ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2004, № 5, с. 451-475
УДК 551
ПРОБЛЕМЫ СИДЕРИТООБРАЗОВАНИЯ И ЖЕЛЕЗОРУДНЫЕ ЭПОХИ. СООБЩЕНИЕ 1. ТИПЫ СИДЕРИТСОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
© 2004 г. В. Н. Холодов, Г. Ю. Бутузова
Геологический институт РАН 119017 Москва, Пыжевский пер., 7 Поступила в редакцию 22.12.2003 г.
В статье подчеркнута неустойчивость сидерита в процессах седиментации, диагенеза и метаморфизма осадочных и вулканогенно-осадочных железных руд. Рассмотрены закономерности распределения сидерита в джеспиллитах докембрия, в метасоматических рудах Бакальского типа, в континен-тально-морских угленосных формациях и оолитовых железных рудах. Рассмотрены особенности генезиса докембрийских джеспиллитов, рифейско-нижнепалеозойских элизионно-гидротермаль-ных месторождений и отмечена генетическая связь конкреционных сидеритов угленосных формаций и оолитовых железных руд с низовыми углепроизводящими торфяными болотными залежами.
Как это впервые показал Н.М. Страхов [1947], железорудный процесс прерывист во времени; в течение докембрия и фанерозоя отчетливо вырисовываются эпохи, когда усиленно формировались многочисленные и часто разнотипные месторождения железных руд, и эпохи, когда железорудный процесс слабо проявлял себя, редуцировался, а иногда и совсем сходил на нет.
С минералогической точки зрения железорудные месторождения представляют собой концентрацию карбонатов, силикатов, сульфидов и гид-роксидов железа; иногда эти скопления мономинеральны, но чаще слагают рудные тела в различных сочетаниях.
Среди железорудных карбонатных минералов широко распространены сидерит (БеС03) с его разновидностями (марганцевая - олигониты, магниевая - сидероплезиты) и анкерит Са(М§, Бе+2, Мп)(С0з)2.
В осадочных железных рудах наибольшим распространением пользуется сидерит. Более того, в ряде случаев имеются все основания считать именно сидерит тем первичным минералом, образование которого предопределило весь ход рудо-образующего процесса; без реконструкции условий сидеритообразования наши представления о железорудном процессе становятся весьма неполными.
Очень важная особенность сидерита заключается в том, что он представляет собой крайне неустойчивый минерал. При воздействии кислорода воздуха он легко окисляется по схеме 4БеС03 + 02 — —► 2Бе203 + 4С02, образуя аморфные фазы, гё-тит, гидрогётит, гематит и другие гидроксиды железа.
Как экспериментально показали И.Г. Киссин и С.И. Пахомов [1967, 1969], при нагревании сидерита с водой при температуре 75°C возникает неустойчивая гидроокись Fe(OH)2 и углекислота, причем двухвалентное железо легко растворяется в воде.
В процессах метаморфизма, по мнению R.G. Schmidt [1963], B.M. French [1968], Г.Б. Мори [1972], К. Клейна [1975], за счет сидерита в очень большом диапазоне температур могут образовываться вторичные силикатные минералы (миннесо-таит Fe3Si4O10(OH)2, гриналит (Fe, Mg)6Si4O10(OH)8, стилпномелан K06(Mg, Fe+2, Fe+3)6 (Si, Al)6(O,OH)22, грюнерит (Fe+2, Mg)[Si8O12](OH)2 по следующим схемам:
сидерит + кварц + вода = миннесотаит + С02
миннесотаит = грюнерит + кварц + Н20
сидерит + кварц + Н20 = грюнерит + С02
миннесотаит + магнетит = грюнерит + кварц + + Н20 + С02
стилопномелан = грюнерит + железистая роговая обманка + кварц + Н20(+К20)
Можно сделать вывод, что все вторичные преобразования сидеритовых месторождений, будь то гипергенное выветривание и окисление руд кислородом воздуха, погружение в глубь элизи-онных систем и гидролиз или более глубокие метаморфические изменения при высоких температурах и давлениях, равным образом приводят к разрушению сидеритовых залежей и к замещению сидеритов другими минералами.
В связи с эфемерностью сидеритовых месторождений закономерности их распределения на площади и во времени требуют специальных ре-
Сравнительная характеристика джеспиллитовых формаций докембрия и связанных с ними железорудных месторождений
Особенности выделенных типов формаций Тип джеспиллитовых формаций
тип Алгома тип озера Верхнего
Распространение в стратиграфическом разрезе Структурное положение Соотношение с эффузивным образованием Фациально-минералогиче-ские особенности Геохимическая характеристика Преобладают в архее, но распространены в широком стратиграфическом интервале от архея (Мичипикотен, Онтарио, Канада) до кембрия (Джетым-тау, Киргизия), ордовика (Батерст, Англия) и карбона (Тайнаф, Англия) Зеленокаменные пояса кратонов, рифто-генные впадины По простиранию джеспиллитовые формации сменяются разнообразными эффузивными толщами Широкое распространение имеют сульфидная (пирит, пирротин) и карбонатная фации (сидерит, анкерит); в меньшей степени развиты оксиды (магнетит, мартит, гематит) и силикаты железа Руды джеспиллитовых месторождений чрезв] разующих компонентов и элементов-примесе 2.3-3.8 млрд. лет по положительной аномали ставу № сходны между собой, но отличаются Формируют крупные, почти одновозра-стные бассейны в стратиграфическом интервале 2.0-2.5 млрд. лет, на границе архея и протерозоя (оз. Верхнее, Канада, Минас Жераис, Бразилия, Трансвааль, ЮАР, Кривой Рог, Украина, КМА, Россия, Хаммерсли, Австралия) Перикратонные бассейны, синклинории, осложненные продольными разломами Как правило, субсинхронные эффузивы отсутствуют, но встречаются в смежных стратиграфических интервалах Преобладают оксиды (магнетит, мартит, гематит), карбонаты (сидерит, анкерит) и силикаты железа; сульфидная фация редуцирована или даже полностью отсутствует ычайно сходны по содержанию породооб-;й. Железорудные формации с возрастом и Ей, отношению Еи/Бш и изотопному со-от более молодых джеспиллитов
конструкций и долго будут вырисовываться только в самых общих чертах.
