научная статья по теме ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЛАТЕРИТНОГО БОКСИТООБРАЗОВАНИЯ Геология

Текст научной статьи на тему «ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЛАТЕРИТНОГО БОКСИТООБРАЗОВАНИЯ»

ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2012, том 54, № 5, с. 441-471

УДК 553.21/.24:553.068.36

ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЛАТЕРИТНОГО БОКСИТООБРАЗОВАНИЯ

© 2012 г. В. В. Жуков, Б. А. Богатырев

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 05.11.2011 г.

Рассмотрены двумерные динамические модели бокситообразования в коре выветривания на денудационных площадях, дренируемых речной сетью. В моделях проанализированы роль рельефооб-разующих факторов (тектонического подъема территории, речной эрозии и денудации водораздельных пространств), взаимосвязь гидрогеологического и литологического строения разрезов бок-ситоносной коры выветривания и особенности динамики формирования в ней зональности выше и ниже уровня грунтовых вод. В эпохе латеритного бокситообразования предложено выделять креативные и деструктивные этапы, различающиеся тектоническим режимом развития территории. В креативные этапы латеритное выветривание происходит на фоне ослабления денудации и увеличения площадей бокситообразования, а в деструктивные этапы — усиление денудации, сокращение площадей латеритного бокситообразования и в итоге полная денудация коры выветривания. В креативные и деструктивные этапы латеритного выветривания образуются различные морфогенетиче-ские типы и разновидности разрезов бокситоносной коры выветривания. Морфология разрезов коры выветривания на месторождениях кайнозойских латеритных бокситов в современной тропической климатической зоне Земли соответствует деструктивному этапу. Он характеризуется сокращением площадей латеритного бокситообразования и в геологической перспективе закончится полной денудацией латеритных бокситов.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема формирования коры выветривания и латеритного бокситообразования отражена в многочисленных публикациях отечественных и зарубежных авторов. В них изложены и проанализированы: 1) типы, закономерности размещения и строения месторождений, минералого-гео-химические особенности латеритных бокситов (Бушинский, 1975; Валетон, 1974, 1988; Горец-кий, 1960; Михайлов, 1976; Сапожников и др., 1974, 1976; Богатырев и др., 2009123; Мамедов идр., 1985, 2011; Бортников и др., 2011; Bardossy, Aleva, 1990; Aleva, 1981, 1983; Melfi, Adolpho, 1988; Patterson, 1971; Subramanian, 1976, 1978; Valeton etal., 1988 и др.); 2) фундаментальные основы теории формирования коры выветривания и ла-теритного бокситообразования (Чухров, 1955; Гинзбург, 1963; Петров, 1967; Никитина, Витов-ская, Никитин, 1971; Лукашев и др., 1975; Aleva, 1983; Kronberg et al., 1987; Melfi, Corvalho, 1983; Retallack, 2010 и др.) и 3) результы физико-химического эксперимента и математического моделирования процессов химического выветривания (Матвеева и др., 1983, 1986; Carrol, Walter, 1990; Dibble, Taller, 1981; Lasaga, 1984; Steefel, van Cap-pelen, 1990; Кашик, Карпов, 1978, 1988; Кашик, 1989; Жуков и др., 1983, 1991; Богатырев и др.,

Адрес для переписки: В.В. Жуков. E-mail: zvv@igem.ru

1995; Metz, Ganor, 2001; Stefansson, 2001; Ganor etal., 2005).

Латеритные бокситы — продукты выветривания различных алюмосиликатных пород (магматических, метаморфических, осадочных), сложенные преимущественно оксидами и гидрокси-дами Al, Fe и являющиеся алюминиевой рудой. Формирование их происходит на территории континентальной и островной суши в условиях теплого влажного (тропического) климата. В ходе выветривания алюмосиликатных пород происходит инфильтрация в породу дождевой воды, растворение и вынос фильтрующимся водным раствором SiO2, щелочных и щелочноземельных химических компонентов. Вынос SiO2 и других компонентов происходит в условиях промывного гидродинамического режима и термодинамической устойчивости в коре выветривания гидрок-сидов Fe и Al, что является причиной образования бокситов. Отток из продуктов выветривания фильтрационных вод происходит в естественные дренажные системы, среди которых выделяются поверхностные (флювиальные), представленные гидрографической сетью рек и ручьев, и подземные (карстовые), связанные с водными потоками в закарстованных карбонатных породах.

Бокситообразование на территориях с флюви-альным дренажем происходит на площадях развития слабопроницаемых алюмосиликатных пород. Образующиеся на них водопроницаемые бокси-

тоносные продукты выветривания нередко залегают на практически водонепроницаемых породах субстрата, поэтому определяющая бокситооб-разование гидродинамика фильтрационных вод контролируется гидрографической сетью речных водотоков. Процесс химического выветривания практически всегда сопровождается денудацией или осадконакоплением и переотложением продуктов выветривания, вследствие чего образующиеся в ходе выветривания элювиальные (латерит-ные) бокситы, как правило, ассоциированы в тех или иных пропорциях с осадочными бокситами.

