s
Доцент Морозов Михаил Владимирович: официальный сайт

Михаил Владимирович Морозов:
персональный сайт

А Г Д К Л М П Р С Т У Х Я

Литохимические методы поисков по вторичным ореолам и потокам рассеяния [2: потоки рассеяния, заключение]


Литохимические методы поисков по вторичным ореолам и потокам рассеяния [стр. 19-26]

Литохимические потоки рассеяния месторождений, развивающиеся в пролювиальных и аллювиальных отложениях временной или постоянной гидросети, по фазовому состоянию мигрирующего вещества также могут быть разделены на механические и солевые, а по доступности обнаружения - на открытые и закрытые. Наиболее важное поисковое значение имеют открытые потоки рассеяния, развивающиеся в отложениях современной гидросети горных районов.

В открытой гидросети активно денудируемых районов месторождения большинства рудных элементов образуют механические потоки рассеяния. Солевые потоки рассеяния в современной гидросети можно обнаружить в ландшафтно-геохимических условиях, характеризующихся развитием закрытых, в частности выщелоченных с поверхности, вторичных ореолов рассеяния и скрытых рудных тел. Погребенные механические и тем более солевые потоки рассеяния, развитые в отложениях палеогидросети, в связи с трудностями их интерпретации имеют ограниченное поисковое значение.

Содержание металла в потоке рассеяния в решающей степени зависит от положения рудных тел, их первичных и вторичных ореолов рассеяния в местном бассейне денудации. Крупные месторождения, выведенные на уровень денудационного среза, в благоприятных условиях образуют литохимические потоки рассеяния протяженностью до нескольких километров.

Рассмотренные основные типы вторичных ореолов и потоков рассеяния могут иметь различные особенности, определяющиеся местными ландшафтно-геохимическими условиями. То или иное влияние могут оказать характер почвообразовательных процессов, глубина залегания грунтовых вод, наличие устойчивой мерзлоты и, в частности, явлений солифлюкций, характер вмещающих пород, структурные особенности и вещественный состав полезных ископаемых. Однако решающее значение имеют генезис и мощность рыхлого покрова, скорость современной денудации, характер современных и палеоклиматических условий, определяющих индивидуальные особенности миграции элементов.

Миграция элементов в зоне гипергенеза, направленная к рассеянию и постепенной ликвидации ранее образованных концентраций химических элементов, одновременно вызывает возникновение вторичных аккумуляции этих элементов. Вторичная аккумуляция может привести к образованию промышленных месторождений - современных и древних россыпей, месторождений, связанных с корой выветривания, зонами вторичного сульфидного обогащения и т. п. Однако чаще вторичные аккумуляции элементов в зоне гипергенеза представляют собой безрудные аномалии, возникающие при наличии так называемых геохимических барьеров, которые резко изменяют условия миграции элементов.

Формирование вторичных литохимических ореолов рассеяния во многом обусловлено физико-химическими особенностями природных вод, определяющими среду миграции рудных элементов в почвах, корах выветривания, водоносных горизонтах. Основное значение при этом имеют окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия вод. Выделяются три типа окислительно-восстановительных условий: окислительные, восстановительные глеевые и восстановительные сероводородные. Они широко распространены в природе и часто сменяют друг друга в пределах почвенного слоя, коры выветривания, водоносного горизонта, формируя окислительно-восстановительную зональность.

Для окислительной обстановки характерно присутствие в водах свободного кислорода или других сильных окислителей. Железо, марганец, медь, ванадий, сера и ряд других элементов находятся в высоких степенях окисления (Fe3+, Mn4+, Cu2+ и т. д.). Для почв и отложений окислительного ряда характерна красная, бурая и желтая окраска.

В восстановительной обстановке без сероводорода (глеевой) воды не содержат кислорода и других сильных окислителей. Глеевые воды обычно имеют CO2 и растворимые органические соединения. Железо и марганец в этих условиях находятся в восстановительном состоянии (Fe2+, Мn2+) и ведут себя как другие двухвалентные металлы - кальций, магний и т. д. Почвы и породы имеют сизую,, зеленую, голубоватую, белесую и пятнистую окраску. Восстановительная сероводородная обстановка характерна для многих илов и водоносных горизонтов. Породы в этом случае имеют черную окраску, содержат пирит и другие сульфиды.

