Топографический и структурный контроль латеритных месторождений

Влияние структуры, особенностей геоморфологического развития и топографии на распространение руд пока еще недостаточно задокументировано, чтобы базирующаяся на этом материале генетическая гипотеза могла выдержать серьезную проверку. Однако развиваемая ниже теория, по-видимому, находится в качественном соответствии с большинством наблюдаемых фактов.

Построение детальной структурной модели формирования профиля. Рис. 16 иллюстрирует идеализированную модель развития профиля выветривания. Последняя представляет собой дальнейшее развитие широко бытующего представления, согласно которому скорость формирования латерита зависит от густоты расположения трещин отдельности. На этом рисунке изображена зона с близко расположенными (5 см) трещинами, разделяющая зоны очень крупных блоков с расстоянием между трещинами 80 см. На этих блоках образуются сапролитовые корки, мощность которых вниз от границы сапролит — лимонит (линия AA') экспоненциально уменьшается. Скорость роста сапролитовых корок можно считать независимой от размера блоков и обусловленной только скоростью выщелачивания пород инфильтрационными трещинными растворами. Отсюда неизбежно следует, что блоки меньшего размера перерабатываются быстрее, так что граница лимонит — сапролит образует депрессию над зоной сближенных трещин. Вследствие усадки лимонитов под нагрузкой перекрывающих пород в таких местах должно происходить прогибание дневной поверхности, а возникающие депрессии будут заполняться лимонитами, сползающими с участков, расположенных над зонами более редкой трещиноватости (показано стрелкой).

Рассматриваемую модель можно выразить количественно следующим образом: пусть t(r) — толщина сапролитовой каймы на глубине r, отсчитанной от самой высокой точки рельефа коренных пород; d — длина ребра наименьшего блока породы, ограниченного трещинами; Md — длина ребра наибольшего блока, ограниченного трещинами; R — общее местное превышение рельефа границы между сапролитом и лимонитом, равное r на участках с наименьшими блоками между трещинами; при этом t ниже уровня r = 0 с глубиной экспоненциально уменьшается:

где Л — константа. Судя по скорости экспоненциального увеличения содержания Mg с глубиной на рис. 13, X равна примерно 3 м. Из рис. 16 следует:

Под влиянием собственного веса лимонитовые зоны обычно спрессовываются примерно на одну треть того объема породы, за счет которого они образовались. Из рис. 16 видно, что таким образом создается пространство, допускающее перемещение толщи лимонита мощностью R' метров путем латерального оползания с возвышенных частей поверхности коренных пород в сторону относительных понижений. Видно, что R' составляет одну треть относительного превышения R границы лимонит — сапролит на данном участке.

Исследование баланса вещества профилей на участке Бонсора, месторождение Сороако, показало, что отклонение содержаний Ni и Co в профилях от расчетных значений можно объяснить латеральным поступлением или сносом не более 5 м толщи поверхностного лимонита, т. е. в данном случае R' = 5, a R = 15 м. Отсюда М, рассчитанное как 2R/Л равно 32. Минимальное расстояние между трещинами, обычно наблюдаемое для месторождения Сороако, составляет примерно 5 см, а потому ожидаемый максимальный поперечный размер блоков должен быть равен приблизительно 1,6 м. Эта величина качественно согласуется с вариациями наблюдаемых размеров межтрещинных блоков на руднике.

Из предложенной модели также следует, что количество и содержание никеля, накопленного в сапролите, будут максимальными в зонах со сближенными трещинами — как вследствие прямого выщелачивания большей доли породы, так и благодаря латеральному привносу никеля — по двум причинам. Во-первых, ограниченная циркуляция в зонах с редкими трещинами обусловливает высокое местное положение уровня грунтовых вод и вызывает латеральный перенос никеля раствором в сторону зон, где выветривание проникло на большую глубину. Во-вторых, самоусадка лимонита вызывает оползание лимонитов с возвышенностей в понижения рельефа над зоной тесно сближенных трещин и в результате увеличивается суммарное количество никеля над интенсивно трещиноватой зоной.

