04.03.2021

Зона окисления углеродистых сланцев - возможный источник металлов для гипергенного рудообразования


В описываемом районе углеродистые сланцы силурийского возраста представляют собой чередование углеродисто-глинистых и углеродистокремнистых прослоев. Они слагают два пласта, разделенных горизонтом доломитизированных известняков. Пачка углеродистых сланцев подстилается слюдисто-глинистыми сланцами ордовика и перекрыта известково-глинистыми сланцами и глинистыми известняками. Вся толща смята в крутые, уходящие на большие глубины складки и разорвана тектоническими нарушениями. В ней широко развиты послойные, изредка секущие залежи диабазов. Породы подверглись региональному метаморфизму и изменены до фации зеленых сланцев.

Вся толща в целом слагает средний структурный этаж и залегает на протерозойском кристаллическом фундаменте. Породы верхнего (платформенного) структурного этажа, сохранившиеся на большей части территории от последующих размывов, представлены песчано-глинистыми и частично карбонатными и гипсоносными отложениями позднепермского, третичного и четвертичного возраста.

Основные разрывные нарушения в районе — это региональные зоны разломов северо-западного простирания.

Наиболее сильно выраженный в районе исследований варисцийский тектоно-магматический цикл проявился в существовании трех интрузивных комплексов: доскладчатого (диабазы), соскладчатого (позднеорогенные граниты раннекарбонового возраста) и послескладчатого (верхнекарбоновые — нижнепермские граниты и их дайки). К альпийскому циклу относятся третичные базальты.

Углеродистые сланцы представляют собой тонкозернистую слоистую породу черного цвета, сложенную кварцем (~55%), хлоритом (~12%), серицитом (—12%), тонкорассеянным органическим веществом (10% Cорг) и пиритом (3—8%). Иногда встречаются карбонаты (—2%), а отдельные прослои обогащены конкрециями фосфоритов.

Характерной особенностью углеродистых сланцев является высокое содержание органического углерода (примерно в 10 раз превышающее кларк глин и сланцев), серы, фосфора и целого ряда микроэлементов. В 7—10 раз превышают кларк содержания серебра, молибдена, мышьяка, урана, ванадия, цезия, в 1,5—3 раза — меди, хрома, иттрия, никеля, свинца, цинка, ниобия. В 5 раз меньше кларка содержания марганца и натрия.

В целом углеродистые сланцы обладают весьма высокой восстановительной емкостью (AEh = 95—105 мВ) и в среднем слабокислой реакцией водной суспензии (pH = 6) с резкими колебаниями в отдельных случаях от сильнокислой (рН = 2,3) до щелочной (рН = 8,3). Последнее объясняется, с одной строны, присутствием в породе большого количества пирита, при частичном окислении которого в зоне гипергенеза образуется серная кислота, а с другой — проявившимся на отдельных участках процессом карбонатизации.

В раннепермскую эпоху, до того как началось накопление осадков верхнего структурного этажа, толща испытала продолжительный гипергенез в условиях аридного и семиаридного климата. Воздымание пенеплена привело к развитию мощных площадной и пластовой зон окисления вдоль горизонтов проницаемых и трещиноватых пород (известняков и диабазов), а также зоны тектонических нарушений, которая достигла глубины 1000—1200 м от современной поверхности.

Гипергенные изменения в этой пачке пород несут черты сернокислого выветривания, проявившегося в покраснении пород за счет развития окислов железа при окислении пирита и в осветлении пород за счет окисления органического вещества (OB). При этом широко развивались процессы гидрослюдизации, а в наиболее измененных участках — каолинизации пород.

В силурийских углеродистых сланцах в связи с присутствием в них большого количества восстановительных субстанций (по сравнению с другими породами) и незначительной трещиноватостью эти изменения проявились в меньшей степени. Нередко они сохраняют черный цвет даже вблизи поверхности в окружении осветленных и сильно гематитизированных пород. Однако чаще углеродистые сланцы также, хотя и в меньшей степени, чем другие породы, заключают в себе следы интенсивного окисления. Цвет их изменился от черного до буровато-серого, а в более редких случаях до красно-бурого.

Вдоль крупных разломов интенсивное осветление и гематитизация черных сланцев иногда прослеживаются до глубин более 400 м от поверхности. На гораздо большую глубину прослеживаются слабые гипергенные изменения углеродистых сланцев, выраженные в частичном или полном окислении пирита и развитии окислов железа по трещинам. Эти гипергенные изменения были обусловлены воздействием на породы кислородсодержащих поверхностных вод, обогащенных серной кислотой, которая образовалась при окислении большого количества пирита, содержащегося в углеродистых сланцах. Кислый характер этих вод обусловил выщелачивание из пород многих породообразующих компонентов.