Хотя в условиях глеевой и сероводородной обстановок воды не содержат свободного кислорода и являются восстановительными, в геохимическом отношении эти обстановки противоположны друг другу - глеевая среда благоприятна для водной миграции многих металлов, а сероводородная неблагоприятна (в связи с образованием нерастворимых сульфидов). Величины Eh при этом могут быть одинаковыми.

Многие элементы, образующие катионы (железо, медь, никель, кобальт), легко мигрируют в кислых водах и слабее в щелочных. Неметаллы и металлы, образующие анионы, напротив, лучше мигрируют в щелочных водах. Некоторые элементы в зависимости от степени окисления и pH могут быть и в катионной и анионной форме (цинк, алюминий, уран, молибден). Наконец, миграция ряда элементов практически не зависит от pH в водах любого состава (натрий, хлор).

По кислотно-щелочным условиям воды разделяются на четыре основные группы: сильнокислые, кислые и слабокислые, нейтральные и слабощелочные, сильнощелочные.

К сильнокислым относятся воды с pH<3. Такая кислотность обычно обусловлена окислением пирита и других сульфидов, а также элементарной серы, приводящим к образованию свободной серной кислоты. В сернокислых водах легко мигрируют большинство металлов, в том числе железо, алюминий, медь и цинк. Сильнокислые воды особенно характерны для окисляющихся сульфидных месторождений, зон окисления пиритоносных глин и сланцев.

Кислыми и слабокислыми являются воды с pH от 3 до 6,5, их кислотность обусловлена процессами разложения органических веществ и поступлением в воды угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот. Если в почвах или породах мало катионов, то кислотность не может быть полностью нейтрализована и в системе господствует кислая среда. В таких водах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Кислые и слабокислые воды широко распространены в гумидных лесных и болотных ландшафтах (тундра, тайга, широколиственные леса, влажные тропики и субтропики).

Нейтральные и слабощелочные воды имеют pH 6,5-8,5, их реакция определяется чаще всего отношением бикарбоната кальция к его карбонату или же бикарбоната к CO2. Эта обстановка менее благоприятна для водной миграции большинства металлов, которые здесь осаждаются в форме нерастворимых гидроокислов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы, напротив, мигрируют сравнительно легко (кремний, германий, мышьяк, ванадий, уран, молибден). Рассматриваемые воды особенно характерны для аридных ландшафтов. Такой состав имеют также подземные воды известняков и изверженных пород. При разложении органических веществ здесь тоже образуются угольная и органические кислоты, но они полностью нейтрализуются CaCO3 и другими минералами кальция, а также минералами магния, натрия, калия.

Сильнощелочные воды с pH>8,5 обычно обязаны своей реакцией присутствию соды (KHCO3, реже Na2CO3). Они характерны для лесостепных ландшафтов, установлены в глубоких горизонтах артезианских бассейнов. Многие металлы в этих условиях почти не мигрируют, как, например, кальций, стронций, барий, железо. Напротив, кремний, молибден, германий, селен и другие анионогенные элементы мигрируют интенсивно. Особенность содовых вод состоит в том, что некоторые металлы ведут себя в них как анионогенные элементы, входя в состав различных подвижных анионов. Медь, например, входит в состав аниона [(Cu(CO3)22-]. а алюминий - аниона AlO21-. Скандий, иттрий, цирконий, малоподвижные в слабокислых и слабощелочных водах, образуют здесь растворимые карбонатные комплексы.

Каждая обстановка водной миграции характеризуется определенным сочетанием окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, как это показано в табл. 2.

