Биогеохимические системы и рудообразование
%
%
о $
М.М.Константинов, А.А.Сидоров
В 1929 г. друзья и соратники московского профессора Я.В.Самойлова издали сборник его статей под общим названием «Биолиты». Так было положено начало новому научному направлению, исследовавшему роль биосистем в формировании земной коры. Наша задача более локальна, но в то же время и более сложна — показать значение биогенного фактора в концентрировании металлов в масштабах рудных месторождений.
Руда как скопление минералов, рентабельное для промышленного освоения, обычно заключает концентрации металлов, значительно превышающие их рассеянные (фоновые, или кларковые) содержания в земной коре.
Л.Н.Овчинников (1988) провел специализированный анализ этой проблемы для основной группы металлов, характеризующих рудные месторождения. По его данным, концентрации Mn в 50 раз превышают его средние содержания в земной коре (0.10%); Cu — в 43 раза (4.7-10-3); Pb — в 188 раз (1.6-10-3); Мо — в 46 раз (1.1-10-6); Ag — в 288 раз (7.0-10-6); Au — в 285 раз (4.3-10-7); Pt — в 400 раз (7.0-10-7). Заметим, что достижение промышленных концентраций для благородных металлов требует значительно большего их концентрирования по сравнению с «фоном» — на порядок выше, чем для цветных.
© Константинов М.М., Сидоров А.А., 2008
Михаил Михайлович Константинов,
доктор геолого-минералогических наук, заслуженный деятель науки РФ, главный научный сотрудник Центрального научно-исследовательского института Министерства природных ресурсов России. Область научных интересов — месторождения золота и других благородных металлов. Лауреат премии им. академика ВА.Обручева. Наш постоянный автор.
Анатолий Алексеевич Сидоров, член корреспондент РАН, профессор, заслуженный деятель науки РФ, советник РАН. Круг научных интересов охватывает условия формирования рудных месторождений. Лауреат премии им. академика В.А.Обручева.
Учение о месторождениях полезных ископаемых как фундаментальная и в тоже время сугубо прикладная область научных знаний на протяжении столетий всем комплексом геологических наблюдений, исследований, экспериментов, решает по существу один вопрос: в чем состоят механизмы, приводящие в конечном итоге к феноменальным концентрациям металлов в локальных участках земной коры. В этой связи различными исследователями затрагивался вопрос о роли биогенного фактора в накоплении металлов.
Тем не менее мы, видимо, впервые выполнили общий обзор этой проблемы. При этом несомненно, что ряд ценных исследований мог быть и упущен. Однако и те данные, которые нам удалось собрать и проанализировать, позволяют выдвинуть принципиально новое положение: биогеохимические процессы — необходимый глобальный фактор, определяющий стадиальное концентрирование металлов в земной коре, приводящий на конечных стадиях к формированию рудных месторождений.
Первые признаки биогенеза в земной коре датируются 4—4.4 млрд лет (И.А.Резанов, 2002). Очень важны в этом плане доказательства биоген-^^ного происхождения огромных скоплений гра-^ фита в Алданском районе, возраст которых определяется интервалом 3.5—4 млрд лет.
Первые несомненные признаки участия биогенных факторов в образовании рудных место-^ рождений установлены в гигантской золото-урановой провинции Витватерсранд в Южной Африке. Р.Хатчинсон [1] опубликовал материал о наличии нитевидных выделений золота, которые образовались путем замещения древних водорослей. Этими данными также обосновывается предположение о присутствии кислорода в архее. Большинство современных исследователей предполагает, что развитие жизни определило увеличение удельного веса кислорода в атмосфере и усиление его активности в геологических процессах в целом и в рудообразовании в частности.
Железорудные формации
Принципиальное значение для рассматриваемой проблемы имеет исследование Дж.Л.Ла-Бер-жа [2], обосновавшее биогенное происхождение докембрийских железорудных формаций (которые общепринято называть железистыми кварцитами).
Верхний временной интервал их образования — 1800 млн лет. На всех таких месторождениях широко распространены сфероидальные кремнистые и сидеритовые (БеСОз) выделения размером 20—30 мкм. Сфероидальные же образования диаметром 20—35 мм, выполненные желтовато-бурым (до черного) органическим веществом, установлены на многих месторождениях Канады и Австралии. В них присутствуют также тонкозернистый пирит (Бе82) и карбонаты, частично замещающие органическое вещество. Яшмы с водорослями некоторых железорудных формаций содержат нитчатые и шаровидные образования, подобные сфероидальным формам из органического вещества в черных строматолитовых* кремнистых породах.
Органическое вещество часто замещается сидеритом и пиритом, а последние — гематитом.
Как полагает Ла-Берж, «в пользу общего (биогенного, а не коллоидного) происхождения сфероидальных образований свидетельствует нахождение их во многих районах и породах, формировавшихся в различных гидродинамических условиях; присутствие в одном шлифе многих тысяч однородных по размеру образований; сходство размеров сфероидальных образований и известных биологических видов» [2].
* Строматолиты — наросты на дне мелких водоемов, образованные низшими водорослями с примесью карбоната кальция.
