книги из ГПНТБ / Материалы к Совещанию по геохимии гипергенеза, ноябрь 1964 г. (тезисы докладов)

В природе различные типы распада и превращения веществ не являются строго разграниченными или связа­ ны между собой переходными стадиями.

Наряду с биологическим разрушением органического вещества на разных стадиях его распада происходят и реакции синтеза. Освобождающиеся при распаде белков аминокислоты реагируют с продуктами распада углево­ дов, образуя более устойчивые соединения. Фенольные соединения окисляются, до растворимых и нерастворимых хинонов. И те и другие соединения вступают в реакции с химическими элементами, входящими в минеральную часть окружающей их среды.

Направление процесса превращения ископаемого ор­ ганического вещества и концентрации металлов в геоло­ гических условиях зависит от ряда факторов. Важней­ шими из них являются: химический состав организмов, климатические и палеогеографические условия, в кото­ рых происходил распад и дальнейшее превращение их остатков, окислительно-восстановительный потенциал среды, химические свойства металла и т. д. Для объясне­ ния распределения и форм связи металлов с органиче­ ским веществом почв в последнее время широко исполь­ зуется представление о внутрикомплексных соединениях «хелатах». Эти соединения могут играть значительную роль в концентрации и передвижении химических эле­ ментов в породах и почвах, а также в процессе выветри­ вания.

Особое внимание привлечено в настоящее время к ис­ следованию химической структуры и механизма образо­ вания гуминовых веществ, к количественному определе­ нию и изучению свойств их реакционно способных групп. Концентрация редких и рассеянных элементов в органи­ ческом веществе торфов, углей, сланцев во многих слу­ чаях может быть объяснена образованием прочных ком­ плексов между металлами и гуминовыми кислотами. Для урана, германия, ванадия, молибдена, меди получены комплексы с природными органическими соединениями, характеризующими в известной мере формы связи этих металлов с органическим веществом осадочных пород.

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР

10

А. И. ПЕРЕЛЬМАН

ОСНОВНЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЗОНЫ ГИПЕРГЕНЕЗА

Впочвах, коре выветривания, континентальных от­ ложениях, водоносных горизонтах, т. е. в различных при­ родных телах зоны гипергенеза, наблюдаются сходные химические явления (выветривание полевых шпатов, окисление сульфидов, оглеение, огипсование и т. д.). Это позволяет говорить о геохимических типах эпигенетиче­ ских процессов, общих для разных образований гиперге­ неза.

Взависимости от окислительно-восстановительных условий среды выделяются три основных ряда гиперген­ ных процессов: окислительный, восстановительный глеевый и восстановительный сероводородный. Это позволяет все природные воды зоны гипергенеза также разделить на три основных типа: 1) воды окислительные, 2) воды глеевые, 3) воды сероводородные.

Вертикальная зональность подземных вод, установ­ ленная Н. К. Игнатовичем и другими гидрогеологами, в геохимическом отношении характеризуется чередованием отмеченных вод. Устанавливаются два основных крайних типа такой зональности: 1) кислородные воды — глеевые

воды; 2) кислородные воды — верхний пояс глеевых вод — сероводородные воды — нижний пояс глеевых вод.

В пределах рядов выделяются типы эпигенетических процессов в зависимости от типоморфных ионов водной миграции. В итоге получается определенная классифи­ кация эпигенетических процессов зоны гипергенеза.

Поведение химического элемента в гипергенных про­ цессах зависит не только от его химических свойств, но и от его кларка. Низкий кларк определяет низкую концен­ трацию элементов в природных водах и малую вероят­ ность образования самостоятельных минералов. Природ­ ные воды резко недосыщены редкими элементами.

Низкое содержание распространенных элементов (Si, Al, Fe ) в природных водах свидетельствует о плохой растворимости их минералов, а низкое содержание мно­ гих редких элементов в водах (Li, Rb, Cs, Se и т. д.) объ­ ясняется преимущественно их малыми кларками.

