ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2012, № 6, с. 503-531
УДК 551
ФАЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ОСАДОЧНЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ИХ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ. СООБЩЕНИЕ 1. ФАЦИАЛЬНЫЕ ГРУППЫ ОСАДОЧНЫХ РУД,
ИХ ЛИТОЛОГИЯ И ГЕНЕЗИС
© 2012 г. В. Н. Холодов, Р. И. Недумов, Е. В. Голубовская
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: rostislavn@yandex.ru Поступила в редакцию 11.04.2012 г.
В статье показано промышленное значение осадочных железорудных месторождений, рассмотрены важнейшие типы этих образований и их генезис. Особое внимание уделено образованию гетит-хло-рит-сидеритовых оолитов, составляющих основу морских железорудных месторождений. Рассмотрены геохимические и минералогические особенности различных типов железных руд.
Железо является самым распространенным металлом на Земле; его среднее содержание в литосфере оценивается в 3.33% [Виноградов, 1962]. В стратисфере или слоистой осадочно-вулкано-генной оболочке Земли с учетом эффузивных пород его содержание составляет 3.07%, а без них — 2.71% [Ронов, 1993].
В природе, в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала или кислотно-щелочного режима, оно присутствует в двухвалентной (Бе+2) или трехвалентной форме (Ре+3).
Для железа характерна геохимическая двойственность — его двух- и трехвалентные формы существенно различаются по поведению. Эту особенность элемента подчеркивал А.Е. Ферсман [1939], который отмечал, что в закисной форме железо изоморфно с магнием, двухвалентным марганцем, никелем и кобальтом, тогда как окис-ная форма этого элемента склонна к изоморфным замещениям с полуторными окислами — глиноземом, окисью хрома, марганца и другими сложными оксидами. При этом трехвалентное железо (Бе+3) совместно с кремнием способно образовывать сложные анионы или феррикремние-вые комплексы типа [Ре04]-5 • [8Ю4]-4.
Общеизвестно, что трехвалентное железо устойчиво в растворах лишь в сильно кислой среде, при низких значениях рН, при росте щелочности до 5.5 оно коагулирует и выпадает в осадок в виде Бе(0Н)3. Процессу осаждения трехвалентного железа весьма способствует присутствие в растворе электролитов — солей Са, М§ и щелочных металлов.
Обратное воздействие на поведение трехвалентного железа оказывает наличие в растворе коллоидов 8Ю2 или гумусовых веществ. Особен-
но большое значение в усилении миграционной способности Fe+3 имеют фульвокислоты и гуми-новые кислоты природных речных и морских вод. По количественным оценкам Г.М. Варшал [1994], растворимость фульватных комплексов трехвалентного железа на один—три порядка превышает растворимость его гидроксида.
Железо двухвалентное (Fe+2) устойчиво в более широком диапазоне рН и пребывает в растворенном состоянии в кислых и даже нейтральных об-становках. При низком кислородном потенциале закисное железо мигрирует в растворе в виде бикарбоната [Fe(HCO3)2]. Кроме того, оно также способно образовывать металлоорганические комплексы и легко ассоциируется с гуминовыми и фульвокислотами. В этом случае органическая составляющая "защищает" металл от воздействия кислорода, окисляясь в первую очередь и временно стабилизируя таким образом железосодержащие растворы даже в слабощелочных средах [Сердюченко, Глебов, 1964; Холодов, 1973, 2006; Холодов, Бутузова, 2004б].
Железо концентрируется в результате самых разнообразных геологических процессов; его месторождения формируются в магматических, гидротермальных, осадочных и метаморфических образованиях, образуя очень широкий спектр промышленных скоплений. Общая классификация железорудных месторождений многократно обсуждалась в работах К.И. Богдановича, В.А. Обручева, В. Линдгрена, F. Beyschlag, IP Krusch, Н.А. Успенского, Y. Vogt, E. Blondel, F.W. Persival, P. Routhier, W.A. Gross, A. Zitzmann, Chr. Neumann-Redlin, Г.А. Соколова, В.М. Григорьева, Н.М. Страхова, В.И. Смирнова, Дж. Мейнарда и др.
К сожалению, даже самые обоснованные схемы типизации железорудных месторождений
опираются на субъективные представления различных авторов о механизме их образования и поэтому являются весьма условными.
При этом выделенные типы не всегда четко разграничиваются между собой. Так, например, месторождения железистых кварцитов (джеспилитов) по принятой типизации принадлежат к метаморфогенной группе железорудных образований. Это несомненно будет справедливо для месторождений КМА (Россия). Однако, если в качестве представителя метаморфогенной группы взять бассейн Хаммерсли (Австралия), стратиграфический и типовой гомолог КМА, где, по данным австралийских геологов, метаморфические процессы были предельно редуцированы (A.F. Trendell, Y. Blockley, A.D. Wood), неправомерность подобной типизации станет очевидной.
Среди генетически различных типов осадочные железорудные месторождения выделяются наиболее определенно.