Бокситообразование на территориях с карстовым дренажем происходит в процессе выветривания алюмосиликатных пород и осадков, залегающих на обладающих высокой водопроводимо-стью закарстованных карбонатных породах, в которых водные потоки образуют карстовую гидравлическую систему, питаемую в основном фильтрационными водами из перекрывающих отложений. Карстовая гидравлическая система определяет гидродинамику фильтрационных вод в выше лежащих продуктах выветривания и контролирует бокситообразование. В связи с этими особенностями бокситы, залегающие на закар-стованных карбонатных породах, выделяются многими геологами в отдельный карстовый генетический тип (Бардошши, 1981; Сапожников, 1974; Богатырев и др., 2009123 и др.).

В настоящей статье рассмотрены двумерные динамические модели латеритного бокситообра-зования на территориях с естественными дренажными системами флювиального типа. С обста-новками такого типа связано более 90% мировых запасов бокситов кайнозойского возраста в месторождениях, расположенных в современной тропической климатической зоне Земли, где процесс латеритного выветривания продолжается в ряде районов в настоящее время. В моделях анализируется литологическое и гидрогеологическое строение разрезов бокситоносной коры выветривания, сформированной на денудационных площадях, и роль в процессе латеритного бокситооб-разования рельефообразующих факторов (тектонического подъема территории, речной эрозии и денудации водораздельных площадей).

МЕТАСОМАТИЧЕСКАЯ И ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ БОКСИТОНОСНОЙ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Бокситоносная кора выветривания может иметь монозональное (литологически однородное) и полизональное (литологически неоднородное, зонально-слоистое) строение. Однозо-нальная кора выветривания имеет достаточно широкое распространение, причем наиболее широко распространена каолиновая и значительно меньше — бокситовая кора выветривания. Подав-

ляющее большинство бокситовых месторождений латеритного типа связано с корой выветривания, разрезы которой имеют зонально-слоистое строение.

Вопросы зональности в коре выветривания рассмотрены во многих публикациях (Гинзбург, 1963; Никитин, Витовская, Бугельский, 1969; Никитина, Витовская, Никитин, 1972; Лукашов, 1973; Карпов и др., 1974; Кашик, Карпов, 1978, 1988; Кашик, 1989; Сиротин, 2000 и др.). Обычно в бокситоносной коре выветривания на основе минерального состава продуктов выветривания выделяются три зоны (сверху вниз): 1) бокситы; 2) каолиновые глины; 3) монтмориллонитовые глины. При выделении зон коры выветривания используются также другие принципы и подходы. В настоящей статье ограничимся кратким рассмотрением метасоматической и геохимической зональности бокситоносной коры выветривания.

Метасоматическая зональность базируется на принципах инертного и вполне подвижного поведения в метасоматическом процессе минерало-образующих компонентов, локального или мозаичного равновесия и дифференциальной подвижности компонентов (Коржинский, 1973, 1982). Метасоматическая зона является термодинамической системой, закрытой для инертных и открытой для вполне подвижных компонентов.

Существо принципа дифференциальной подвижности компонентов состоит в том, что в направлении развития процесса от тыла к фронту (в нашем случае "сверху вниз"), при переходе от одной (тыловой) зоны к другой (фронтальной) один минералообразующий компонент переходит из вполне подвижного в инертное состояние. Этот переход сопровождается появлением нового минерала и новой метасоматической зоны. Последовательность перехода минералообразующих компонентов из вполне подвижного в инертное состояние определяет метасоматическую зональность.

Метасоматические зоны выделяются и нумеруются по числу инертных компонентов. В пределах одной метасоматической зоны число инертных компонентов и минералов постоянно. В крупнокристаллических минеральных агрегатах в условиях равновесия число минералов либо равно числу инертных компонентов (если давление входит в число факторов равновесия), либо превышает число инертных компонентов на единицу (если фактором равновесия является объем, а не давление). В дисперсных минеральных агрегатах число равновесно сосуществующих минералов не лимитировано числом инертных компонентов и может превышать его более чем на единицу.

В коре выветривания факторы минеральных равновесий — температура, давление, массы инертных и химические потенциалы вполне по-

Таблица 1. Метасоматическая зональность бокситоносной коры выветривания

№ зоны Типы продуктов Минералообразующие компоненты Минералы

выветривания инертные вполне подвижные

3 Бокситы Fe2O3, TiO2, Al2O3 (3) H2O (1) Гематит/гетит, лейкоксен, гиббсит/бемит (>3)

3 Каолиновые глины Fe2O3, TiO2, Al2O3 (3) H2O, SiO2 (2) Гематит/гетит, лейкоксен, каолинит (>3)

3 Монтмориллонитовые глины Fe2O3, TiO2, Al2O3 (3) H2O, SiO2, MgO,... (>3) Гематит/гетит, лейкоксен, монтмориллонит(>3)

Примечание. В скобках — количество компонентов или минералов.

Таблица 2. Геохимическая зональность коры выветривания

№ зоны Типы продуктов выветривания Минералообразующие компоненты Минералы

3 Трехкомпонентные (бокситы) Fe2O3, TiO2, Al2O3 (3) Гематит/гетит, лейкоксен, гиббсит/бемит (>3)

4 Четырехкомпонентные (каолиновые глины) Fe2O3,

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.

Показать целиком