Направление гипергенных реакций во многом опреде­ ляется дефицитностью или избыточностью реагентов

11

(особенно анионов), что является характерной особен­ ностью зоны гипергенеза, определяющей своеобразие многих процессов. Использование данных химической термодинамики позволяет оценить направленность при­ родных реакций в условиях дефицита реагентов. К чи­ слу основных понятий геохимии гипергенных процессов относятся понятия о природных телах.

Устанавливается понятие о новом природном теле — водоносном горизонте. Это особые двухфазные природ­ ные тела, твердые и жидкие фазы которых тесно между собой связаны и взаимообусловлены. Водоносные гори­ зонты необходимо рассматривать как единое целое и изу­ чать комплексом методов.

Основная закономерность размещения природных тел зоны гипергенеза — зональность. Чем ближе к земной поверхности расположено данное природное тело, тем резче выражена зональность, тем меньше наблюдается несоответствие между климатическими и гипергенными зонами, тем уже зоны и более разнообразна система зон.

Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР

Д. П. СЕРДЮЧЕНКО

О ГИПЕРГЕННЫХ ПРОЦЕССАХ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ДРЕВНИХ КОР ВЫВЕТРИВАНИЯ

Гипергенные процессы выветривания горных пород, судя по имеющимся данным, во многом сохраняют сход­ ные черты от катархея до позднетретичного и современ­ ного периодов. Вещественный состав палеогеновой коры выветривания на каменноугольных осадочных породах в Донбассе, юрской коры на ультрабазитах Северного Кав­ каза показывает, что в зависимости от состава выветри­ вавшихся пород, кислородного потенциала и кислотно­ сти—щелочности среды, степени застойности вод и т. д. шло образование глинистых, кремнистых, железистых (и марганцовистых) вторичных продуктов, остававшихся на месте или более или менее значительно перемещавщихся и дававших материал для ряда остаточных и оса­ дочных месторождений.

Гипергенное выветривание очень часто сочеталось с формированием застойных озерно-болотных или при­ устьевых— лагунных бассейнов, в которых происходило

12

осадочное минерало- и рудообразование, накладываете' еся на остаточные продукты коры. При этом подстилаю­ щие кору материнские породы подвергались гипергеннометасоматической инфильтрационной минерализации, что

хлоритоносными или сидеритоносными болотно-лагунны­ ми образованиями).

Рифейское выветривание архейской железорудной толщи Алдана обусловило (за счет магнетита и сопро­ вождающих его силикатов и алюмосиликатов, сульфидов меди и железа) развитие многостадийной мартитизации и лимонитизации, хлоритизации, нонтронитизации, окварцевания, серицитизации (карбонатных и скаполитовых пород), появление местных скоплений вторичных суль­ фидов, гидрокарбонатов и самородной меди, а также агрегатов барита вдоль трещинок (в результате разло­ жения калиевых полевых шпатов). Мартитизированные железняки и хлоритизированные породы в виде об­ ломков входят здесь в состав базальных нижнекембрий­ ских карбонатных слоев.

Нормальная последовательность архейских осадочно­ метаморфических железорудных толщ в Южной Якутии (форстерито-хондродито-флогопито-магнетитовые с диоп­ сидом сланцы, кальцифиры и руды в стратиграфически нижнем горизонте и диопсидо-скаполито-магнетитовые руды и породы с кварцем и роговой обманкой в верхнем горизонте) местами нарушается не вполне согласным за­ леганием поверх нижнего горизонта линзообразных и гнездовидных тел силлиманитовых гнейсов и квар­ цитов, а также гнездовидными телами крупно- и мелко­ зернистых барито-гематито-кварцевых руд. Все эти об­ разования представляют архейскую (более 2 млрд, лет) метаморфизованную кору выветривания полевошпатовых (гранитовых и гнейсовых) пород. В других районах Ал­ дана кварцево-каолинито-барито-железистая кора сопро­ вождалась бокситовыми участками, давшими кианито- маргарито-корундовые метаморфические породы.

