом самородной серой, опалом (или мелкокристаллическим кварцем), сульфидами железа с тем или иным количеством алунита, каолинита, рутила (лейкоксепа).

8. У выходов серных залежей на поверхность обычно наблюдаются скальные обнажения крепких сильно пористых опаловых пород и микрокварцитов.

Г.М. Власов отмечает также, что в серных рудах хорошо сохраняются структуры и текстуры замещаемых пирокластических и вулканогенно-обломочных пород. Содержание самородной серы в массивных рудах колеблется в пределах 25—45%. Форма рудных залежей неправильная штоко-, линзо-, реже пласто- и трубообразная, причем они довольно быстро выклиниваются на глубину.





Яндекс.Метрика