Таблица 2
Основные геохимические классы вод и эпигенетических процессов

Щелочно-кислотные условия почв Окислительно-восстановительные условия вод
кислородные глеевые сероводородные
Сильнокислые (pH < 3)
Сильнокислый окислительный
Сильнокислый глеевый
Сильнокислый сероводородный
Кислые и слабокислые (pH З-6,5) Кислый окислительный Кислый глеевый Кислый сероводородный
Нейтральные и щелочные (pH 6,5-8,5) Нейтральный и щелочной окислительный Нейтральный и щелочной глеевый Нейтральный и щелочной сероводородный
Сильнощелочные (содовые) (pH > 8,5) Содовый окислительный Содовый глеевый Содовый сероводородный

Важная геохимическая особенность зоны гипергенеза состоит в формировании в ней зон выщелачивания в результате действия вод на горные породы и почвы. Зоны выщелачивания особенно характерны для почв, кор выветривания и водоносных горизонтов. Мощность зон выщелачивания подвержена значительным колебаниям: в почвах она измеряется обычно только десятками сантиметров, в коре выветривания - уже многими метрами, а в водоносных горизонтах - сотнями метров и даже километрами. Однако геохимическая направленность процессов в разных природных системах нередко остается неизменной или же близкой.

Изучение зон выщелачивания имеет большое значение для направления и интерпретации результатов геохимических поисков рудных месторождений, так как в условиях сглаженного рельефа с этими зонами связано ослабление вторичных ореолов рассеяния месторождений. Для формирования зон выщелачивания главное значение имеют окислительно-восстановительные условия вод. Выделяются три основных типа зон выщелачивания: 1) зона окислительного выщелачивания, 2) зона глеевого выщелачивания, 3) зона сероводородного выщелачивания.

В каждом типе выделяются зоны сильнокислого, кислого и слабокислого, нейтрального и слабощелочного и, наконец, содового выщелачивания. С учетом минерализации вод получаются разновидности зон выщелачивания, соответствующие основным геохимическим классам вод.

Как уже отмечалось, важное значение в формировании геохимических аномалий в зоне гипергенеза имеют геохимические барьеры - участки земной коры, где на коротком расстоянии резко уменьшается интенсивность миграции химических элементов и, как следствие, происходит их концентрация. Геологические условия формирования барьеров очень разнообразны, но их геохимическая направленность в самых различных частях земной коры нередко одинакова.

Выделяются четыре основных тина геохимических барьеров - механические, физико-химические, биогеохимические и техногенные. Наиболее изученными и практически наиболее важными являются механические в физико-химические барьеры, которые в свою очередь разделяются на ряд классов (см. прил. 6). В местах, где восстановительная обстановка (глеевая и сероводородная) сменяется окислительной, формируется кислородный барьер (A), при смене окислительной обстановки на восстановительную - сероводородный (B) или глеевый (C). При резком увеличении pH, например при встрече кислых вод с известняками и другими карбонатными породами, возникает щелочной барьер (D). Подобный барьер характерен для участков окисляющихся сульфидных месторождений с аккумуляцией малахита, азурита, церуссита и других карбонатов. При уменьшении pH возникают кислые барьеры (E). Барьеры, таким образом, классифицируются по агенту, приводящему к концентрации элементов (окисление, восстановление и т. д.). С этих позиций выделяются также испарительный (F), сорбционный (G), термодинамический (H), гравитационный (механический) и прочие барьеры.

Многие геохимические барьеры можно выделить непосредственно в полевых условиях. Так, кислородный барьер выделяется по признакам эпигенетического ожелезнения (ржавые пятна гидроокислов железа) и омарганцеванию (черные примазки минералов марганца), восстановительный глеевый - по признакам эпигенетического оглеения (сизая окраска горизонтов за счет двухвалентного железа), щелочной карбонатный - по границе распространения горных пород, вскипающих от действия на них соляной кислоты, сорбционный барьер - по контакту пород и почвенных горизонтов различного механического состава: более дисперсный материал выступает в роли сорбента целого ряда элементов (медь, цинк, свинец и др.), испарительный - по солевым коркам, гипсу, выцветам легкорастворимых солей на стенках горных выработок и другим солевым аккумуляциям.

Концентрация элементов на физико-химических барьерах зависит, с одной стороны, от класса барьера, а с другой, - от состава вод, поступающих к нему. На сочетании этих двух факторов построена систематика геохимических барьеров, приведенная в прил. 6. Каждый вид геохимического барьера обозначается индексом, включающим его символ и класс вод, поступающих к барьеру.