Подобные алданским, кварц-гематит-баритовые руды, подстилаемые силлиманитовыми кварцитами и силлима­ нито-корундовыми сланцами, имеются и в катархейской

13

\

парагнейсовой формации Намакваленда в Южной Афри­ ке; стратиграфически ниже широко распространены гра­ нитовидные (возраст 3 млрд, лет) метаморфизованные аркозовые породы, образовавшиеся от выветривания «докейских» гранитов. Первоначальные боксито-каоли- нитовые зоны древнейшей коры были здесь местами инфильтрационно пронизаны по трещинам крутыми выкли­ нивающимися с глубиною жилами каолинита, что ясно отражено в аналогичных соотношениях корундо-силлима- нитовых прерывистых пластов и секущих их жил силли­ манита.

Не менее 3,5—4,0 млрд, лет назад начались процессы гипергенного выветривания уже сформировавшихся гор­ ных пород, разложение первичных минералов и накопле­ ние вторичных минеральных продуктов, а также разделе­ ние и концентрация элементов (например, железа, алю­ миния, марганца, фосфора, редких земель, титана и др.), формирование осадочных и гипергенно-метасоматиче- ских месторождений, подвергшихся вместе с вмещающи­ ми породами повторному метаморфизму и частичному плавлению, которые сопровождались развитием мета- морфогенно-гидротермальной деятельности.

Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов АН СССР

А. П. СОЛОВОВ

МОРФОЛОГИЯ И ПАРАМЕТРЫ ГИПЕРГЕННЫХ ОРЕОЛОВ РАССЕЯНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ВСОВРЕМЕННОМ АЛЛЮВИИ

ИДРЕВНИХ КОРАХ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Геохимические поиски рудных месторождений наибо­ лее эффективно осуществляются методами литохимиче­ ских (металлометрических) съемок, путем выявления гипергенных (вторичных) ореолов рассеяния оруденения. В открытых складчатых, активно денудируемых (горных) районах вторичные ореолы рассеяния рудных месторож­ дений развиваются в современном элювио-делювии. В за­ крытых пенепленизированных районах, в которых рудо­ вмещающие породы складчатого фундамента перекрыты чехлом молодых осадков, палеогеографическими анало­ гами современных ореолов являются погребенные оста-

14

точные ореолы рассеяния месторождений в древней коре выветривания. Геохимические поиски в закрытых рай­ онах, ориентированные на выявление с поверхности на­ ложенных вторичных ореолов рассеяния, на существую­ щем уровне методики и техники недостаточно эффек­ тивны.

Формирование гипергенных остаточных ореолов рас­ сеяния определяется местными геоморфологическими и ландшафтно-геохимическими условиями, характеристи­ кой вещественного состава, формой и условиями залега­ ния рудных тел. В современном элювио-делювии в широ­ ком диапазоне геологических условий преобладающее значение имеет механическое рассеяние устойчивых первичных и вторичных рудных минералов. По верти­ кальному разрезу элювио-делювия остаточные ореолы рассеяния в горных районах расширяются к дневной по­ верхности, претерпевая деформации, обусловленные гра­ витационными процессами.

Погребенные ореолы месторождений в древней коре выветривания формировались при существенном участии солевого рассеяния рудных элементов, обязанного дли­ тельному континентальному развитию в условиях замед­ ленной денудации. В полном профиле древней коры вы­ ветривания силикатных пород в верхнем каолиновом горизонте остаточные ореолы ослаблены, приобретая гри­ бовидную, часто асимметричную форму, определяющую­ ся условиями залегания рудных тел и направлением па­ леостока. В породах чехла погребенные ореолы чаще не прослеживаются.

На глубине вторичные остаточные ореолы рассеяния обоих типов сужаются, примыкая на границе зоны гипергенеза к рудным телам и их первичным ореолам. Важней­ шими параметрами, характеризующими вторичные оста­ точные ореолы месторождений, являются свойственные химическим элементам коэффициенты рассеяния и коли- ' чество металла в ореоле.