Следует отметить постоянную повышенную «фоновую» золотоносность железистых кварцитов. В.И.Старостин и Г.А.Пелымский, специально исследовавшие эту проблему (2006), показали, что во многих участках содержание золота достигает 0.1 — 1.0 г/т, т.е. приближается к промышленным. Н.А.Быховер (1984) оценил общие мировые ресурсы железа в железистых кварцитах в 3 трлн т при средних содержаниях 28%. Объемы таких руд составляют около 11 трлн т. Приняв условно среднее содержание в них золота за 0.01 г/т, получим ресурсы этого металла в железистых кварцитах в 110 тыс. т, что примерно сопоставимо со всем добытым в мире золотом.
Накопление урана
Судьба концентрирования урана в связи с развитием жизни рассмотрена в работах С.Г.Неруче-ва [3]. Он полагает, что в истории Земли периодически наблюдались кратковременные эпохи, «во время которых оживлялся рифтогенз, проявлялся интенсивный базальтовый вулканизм, накапливались богатые планктонным органическим веществом морские радиоактивные осадки с аномально повышенными концентрациями и, Р, Б, Бе, Мо, V, N1, Си, Zn, Сг, Со, А§, Аи, Аз, 1г, Оз и редкоземельных элементов (Ья, Се, Рг, Nd, Бт, Yb)». В частности, он отмечает и глобальные циклы рудооб-разования.
Существуют и весьма эффективные «зримые» свидетельства биогенного концентрирования урана. В пермско-юрских пологозалегающих осадочных толщах плато Колорадо в Америке, представленных чередующимися песчаниками и глинистыми сланцами, обнаружены стволы деревьев, целиком замещенные минералами урана (насту-раном и уранинитом) и ванадия.
Окаменелые стволы деревьев, замещенные минералами урана, в породах формации Чинл (плато Колорадо, США).
Месторождения урана имеют вкрапленный характер и связаны с пластами песчаников, сформировавшихся в условиях, приближенных к континентальным. Носителями растворенного урана (а также ванадия и небольших количеств свинца и цинка) были грунтовые воды, частично подогретые за счет температурного градиента и фильтровавшиеся по захороненным русловым каналам. В палеобассейн, где отлагались песчано-гли-нистые толщи с большим количеством органики, уран поступал из обрамлявших его более древних плутонических и вулканических пород.
Месторождения фосфора
Убедительные данные о роли биогенного фактора в формировании месторождений фосфора приводит В.Н.Холодов. В разрезе докембрия и фа-нерозоя им выделяются две глобальные эпохи фо-сфоритообразования — вендско-кембрийская и мел-палеогеновая. В вендско-кембрийское время широкое распространение получают пластовые и пластово-линзовидные залежи фосфоритов, переслаивающиеся с карбонатными, кремнистыми и кремнисто-глинистыми породами. Для них типичны строматолитовые макротекстуры и постоянное присутствие окремнелых и органостен-ных микрофоссилий. Фосфатные залежи обычно ассоциируются с железомарганцевыми рудами, углеродсодержащими черными сланцами и фта-нитами, содержащими повышенные количества V, и, Со, N1, Т1, Сг, Мо, Бе, Ие и других металлов, а также пластовыми доломитами.
Меловое и палеогеновое время характеризуется обилием зернистых и желваковых фосфоритов. Мелкие (1 — 10 мм) рассеянные зерна фосфоритов, заключенные в карбонатном и глинистом материале, сопровождаются обломками фосфатизи-рованных зубов акул, губок, раковин пелеципод и гастропод. Фосфориты ассоциируются с карбонатными отложениями, оолитовыми железняками и марганцевыми карбонатными рудами.
При поступлении фосфора с речными стоками в морские бассейны огромную роль, как отмечает Холодов, играет биота. Многие планктонные организмы, в том числе диатомеи, способны извлекать фосфор даже из силикатной взвеси. В эстуариях рек, на границе река—море, количество извлекаемого планктоном фосфора в 15 раз превышает его количество, привносимое в растворенной форме. На стадии диагенеза в верхней части полужидких илов, захороняемых на дне морских бассейнов, протекает процесс сульфат-редукции, способствующий возникновению и СО2, под-кислению иловых растворов и растворению в них огромного количества Р2О5. Иловые растворы и генетически связанные с ними наддонные сероводородные воды — главные источники фосфора в процессах фосфогенеза. А окисление сероводо-
рода и подщелачивание иловых или наддонных сероводородных вод карбонатами — основная причина выпадения фосфора в осадок и образования фосфатных пеллет, зерен и конкреций [4]. ^
В целом фосфоритообразование зависит от гармонического сочетания многих литологичес-ких факторов, проявляющихся на стадиях седи- ^ ментации, диагенеза и катагенеза. Дисгармония этих факторов гасит фосфогенез.
$
Металлы платиновой группы
Интенсивные исследования по поискам нетрадиционных месторождений элементов платиновой группы позволили получить новые данные о стабильно повышенных концентрациях металлов в глинистых сланцах и углях. Литература по этому вопросу весьма обширна. Отметим только некоторы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.