Описываемая систематика геохимических барьеров построена по матричному принципу, который позволяет прогнозировать выявления новых их типов, еще не установленных в природе. Так, в прил. 6 показано 86 видов барьеров и некоторые из них, например C4, B6, E7, пока не установлены.

В природных условиях нередко происходит совмещение различных геохимических процессов (как в пространстве, так и во времени). В связи с этим выделяются комплексные барьеры, образующиеся в результате наложения двух или нескольких взаимосвязанных геохимических процессов. Например, выпадение гелей гидроокислов железа и марганца на кислородном барьере приводит к сорбции ими химических элементов, т. е. здесь возникает комплексный кислородно-сорбционный барьер (A-G).

Особым классом геохимических барьеров являются двусторонние барьеры, формирующиеся при движении вод различного геохимического состава к барьеру с разных сторон. На таком барьере происходит осаждение разнородной ассоциации химических элементов, примером такого барьера является двусторонний кислый и щелочной барьер E3-D2.

Различаются латеральные барьеры, образующиеся при движении вод в субгоризонтальном направлении, например в болоте у подножья горного склона, и радиальные (вертикальные) барьеры, формирующиеся при вертикальной (снизу вверх или сверху вниз) миграции растворов в пределах почвенного профиля или толщи горных пород. В конкретных природных условиях происходит иногда совмещение различных типов барьера.

Аккумуляции на кислородных барьерах возникают при контакте глеевых или сероводородных вод с водами, характеризующимися кислородной обстановкой. Особенно широко распространен барьер A6, который встречается почти повсеместно в ландшафтах с влажным климатом. В геологическом прошлом такие барьеры были характерны для эпохи формирования древней коры выветривания. Кислые глеевые почвенные, грунтовые и иловые воды ландшафтов с влажным климатом обогащены Fe2+, Mn2+ органическими кислотами, придающими воде цвет чая. Вблизи месторождений воды обогащены Cu, Zn, В, Со и другими металлами. Если такие воды выходят на земную поверхность, например, у основания склона, то в этом месте возникает кислородный барьер, осаждаются гидроокислы железа и марганца в виде конкреций и пластов бурых железняков. Глеевые грунтовые воды нередко разгружаются на дне рек и озер, где также возникает кислородный барьер с Fe-Mn-аккумуляциями. Глубинные восходящие глеевые воды, поднимаясь по разлому в месте контакта с кислородными водами, встречают кислородный барьер, на котором также осаждаются Fe и Mn.

Вблизи рудных месторождений скопления гидроокислов железа нередко обогащены рудными элементами. Это объясняется тем, что гидроокислы железа являются коллоидными минералами и легко сорбируют из воды многие металлы.

Нейтральные и щелочные глеевые воды характерны для районов распространения пород и почв, содержащих CaCO3 (например, болотные воды лесостепей и степей). Здесь железо подвижно, чем в лесных ландшафтах, а марганец еще подвижен. Поэтому на кислородном барьере преимущественно концентрируются гидроокислы марганца (барьер A7). Такие марганцевые аккумуляции нередко образуются и в глубоких горизонтах в результате диффузионной миграции слабоглеевых растворов снизу вверх - к кислородному барьеру. Барьеры A8 характерны для болот с содовыми водами. Барьеры A9-A12 возникают в тех разгрузки глубинных сероводородных вод - на контакте с кислородными подземными водами или со свободным кислородом воздуха. Здесь бактерии окисляют сероводород с образованием самородной серы.

Сульфидные барьеры (B1-B8) возникают в местах, где кислородные или глеевые воды встречают на своем пути сероводородную обстановку или сульфиды. Образование сероводорода в основном связано с деятельностью бактерий, реже это следствие прямых химических реакций. Сульфидные барьеры и большое практическое значение, так как на них образуются рудные тела некоторых месторождений меди, урана, селена и других элементов, еще чаще встречаются геохимические аномалии элементов, образующих нерастворимые сульфиды - Fe, Cu, Zn, Pb, Со, Ni и т. д. Барьеры В1 возникают и в зоне гипергенеза сульфидных месторождений, с ними связано формирование подзоны вторичного сульфидного обогащения.