Местные значения коэффициентов рассеяния (а в м) объективно характеризуют сравнительную геохимиче­ скую подвижность различных химических элементов в данных условиях ландшафтов. Для элементов, совместно проявленных в ореолах, многочисленные определения по­ зволяют установить убывающие значения о: W > РЬ > > Be, Mo > Bi, Си > Ва. Для одного элемента в раз-

15

личных ландшафтах и для разных элементов а изменяется в 2—4 раза. Изучение величин коэффициентов рассеяния следует продолжить, практикуемое сопоставление мигра­ ционной способности элементов по ширине ореолов яв­ ляется ошибочным. Количество металла в ореоле (М в жг%, q в тоннах для слоя 1 м) позволяет оценивать про­ цессы выноса и аккумуляции элементов по вертикально­ му разрезу зоны гипергенеза. В соответствующих геоло­ гических условиях параметр q позволяет оценить геоло­ гические (прогнозные) запасы металла в рудных телах, что особенно важно при поисках погребенных месторож­ дений.

На 30% территории СССР геохимические поиски мо­ гут проводиться путем выявления вторичных ореолов рассеяния месторождений в современном элювио-делю- вии. На 13% территории допустимо ставить вопрос о по­ исках рудных месторождений по их погребенным оста­ точным ореолам. В настоящее время эти глубинные гео­ химические поиски целесообразны в определившихся рудных районах с чехлом перекрывающих рыхлых отло­ жений до 100—150 м\ при отсутствии древней коры вы­ ветривания проведение их менее эффективно. Природные условия осложняют интерпретацию геохимических ано­ малий, и только тщательный анализ процессов гиперген­ ной миграции элементов обеспечивает развитие теорети­ ческих основ и практики геохимических поисков.

Всесоюзный научно-исследовательский институт минерального сырья Госгеолкомитета СССР

В. Н. ЩЕРБИНА

КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ ГАЛОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Галогенные отложения возникают в зоне гипергенеза

вспецифической физико-химической обстановке сильно осолоненных и солеродных поверхностных водоемов. В их составе в качестве породообразующих компонентов при­ сутствуют разнообразные минералы, между которыми при формировании галогенных отложений и их переходе

вископаемое состояние устанавливается определенное

равновесие. При последующем возвращении ископаемых галогенных отложений в зону гипергенеза это равновесие нарушается вследствие различного отношения их породо­ образующих компонентов к воздействию агентов вывет­

16

ривания и в первую очередь к воздействию инфильтрационных подземных вод атмосферного происхождения. Кора выветривания, образующаяся при зтом в верхней ча­ сти галогенных отложений (соприкасающейся с инфильтрационными подземными водами атмосферного проис­ хождения), характеризуется большим разнообразием геохимических, минералогических и петрографических особенностей. Они определяются составом исходных га­ логенных отложений и глубиной их залегания, а также составом, характером и продолжительностью воздействия инфильтрационных подземных вод. Разработанной клас­ сификации и систематики кор выветривания 'галогенных отложений пока не существует.

Геохимическая сущность гипергенных изменений га­ логенных отложений заключается в растворении и выно­ се инфильтрационными подземными водами всех водно­ растворимых компонентов. В итоге галогенные отложе­ ния превращаются в несоленосные и негипсоносные пес­ чано-глинисто-мергелистые и карбонатные отложения.

Процессы преобразования галогенных отложений в негалогенные очень сложны и многообразны; для них ха­ рактерна последовательность развития (стадийность), обусловливающая формирование в вертикальном раз­ резе определенного профиля коры выветривания.

Необходимо различать профили коры выветривания, развивающиеся на следующих типах галогенных отло­ жений (развитых в пределах СССР): 1) глинисто (мер­ гелисто)-гипсовых; 2) глинисто (мергелисто)-галито-гла-

уберитовых; 3) карбонатно(мергелисто)-ангидритовых; 4)д<арбонатно (мергелисто) -ангидрито-галитовых; 5) кар­ бонатно (мергелисто)-ангидрито-галито-калийных бессульфатного типа; 6) карбонатно (мергелисто)-ангидри­ то-галито-калийных сульфатного типа.