Аналогичные рассуждения приложимы и к случаям повышенной концентрации никеля в тектонических брекчиях или зонах дробления по сравнению с блоками между обычными трещинами отдельности. Приуроченность богатых руд к брекчиям или зонам дробления — хорошо известная особенность индонезийских и новокаледонских месторождений. Вместе с тем существует оптимальная степень трещиноватости. Например, песчаники и конгломераты молассового типа, сформированные за счет разрушения ультраосновных пород, часто встречаются на островах Сулавеси, Индонезия, и Нонок, Филиппины, но они редко бывают обогащены никелем. Вполне вероятно, что коллоидальный цемент этих осадочных пород препятствует циркуляции растворов и тормозит формирование рудоносных зон. Чрезвычайно обильное поступление поверхностных вод может привести к силицификации, столь обычной в некоторых зонах трещиноватости или в зальбандах отдельных хорошо разработанных трещин.

В качестве возможного продолжения процесса развития профиля, изображенного на рис. 16, можно предположить эрозионный размыв его верхней части, при котором сохранятся только сильно обогащенные никелем корни зон в сапролите, которые будут разрастаться при дальнейшем выщелачивании лимонита второй генерации. Крупные межтрещинные блоки могут выходить на поверхность в виде останцов. Прекрасным примером такого рода служит Южное плато Новой Каледонии, покрытое горизонтом лимонитов мощностью 30 м, прерываемым скалистыми гребнями высотой около 300 м, сложенными практически невыветрелыми гарцбургитами с редкой системой трещин отдельности.

Валуны, оказавшиеся около дневной поверхности, но еще подвергающиеся интенсивному выщелачиванию, могут псевдоморфно замещаться феррикретом редкого типа, который сложен заместившим ультраосновные породы гётитом с совершенной сотовой структурой. Наиболее известные примеры описаны Милло для района Конакри в Гвинее, но валуны подобного сложения встречаются также в районе Сороако в Индонезии.

Топографический контроль. Зоны самого сильного обогащения никелем в латеритах предпочтительно локализуются в определенных участках рельефа — как правило у подножия холмов или по краям плато и террас. В деталях топографический контроль чрезвычайно специфичен для различных районов развития латеритов. Особенно непостоянна относительная интенсивность поверхностной эрозии. В одних районах зоны неперемещенных лимонитов редки из-за того, что полностью смыты, но в других — размыв, во всяком случае современный, оказывался минимальным, так что на поверхности можно видеть только феррикрет или лимонит. На площади развития большинства крупных офиолитовых поясов отмечаются многоуровневые плато и террасы. Это справедливо для Южного массива Новой Каледонии и Озерного округа, включая месторождение Сороако, на Сулавеси. Террасы нескольких уровней описаны Холдеманном и др. для Доминиканской Республики, Линченатом и Широковой для северо-восточной Кубы, Бургером для округа Гринвейл в Квинсленде. Во всех перечисленных районах наблюдается тенденция более интенсивного обогащения никелем верхних террас. Наиболее отчетливо это проявлено в Новой Каледонии и Гринвейле. Залежи месторождения Лa-Глория в районе Эль-Эстор, Гватемала, расположены на террасах, однако они скорее представляют собой ступенчато сброшенные края ныне сильно эродированной поверхности плато, чем отвечают последовательным стадиям эрозии. Большинство месторождений Бразилии и месторождения округа Рокгемптон в Квинсленде, Австралия, напротив, оказываются приуроченными к эрозионным останцам единой древней поверхности выравнивания. Месторождения Сипилу и Мойянго, Берег Слоновой Кости, расположены у подножия низких холмов, возвышающихся над глубоко латеритизированной, частично расчлененной поверхностью.

Модель формирования профиля выветривания, учитывающая развитие рельефа, схематически изображена на рис. 17. Она может служить основой для дальнейшей разработки проблемы и содержит предположения о причинах широкого многообразия типов топографического контроля в различных районах.