На глеевых барьерах (C1-C12) формируются вторичные аккумуляции в местах встречи кислородных, сероводородных и частично глеевых вод с глеевой средой. Они характерны для таежных, тундровых, степных, тропических болот и для глубоких водоносных горизонтов. На глеевом барьере формируются урановые аномалии в песках и торфах (типы C3, C4), а в торфах степных болот накапливается молибден (C3).

На щелочных барьерах (D1-D3, D5-D7, D9-D11) вторичные аккумуляции рудных элементов возникают в местах повышения рН среды (например, при смене сильнокислой обстановки на слабокислую или слабощелочной на сильнощелочную). Наиболее контрастные барьеры характерны для участков перехода от кислой среды к щелочной. Например, при окислении сульфидных руд, залегающих в известняках, образуются сернокислые растворы, несущие повышенные концентрации Fe, Cu, Zn, Со, которые, однако, снижаются при взаимодействии с вмещающими карбонатными породами. В результате повышения pH на щелочном барьере типа D1 осаждаются гидроокислы и карбонаты металлов. Например,

ZnSO4 + CaCO3 --> ZnCO3 + CaSO4.
раствор твердая фаза твердая фаза

Поэтому зона окисления в таких местах богата вторичными карбонатами металлов, среди которых особенно выделяются зеленые и синие карбонаты меди - малахит и азурит.

Геохимические барьеры типа D2 известны в районах влажного климата, например на контакте ультраосновных пород с известняками. Здесь разложение органических остатков в почвах приводит к образованию кислых вод, в которых легко растворяются Mg, Ni, Co, содержащиеся в ультраосновных породах (Ni и Co образуют органические комплексы с фульвокислотами). На контакте с известняками возникает щелочной барьер, на котором осаждаются эти металлы. В щелочных водах хорошо мигрируют такие анионогенные элементы, как кремний, селен, молибден и германий. В местах снижения pH, на кислом барьере (E2-E4, E6-E8, E10-E12), особенно при резком уменьшении щелочности, эти элементы осаждаются из вод, приводя к окремнению пород при концентрации в них молибдена и германия.

Барьеры типа E3 возникают на участке окисления сульфидных руд в известняках там, где осуществляется сток вод в сторону сульфидных руд. Эти гидрокарбонатные воды имеют слабощелочную реакцию и могут содержать повышенные количества кремнезема, который осаждается при встрече щелочных вод с кислыми. В результате происходит окремнение известняков, характерное для многих зон окисления сульфидных руд. В этом случае геохимический барьер является двусторонним: от руд - щелочной барьер, а в направлении к рудам - кислый. Для таких барьеров характерны несовместимые ассоциации элементов, включающие, например, катионогенные и анионогенные металлы (D1 и ЕЗ).

Вторичные аккумуляции на испарительных барьерах (F1-F12) возникают в аридных ландшафтах на участках испарения поверхностных, грунтовых и подземных вод. Для них характерно усиление рудных аномалий меди, цинка, никеля и кобальта (F1), а также бора, фтора, вольфрама в бериллия (F4). Характерны и безрудные аномалии молибдена, урана и стронция (F3, отчасти F4 и F7).

На сорбционных барьерах (G1-G12) на контакте с водами глинистых горизонтов почв, глин, торфов и других пород, богатых адсорбентами, имеющих отрицательный заряд, возможно накопление меди, цинка и свинца. Особенно характерно образование подобных барьеров на участках окисления сульфидных месторождений. Агрегаты бокситов и бурых железняков имеют положительный заряд и способны адсорбировать анионы. Этим объясняются повышенные содержания в бурых железняках ванадия, фосфора, мышьяка. Например, на сорбционных барьерах G1 и G5 происходит как усиление рудных аномалии, так и формирование безрудных аномалий (барьеры G2, G6).

Геохимическая классификация элементов по их способности к гипергенной миграции приведена в табл. 3. Следует помнить, что на поверхности суши механический сток существенно превышает солевой и это значительно уменьшает зависимость подвижности химических элементов от их способности к водной миграции.