Осадочный процесс, в широком смысле этого понятия, охватывает явления выветривания, вторичного обогащения и перераспределения рудного вещества в зоне гипергенеза, его мобилизацию и переотложение в условиях континентального блока Земли, накопление в области болот, озер и рек, и, наконец, завершается концентрацией железа в конечных водоемах стока — морях и океанах. Далее накопленный рудный материал претерпевает сложные диагенетические и катагенетические преобразования. Однако в условиях железорудного процесса эти вторичные наложенные явления мало изменяют первичный фациальный облик руд. Фациальные закономерности локализации осадочных железорудных месторождений закладываются на первых стадиях их образования и наследуются на протяжении всей последующей истории формирования. Поэтому именно фациаль-ный принцип должен быть положен в основу типизации железорудных месторождений.
Следует также подчеркнуть, что наибольшее фациальное разнообразие железорудных месторождений наблюдается среди фанерозойских отложений; что было отмечено еще в работах Н.М. Страхова [1947, 1963], Л.В. Пустовалова [1957], Д.П. Сердюченко, А.В. Глебова [1964], Л.Н. Формозовой [1973], В.Н. Холодова, Г.Ю. Бутузовой [2004а, 2004б, 2008] и др. Докембрийские железорудные эпохи характеризуются широким распространением джеспилитовых бассейнов и ассоциацией железорудных минералов с кремнием и карбонатами, тогда как фанерозойский железорудный процесс отличается фациально-генетической пестротой месторождений и ассоциациями железа с органическим веществом, карбонатами, кремнеземом, фосфатами и марганцеворудными скоплениями.
При фациальном подходе среди всего разнообразия фанерозойских железорудных месторождений довольно четко выделяются следующие типы.
1. Месторождения, связанные с мобилизацией рудного материала на водосборных площадях, — в корах выветривания, в почвах и в болотах:
— железные шляпы;
— железорудный элювий и продукты его преобразования;
— железорудные россыпи (железистые пески, скопления титаномагнетита);
— болотно-почвенные руды и их древние аналоги (сидериты угольных месторождений).
2. Месторождения, сформированные в процессе переноса рудных компонентов реками
— аллювиальные русловые оолитовые руды.
3. Месторождения, сформированные в конечных водоемах стока (озерах, морях и океанах)
— озерные бобово-оолитовые железо-марганцевые руды;
— морские оолитовые и органогенно-оолито-вые железные руды;
— морские конкреционные железо-марганцевые руды;
— океанические конкреционные и корковые железо-марганцевые руды;
— океанические металлоносные осадки, обогащенные железом и марганцем, пространственно связанные с срединными океаническими хребтами.
4. Месторождения вулканогенно-осадочного происхождения, сформированные на континентах и в океанах.
Как и все геологические классификации, предложенная схема не может претендовать на четко очерченные границы подразделений. Мно-гостадийность и многофакторность геологических систем приводят в ряде случаев к формированию осадочных и осадочно-вулканогенных месторождений, одновременно принадлежащих к двум и даже трем разным группам железорудных образований.
Тем не менее она, как нам кажется, отражает то исключительное место, которое занимают железорудные скопления в осадочном процессе, позволяет сравнить довольно широкий диапазон фа-циальных обстановок и показать роль мобилизации—переноса—осаждения в общей схеме осадочного породо- и рудообразования.
К сожалению, далеко не все выделенные выше группы железорудных месторождений одинаково полно охарактеризованы нами в данной статье. Ниже приводится краткая характеристика только тех железорудных скоплений, которые послужили основой для последующих геохимических построений.
ТИПЫ ОСАДОЧНЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.
"ЖЕЛЕЗНЫЕ ШЛЯПЫ"
Железорудные месторождения, известные под названием "железные шляпы", представляют со-
Таблица 1. Стадии развития железных шляп и их минеральная зональность
Стадии развития окисления Вещественные результаты процессов
Начальные Средние Конечные Сульфиды и другие гипогенные минералы, содержащие железо Сульфаты, окислы (лимонит*), фосфаты, арсенаты, карбонаты, силикаты и др. Оксиды (лимонит*), сульфаты (ярозит), немного силикатов и др. минералов Лимонит*
Примечание. * В работах минералогов конца XX столетия лимонит рассматривается как ассоциация гидроксидов железа.
бой верхнюю часть зоны окисления сульфидных (колчеданных) или сидеритовых эксфильтраци-онных (собственно гидротермальных), а также эксфильтрационно-элизионных рудных скоплений. В большинстве случаев они образуются под действием вадозных инфильтрационных вод, обогащенных кислородом и проникающих в толщу рудосодержащих отложений на значительные глубины.
Механизм образования месторождений этого типа был подробно исследован в работах В. Эммон-са, В. Линдгрена, Г. Шнейдерхёна, Н.М. Страхова и особенно С.С. Смирнова; ими была показана связь между железорудными зонами вторичного обогащения и климатом, глубиной залегания уровня грунтовых вод, литологическим и минеральным составом рудовмещающих пород и первичных рудных тел, а также детально рассмотрен химизм процессов окисления сульфидных скоплений железа. Общую картину этого явления в колчеданных месторождениях С.С. Смирнов [1955] представлял следующим обра
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.