На рис. 17 показаны три главные тенденции развития профилей. В первых двух вариантах в тот период, когда выщелачивание начинает опережать эрозию, уровень грунтовых вод находится значительно ниже дневной поверхности. Возникает и разрастается сапролитовая зона (I стадия), которая ко II стадии достигает мощности, соответствующей стационарному состоянию процесса. В первом варианте такое состояние может продолжаться до третьей стадии, когда сапролитовая зона углубляется вплоть до уровня грунтовых вод и там останавливается; в условиях застойных вод в основании такого профиля развивается нонтронитовая зона, а возможно, и ячеистое окремнение. В конечном итоге возникает мощный горизонт лимонитов, перекрывающий маломощную зону нонтронитового сапролита; подобная картина наблюдается для профилей под многими феррикретовыми плато юга Новой Каледонии и на месторождениях Берега Слоновой Кости. Четвертая стадия заключается в размыве лимонита на гребнях сапролитовой зоны, после чего остаются невысокие холмы, сложенные богатым нонтронитовым сапролитом, а в окружающих долинах — слабо развитая лимонитизация. Подобная ситуация встречалась на разработках богатых месторождений Помалаа, а также, возможно, в районе Торобулу на острове Сулавеси, Индонезия. На III и IV стадиях скорость формирования латерита сильно замедляется, а при повышении уровня грунтовых вод латеритизация и вовсе останавливается. Такое сочетание условий характерно для южного плато Новой Каледонии: средние скорости продвижения выщелачивания на глубину, рассчитанные Трескасесом по химическому составу воды и речному стоку, в 10 раз меньше скоростей, установленных в зонах коры выветривания на возвышенных плато и их склонах. Сапролитовые зоны в таких районах, особенно в Плэн-де-Лак, оказываются расположенными значительно ниже уровня грунтовых вод.

История развития процессов для первого и второго вариантов одинакова до второй стадии включительно. Между II и III стадиями рассмотренная выше последовательность во втором варианте нарушается обновлением рельефа, понижающим базис эрозии и уровень грунтовых вод, а также вызывающим частичный размыв лимонита и сапролита, что ведет к избыточному накоплению никеля в корнях сапролитовых зон. Возобновление стационарной мощности сапролитовой зоны должно привести к новой третьей стадии, в течение которой происходит образование мощного лимонитового профиля с корневыми зонами сапролитов, чрезвычайно обогащенными никелем. Подобная ситуация обычно наблюдается вокруг кромки феррикретовых плато в Новой Каледонии и на террасах района Сороако в центральной части острова Сулавеси. Очевидно, что дальнейшее омоложение рельефа может привести к образованию многоуровневых террас и к многостадийному разрастанию корневых зон. Вероятно, в этом заключается причина возникновения богатых месторождений северной и центральной частей Новой Каледонии, которые обычно располагаются вокруг возвышенных предгорий или останцов эродированных плато.

Если для вариантов 1 и 2 характерно глубокое положение уровня грунтовых вод и первоначально изрезанный рельеф, то для третьего варианта событий (рис. 17) характерен первоначально плоский рельеф (возможно, эрозионный педимент, или дно долины, или внутренняя часть плато) с неглубоким уровнем грунтовых вод. Развитие сапролита сначала ограничивается высоким положением уровня грунтовых вод, что обусловливает латеральный вынос большой части Ni, Co и Fe, а из-за низкого значения pH в растворах малых глубин по серпентину развивается ячеистое окремнение. Постепенное понижение базиса эрозии ведет к новой, второй стадии развития профиля. Впоследствии образование уступов или узких ущелий, врезающихся в края зоны ячеистого окремнения, приводит к третьей стадии развития профиля. По мере снижения базиса эрозии и уровня грунтовых вод профиль выветривания восстанавливается до стационарного состояния, а под краями шляпы ячеистого окремнения и около них происходит интенсивное обогащение. Если зона окремнения эродируется, то может возникнуть та же ситуация, что в вариантах 1 и 2.