В отдельных случаях на участках, расположенных ниже зоны интенсивного покраснения, гипергенные изменения привели к значительному осветлению пород вследствие окисления OB. При этом отмечается незначительное развитие окислов железа и сохранение свежего пирита. Эти изменения обычно прослеживаются вдоль разрывных нарушений и ка участках повышенной трещиноватости. В интенсивно измененных сланцах наблюдается большое количество гидрослюды, а в наиболее затронутых гипергенными процессами разностях — новообразования каолинита. Обычно в этих породах сохраняются конкреции и метакристаллы древнего пирита, а также отмечаются микропрожилки и тонкая вкрапленность новообразованного пирита.

Подобная направленность изменений может быть связана с действием тех растворов, которые уже израсходовали кислород на окисление OB и сульфидов, но обогатились при этом серной кислотой. Кислые растворы разрушали и интенсивно выщелачивали вмещающие породы. При взаимодействии свободной серной кислоты с OB невыветрелых пород происходило образование углекислого газа. При этом породы осветлялись, а сульфат-ион восстанавливался при активном участии микроорганизмов с осаждением сульфидов.

Таким образом, на участках особо интенсивного развития процессов гипергенеза сформировалась своеобразная геохимическая зональность. В первой, верхней геохимической зоне (полного окисления), имеющей вертикальную мощность 30—150 м, породы, в том числе часто и углеродистые сланцы, приобретают бурый и красно-бурый цвет. В результате интенсификации процессов химического выветривания происходит интенсивный вынос из углеродистых сланцев многих металлов, находившихся в резко повышенных по сравнению с кларком концентрациях, а именно меди, кобальта, никеля, молибдена, серебра, урана (таблица).


Во второй геохимической зоне (частичного окисления и цементации), которая характеризуется переходом от окисленных пород к неокисленным или частым их переслаиванием и имеет вертикальную мощность 300—400 м, углеродистые сланцы, как правило, сохраняют черный цвет. При этом они нередко контактируют с интенсивно окисленными (гематитизированными. или осветленными) породами. Фоновые содержания большинства микроэлементов в них несколько понижены. Однако вблизи границ зон окисления, а также на некотором расстоянии от них в основном в породах, вмещающих углеродистые сланцы (реже в самих углеродистых сланцах), возникают локальные концентрации многих металлов—молибдена, серебра, меди, кобальта, никеля и других, в некоторых случаях достигающие 50—100 и более кларков.

Третья геохимическая зона представлена неизмененными породами.

Таким образом, находящиеся в первой геохимической зоне гипергенного окисления углеродистые сланцы отдают с каждого кубометра породы в гипергенные растворы в среднем 1250 г ванадия, 1050 г никеля, 570 г меди, 100 г молибдена, 88 г урана, 75 г мышьяка, 60 г сурьмы, 50 г кобальта, 10 г серебра.

Металлы, вынесенные поверхностными водами из углеродистых сланцев, по тектонически ослабленным зонам и трещиноватым породам переносились в более глубокие горизонты толщи и отлагались там на восстановительных и кислотно-щелочных геохимических барьерах вблизи выклинивания зон окисления или на некотором отдалении от них.

Наиболее мощные геохимические барьеры формировались в определенной пространственной связи с углеродистыми сланцами силура, обогащенными в несколько раз по сравнению с другими породами компонентами, которые обладают восстановительными свойствами, — OB и пиритом. При этом в трещинных и поровых водах пород, контактирующих с углеродистыми сланцами, благодаря влиянию последних (миграция из них органических субстанций и ионов серы) развивается ореол резко восстановительной обстановки. В то же время повышенная щелочность, характерная для среды вмещающих углеродистые сланцы пород — известняков, известково-алевритистых сланцев и особенно диабазов, способствует нейтрализации кислых, проникающих из зоны окисления растворов и отложению восстановленных металлов — свинца, цинка, молибдена, кобальта, никеля и др. Наиболее глубоко и интенсивно эти процессы обычно развивались вдоль тектонически сорванного контакта углеродистых сланцев и известково-алевритистых сланцев. Здесь в условиях смены кислой среды на щелочную отмечаются наиболее интенсивные проявления процессов минерализации.

Учитывая, что процессами гипергенеза были на довольно ограниченной площади затронуты многие кубические километры углеродистых сланцев, можно думать, что сотни тысяч и миллионы тонн металлов были переведены в гипергенные растворы, переместились в более глубокие горизонты толщи и могли отложиться на восстановительном и кислотнощелочном геохимических барьерах, возникших на контактах контрастных по физико-химическим свойствам пород этой пачки.





Яндекс.Метрика