Определения, применямые в настоящее время для обозначения коры выветривания галогенных отложений, или являются слишком общими (надсолевая толща, по­ кровная толща, зона выщелачивания, кепрок), или ха­ рактеризуют собою только один из горизонтов профиля коры выветривания галогенных отложений (глинисто­ мергелистая, глинисто-гипсовая, гипсовая, гипсо-ангидри­ товая, сильвинитовая, каинитовая, шенитовая, глазеритовая и тому подобные «шляпы»).

Основными геохимическими направлениями, форми-

рующими коры выветривания галогенных отложений, являются:

1. Растворение и полный вынос растворяемых солей без заполнения занимаемого ими пространства, что при­ водит к накоплению нерастворимого в воде остатка, об­ разованию пустот различной формы и размера, проседа­ нию пород и часто к возникновению брекчий.

2. Замещение менее устойчивых в зоне гипергенеза минеральных видов более устойчивыми сопровождается удалением в растворенном виде либо всего замещаемого минерального вида, либо некоторой его части, иногда происходит с образованием псевдоморфоз и всегда ста­ дийно. Наиболее типичны следующие процессы:

а) силицификация: окремнение карбонатных пород, боратов, образование аутигенного кварца;

б) карбонатизация: замещение доломита кальцитом (дедоломитизация, кальцитизация), гипса и ангидрита —

та карбонатами, сильвина и галита — ангидритом и кар­ бонатами; 2) полигалитизация ангидрита, сильвина, ка­ инита, глазерита, лангбейнита, калиборита; 3) последо­ вательные превращения боратов (ашаритизация и улекситизация калиборита, колеманитизация ашарита и улексита и т. д.);

е) сложные процессы новообразования минералов в результате взаимодействия подземных вод различного состава (слабоминерализованных инфильтрационных и рассольных) или рассольных вод и солевых минералов.

АН БССР

С е к ц и я /

ГЕОХИМИЯ ЛИТОГЕНЕЗА И РУДООБРАЗОВАНИЯ

И. М. БЕСПАЛОВ

КГЕОХИМИИ МЕДИ, СВИНЦА И ЦИНКА

ВПЕРМСКИХ ОТЛОЖЕНИЯХ ДОНЕЦКОГО БАССЕЙНА

ВДонбассе медная минерализация приурочена к серым горизонтам песчаников и алевролитов картамыш-

ской свиты, свинцово-цинковая — к пластам доломитизированных известняков в низах никитовской свиты. Источ­ ником Си, РЬ и Zn была гумидная зона гор, расположен­ ная на месте современного Приазовского кристалличе­ ского массива, где выявлены многочисленные рудные проявления гидротермального и контактово-метасомати- ческого происхождения, сопровождаемые сульфидами Си, Pb, Zn.

Перенос Си, Pb, Zn осуществлялся в основном в виде растворов. Об этом свидетельствуют активное химиче­ ское выветривание в области сноса, относительно низкие значения pH (меньше 7,5) водотоков гумидной зоны, приуроченность оруденения к прибрежным фациям, гори­ зонтальная дифференциация (зональность) этих элемен­ тов в осадках и отсутствие в последних их терригенных минералов. Так как растворы Си, Pb, Zn образовались за счет окисления исходных сульфидных минералов, то, по-видимому, начальной формой их миграции были суль­ фатные соли. Растворы Си, Pb, Zn при взаимодействии с карбонатами лагунного бассейна первоначально вы­ падали в осадок в прибрежных условиях в виде основ­ ных карбонатных солей.

В раннем диагенезе в поверхностном слое осадка и его толще карбонаты Си, Pb, Zn при взаимодействии с H2S и свободной S переходят в более устойчивую суль­ фидную форму. Свободная S — продукт нескольких про­ цессов окисления H2S. Последний образовался из суль­

19