Признаки латеритных профилей третьего варианта развития установлены на ультраосновных массивах в восточной части Квинсленда (Саут-Слопэвей, округ Мальборо) и по всему Бразильскому щиту (Либердаде и Moppyду-Никель в штате Минас-Жерайс и Барру-Альту в штате Гояс).

Месторождения с профилями первого и второго вариантов развития, как правило, формируются в горных массивах в поздние стадии размыва складчатых поясов альпийского или внешне-островодужного типа после их воздымания. Столовые горы с ячеисто-кремнистыми шляпами (третий вариант развития) встречаются на расчлененных континентальных пенепленах.

Вероятно, есть исключения. На месторождении Гринвейл в Квинсленде развиты многоуровневые террасы, которые характерны для никелевых латеритов островных дуг, а здесь они образованы внутри континента на протерозойских ультрамафитах. С другой стороны, многочисленные зоны силицификации, описанные Бургером в рудах верхней террасы, служат, возможно, указанием на то, что и эти месторождения первоначально развивались по третьему варианту. Месторождение Ридл в штате Орегон, хотя и расположено в орогенной зоне альпийского типа, находится на приподнятом останце миоценового плато. Оно представлено сапролитовой залежью, удивительно богатой кварцем, причем главная зона ячеистого окремнения здесь приурочена к уровню грунтовых вод.

Рассмотренные выше предполагаемые типичные варианты истории развития латеритов представляют собой обобщения, помогающие интерпретировать особенности большинства латеритных месторождений. Однако особенности какого-нибудь отдельно взятого месторождения могут быть результатом более сложного развития. Примером подобного рода является рудопроявление Бролга в штате Квинсленд, Австралия. Оно залегает на тектонически опущенных блоках по южному краю массива палеозойских альпинотипных перидотитов, к которым дальше к северу приурочены залежи типа столовых гор с зоной ячеистого окремнения округа Мальборо. В отличие от большинства месторождений в данном округе опускание блоков по сбросам ослабило на нем эффект эрозии, которая развивалась в связи с омоложением рельефа. Месторождение залегает на небольшом (1,5 км в диаметре) округлом холме, возвышающемся примерно на 70 м над окружающей аллювиальной долиной.

Как указывалось ранее, на центральном плато развит лимонит-нонтронит-сапролитовый профиль по серпентинизированным гарцбургитам, а вокруг него выявлены сильно эродированные профили, состоящие из ячеистого окремнения в сапролитовой зоне.

Разрез восточного края этой возвышенности (рис. 18) иллюстрирует влияние рельефа на накопление никеля, который часто встречается здесь и в других местах. Размыв выпуклой верхней части склона холма уменьшил здесь количество никеля, тогда как относительно более сильное его накопление происходило на вершине и под вогнутой нижней частью того же склона. Положение дневной поверхности для времени, предшествующего латеритизации, рассчитано по массе накопившегося никеля.

Сапролитовая зона в нижней вогнутой части склона чрезвычайно сильно окремнена, причем современный уровень грунтовых вод находится в пределах зоны никелевого обогащения. По мнению автора, рельеф месторождения подобного типа в случае омоложения будет постепенно становиться обращенным, причем зоны окремнения будут образовывать холмы, окружающие низменность, возникшую за счет совершенно размытого современного центрального плато. Если такое омоложение происходит достаточно медленно, то обогащенные никелем участки по краям современного плато не размываются, а концентрация никеля в них может даже увеличиться. С другой стороны, на окраинах возвышенностей с ячеистым окремнением, которые возникнут на месте современных низменностей, обогащение никелем может оказаться сравнительно небольшим.

Месторождение Бролга, вероятно, является прототипом месторождений типа относительно глубоко эродированных кремнистых столовых гор, встречающихся в Бразилии и Квинсленде. Наследование участков никелевого обогащения, связанных с ранее существовавшими особенностями рельефа, полностью уничтоженными при его омоложении, может объяснить тот факт, что на некоторых таких месторождениях положение обогащенных никелем участков не связано с какими-либо отчетливо различными особенностями рельефа.