Таблица 3
Геохимическая классификация элементов по их способности к гипергенной миграции

Воздушные мигранты
Активные
(образуют химические соединения)
О, Н, С, N, I
Пассивные
(не образуют химических соединений)
Ar, He, Ne, Kr, Xe, Rn
Водные мигранты
Катионогенные элементы Анноногенные элементы
Очень подвижные (Kx = 10n — 100n)
с постоянной валентностью
Cl, Br
с переменной валентностью
S [пропущена в тексте оригинала - docentmorozov@]
Подвижные с постоянной валентностью (Kx = n — 10n)
Са, Na, Mg, Sr, Ra F, B
Слабоподвижные (Kx = 0,n — n) с постоянной валентностью
К, Ва, Rb, Li, Be, Cs Si, P
с переменной валентностью
Tl Ge, Sn, Sb, As
Подвижные и слабоподвижные в окислительной и глеевой обстановках (Kx = 0,1n — n) и инертные в восстановительной сероводородной обстановке (Kx < 0,n). Осаждаются на сероводородном барьере
Хорошо мигрируют в кислых водах окислительной и глеевой обстановок и осаждаются на щелочном барьере
Zn, Cu, Ni, Pb, Cd
Мигрируют в кислых в щелочных водах
окислительной обстановки
Hg, Ag
Подвижные и слабоподвижные в окислительной обстановке (Kx = 0,n — n) и инертные в восстановительных (глеевой и сероводородной) обстановках. Осаждаются на сероводородных и глеевых барьерах
V, Mo, Se, U, Re
Подвижные и слабоподвижные в восстановительной глеевой среде (Kx = 0,n — n)
и инертные в окислительной и восстановительной сероводородной средах. Осаждаются на кислородных и сероводородных барьерах
Fe, Mn, Со
Малоподвижные в большинстве обстановок (Кх = 0,n — 0,0n и менее)
Слабая водная миграция с органическими комплексами. Частично мигрируют в сильнкнслой среде
Al, Ti, Cr, Ce, Nd, Y, La, Gа, Th, Sc, Sm, Cd, Dy, Tb, Er, Tu, Ho, Eu, Lu, Yb, In, Bi
Слабая водная миграция с органическими комплексами. Частично мигрируют в щелочной среде
Zr, Nb, Та, W, Hf, Те
He образуют или почти не образуют химических соединений, характерно самородное состояние
Os, Pd, Ru, Pt, Au, Rh, Ir

Примечание. Жирным шрифтом показаны элементы, в истории которых биогенное накопление играет существенную роль.

Вторичные аккумуляции рудных элементов нередко возникают на путях современного гидростока - в речных отложениях (современные россыпи), на выходах подземных вод, на кромках болот, в солончаках, такырах и т. п. Если их образование обязано наличию оруденения, такие вторичные литохимические аккумуляции приобретают поисковое значение.

Различия в миграционной способности элементов, а также разные количественные соотношения между элементами в составе руд и первичных ореолов определяют выбор элементов-индикаторов, но которым ведут литохимические поиски по вторичным ореолам и потокам рассеяния. В общем случае лучшими элементами-индикаторами являются главные компоненты месторождения; в некоторых случаях поиски более целесообразно вести по второстепенным элементам-спутникам.

Изучение ассоциаций элементов в литохимических аномалиях позволяет иногда отличать безрудные аномалии от вторичных ореолов и потоков рассеяния рудных месторождений. Например, одновременное высокое содержание элементов с резко различными коэффициентами водной миграции (например, РЬ и Sr, Sn и F и т. п.) характерно только для рудных аномалий.

Назад: Литохимические методы поисков по вторичным ореолам и потокам рассеяния [1: введение, вторичные ореолы]
Вперед: Гидрохимические методы поисков

Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений (1983): Оглавление








Энциклопедия
Найти

Голос Севастополя

Сайт Сделано у нас

Благотворительный фонд АдВита. Сбор пожертвований на лечение онкологических больных

Элементы       Все о Геологии

Перископ ГК Теллур
РМО Бродячая Камера