Цель данной статьи заключается в том, чтобы собрать в единую картину разрозненные сведения о распространении и генезисе сидеритовых месторождений во времени и дать ей более или менее обоснованное истолкование.
ЖЕЛЕЗНЫЕ РУДЫ ДОКЕМБРИЯ И СИДЕРИТОВЫЕ ФАЦИИ
Развитые преимущественно в докембрии дже-спиллиты представляют собой железорудные породы, в которых чередуются слойки или полоски кварцевого или яшмового материала и рудных минералов (магнетит, мартит, гематит, силикаты и карбонаты железа, пирит, минералы марганца); толщина слойков колеблется от 0.1 до 20 мм, причем в некоторых случаях они группируются в циклы. Именно с джеспиллитовыми формациями связаны крупнейшие железорудные месторождения мира [Страхов, 1947; James, 1983; Холодов, Бутузова, 1999, 2001].
В настоящее время большинство исследователей, вслед за Г.А. Гроссом [Gross, 1965, 1980] различают два типа джеспиллитовых скоплений: тип Алгома и тип озера Верхнего. Их сравнение приводится в таблице.
Опираясь на минералого-палеогеографичес-кие исследования, Н.Л. Джеймс [James, 1954,
1983] выделил в джеспиллитовых формациях четыре группы фаций: окисную (магнетит, мартит, гематит), карбонатную (сидерит, анкерит), силикатную (гриналит, стилпномелан, миннесотаит) и сульфидную (пирит, реже пирротин). Они развиваются как в джеспиллитах типа Алгома, так и в отложениях оз. Верхнего, хотя в джеспиллитах первого типа обычно преобладают сульфидные и карбонатные фации, а в отложениях второго типа -оксидные, карбонатные, и в меньшей степени - силикатные (см. табл.).
Изучение джеспиллитов района Мичипикотен в провинции Онтарио (Канада), принадлежащих к типу Алгома, позволило А.М. Гудвину [Goodwin, 1973] показать, что с увеличением глубины пале-обассейна окисные фации сменяются карбонатными, а затем - сульфидными (рис. 1а). Дж. Ме-нард [1985], обобщивший работы D.A. White, V.M. French, R.W. Mersden и G.B. Morey, изучавших железорудную формацию Бивабик-Ганф-линт, штат Миннесота, США, относящуюся к типу оз. Верхнего, установил, что между мелководными фациями зернистых кварцитов и глубоководными полосчатыми фациями распространена целая гамма минералого-геохимических ассоциаций - от гематит-магнетитовых к силикатным (миннесотаит, грюнерит, стилпномелан) и карбонатным образованиям (сидерит, анкерит). Этот ряд соответствует переходу от более мелко-
3 J Е
Малая глубина Большая глубина
А +\ /*+n ' {+ А +\ 1\1+ +\ ) + \ I ^
Свита
Литология
Предполагаемая глубина
Минералогия 0 бассейна
Аргилиты Виргиния
Железистые кварциты Бивабик Верхние сланцы - Полосчатые силикатно-карбонатные кремни Зернистые 2 магнетитовые н кремни (на западе) о Зернистые карбонат- но кремнистые 2 породы (на востоке) ро £ Полосчатые, иногда зернистые селикатно карбонатные породы Полосчатые, известко-вистые кремисто-карбо-натные породы Зернистые силикатно-карбонатные породы Зернистые магнетито-вые кремни Зернистые гематитовые кремни Строматолиты ^Гематит Гематит Магнетит Магнетит Силикаты железа Железистые карбонаты >
Верхние кварциты ЙТрТ
Нижние сланцы
Нижние кварциты 222
IFiSr?
Кварциты Покегама о ° о Чистые кварцевые пески
Рис. 1. Прямая минералого-геохимическая зональность в докембрийских месторождениях. а - распределение фаций джеспиллитов в бассейне Мичипикотен [Goodwin, 1973].
1 - граниты; 2 - глубоководные осадки (левая часть) - конгломераты, граувакки, сланцы; 3 - железистая формация; 4 - фельзитовые вулканиты; 5 - мафические вулканиты; 6 - геологические границы; 7 - разломы; 8 - постепенные или ориентировочные границы железистых фаций. I - идеализированный разрез через бассейн Мичипикотен, иллюстрирующий взаимоотношения фаций по мере углубления; II - структурные разрезы.
б - стратиграфическая колонка джеспиллитов Бивабик в штате Миннесота (США). Составлена Дж. Менардом [1985] по данным W.A. White, V.M. French, R.W. Mersden и G.W. Могеу.
водных к более глубоководным отложениям (см. рис. 16).
Особенность выделения минералого-геохимиче-ских фаций в железистых кварцитах заключается в
том, что здесь мы имеем дело со сложной и чередующейся в тонкослоистых образованиях полиминеральной массой; выделить в ней преобладающие минералы-индикаторы необычайно трудно.
Безрудная зона _Л_
V V V Глины Алевролиты Пески
V V
1 V V '2 1 4 5 6 7 9
V 3 8
Рис. 2. Обратная минералого-геохимическая зональн
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.