Вулканогенно-осадочные месторождения формировались путем гальмиролиза – подводного преобразования вулканических пеплов и другого пирокластического материала. Качество и чистота образуемых бентонитов определяются составом исходного материала и характером среды водоема, в котором происходило осаждение и преобразование этого материала.
Вулканогенно-осадочные месторождения бентонитов в зависимости от характера среды осадконакопления отчетливо подразделяются на два подтипа: морской и континентальный – озерный. В процессе многолетних исследований авторы установили, что в морском подтипе наряду с другими разновидностями формируются щелочные и светложгущиеся бентониты, в то время как в континентальных – озерных условиях образуются только щелочноземельные и при этом, как правило, более темноцветные разности.
Преобладающая часть вулканогенно-осадочных месторождений бентонитов формировалась на дне морских водоемов за счет разложения вулканического стекла, источником которого служили подводные извержения, а также извержения вулканов на побережье и островах. Морская щелочная восстановительная среда особенно благоприятна для преобразования пеплов в монтмориллонит. Постоянное содержание в морской воде соединений натрия с наличием избыточныхщелочей в исходном материале создает возможность образования именно натриевых бентонитов [1].
Наиболее тонкодисперсные разности бентонитов образуются по пеплам, занесенным в морской водоем воздушным путем. В процессе воздушной транспортировки пирокластического материала наиболее грубые частицы и тяжелые темноцветные минералы (железистые и другие) выпадают вблизи от очагов извержения, а наиболее мелкие, легкие и светлые частицы (обедненные рудными минералами) – вдали, на расстоянии сотен километров от них. Вот эти удаленные от вулканических аппаратов участки скопления пеплов в морских водоемах и были наиболее благоприятными для образования светлых маложелезистых бентонитов.
Из пеплов и других пирокластических продуктов, выпавших на сушу и снесенных оттуда вместе с другими разнообразными по составу терригенными материалами в морской или пресноводный водоем, могли быть образованы лишь более грубодисперсные, как правило, щелочноземельные ожелезненные серо-зеленые разности бентонитов. Теоретически натриевые монтмориллонитовые глины могут образовываться в щелочных содовых озерах. Однако промышленные скопления щелочных бентонитов такого типа в мировой практике не зарегистрированы. Все известные месторождения вулканогенно-осадочных бентонитов, формировавшиеся в континентальных – озерных условиях, содержат щелочноземельные, реже смешанные по составу бентониты.
Из зарубежных представителей континентального пресноводного подтипа – месторождение кальциевых бентонитов Сандерс-Дефайанс в штате Аризона в США, где отмечаются постепенные переходы от чистых гомогенных монтмориллонитовых глин до песчаниковидных мучнистых туфов.
К континентальному подтипу относятся также недавно открытые небольшие месторождения бентонитов Тель-Хаджар и Рагадан в северо-восточной части Сирии, расположенные в краевых подвижных частях Аравийской платформы. Мощность бентонитовых пород 7 – 10 м, а содержание в них монтмориллонита 70 – 80%.
К пресноводному континентальному подтипу относится месторождение магний-кальциевого бентонита Харпер-Хиллс в Северном Кентербери (Новая Зеландия), образовавшееся в пресном озере в миоценовую эпоху в результате изменения пепла базальтового состава. Благодаря последнему обстоятельству примерно 40% монтмориллонитовых минералов представлено нонтронитом; содержание Fe2О3 в бентоните 14,5%. Бентониты неразбухающие.
Вулканогенно-осадочные месторождения бентонитов характеризуются
пластовой формой залегания, мощность пластов изменяется от первых десятков сантиметров до 5 – 10 м, редко более. Запасы месторождений обычно мелкие или очень мелкие, реже средние и крупные.
1.3 Терригенно- и коллоидно-осадочные месторождения
К этому типу относится большая группа месторождений щелочноземельных бентонитов кальциево-магниевого и магниево-кальциевого состава. К ним принадлежат известные отечественные месторождения формовочных и адсорбционных бентонитов: Черкасское на Украине, Биклянское, верхнее Нурлатское, Тарн-Барское, Смышляевское в Поволжье, Любинское в Западной Сибири, Подсиньское в Восточной Сибири и др. Среди зарубежных – месторождения формации Портерс-Крик в США, группа экономически важных месторождений в Японии, в Южной Добрудже в Румынии и др. Осадочные бентониты характеризуются почти повсеместно темной окраской – серо-зеленой, коричневой, темно-серой и почти черной. Они имеют раковистый или землистый излом, в воде распускаются без заметного набухания. При высыхании плотные разности становятся камнеподобными, а слоистые – растрескиваются.
В минералогическом отношении бентониты состоят на 60 – 70% из Са-Mg-монтмориллонита, характеризующегося низкой и средней степенью кристаллического совершенства. В качестве примесей в них присутствуют смешаннослойные минералы, гидрослюда, палыгорскит, реже каолинит и аллофан. В химическом отношении они характеризуются повышенным содержанием Аl2О3 (20%), Fe2О3 (4,5%) и потерь при прокаливании (8,5%). Содержание Na2О низкое, обычно измеряется долями процента.
В общем виде процесс формирования осадочных бентонитов сводится к переотложению и диагенетическому изменению продуктов выветривания изверженных, метаморфических и осадочных пород суши и раскристаллизации их коллоидно-дисперсных продуктов.
В зависимости от характера среды бассейнов седиментации осадочные месторождения, так же, как и вулканогенно-осадочные, отчетливо подразделяются на два подтипа: морской и континентальный. Лучшим качеством отличаются месторождения, образованные в морских условиях. Щелочная среда морских водоемов (рН 7 – 9), к которым приурочена преобладающая часть месторождений, благоприятствует преобразованию хлоритгидрослюдистых продуктов выветривания и раскристаллизации гелей в монтмориллонит, то есть способствует обогащению обломочного монтмориллонитсодержащего глинистого осадка хемогенным монтмориллонитом. А в кислой среде происходит разубоживание уже принесенного монтмориллонитового осадка вследствие деградации и последующей каолинитизации [1].
Примером зарубежных осадочных месторождений морского подтипа являются месторождения США, расположенные на территории прибрежных равнин Атлантического океана и Мексиканского залива. Это, в частности, залежи бентонитов формации Портер-Крик в штатах Миссури, Иллинойс, Теннеси и Миссисипи, а также глины округа Туиггс в штате Джорджия. Залежи глин отличаются большой мощностью, выдержанностью по простиранию на огромных площадках, но нередко характеризуются невысоким качеством из-за присутствия примесей песчаного и гидрослюдистого глинистого материала. Пласты отличаются большой однородностью.
Представителями осадочного пресноводного подтипа в нашей стране служат месторождения щелочноземельных бентонитов: Любинское в Западной Сибири, Подсиньское в Восточной Сибири; Зырянское в Курганской области и др. Все они формировались в озерных пресноводных водоема, в восстановительной слабо щелочной или нейтральной среде с рН 7 – 8. Бентониты этих месторождений характеризуются относительно невысоким качеством, пониженным содержанием монтмориллонита (в среднем 60 – 70%), относительно большей примесью песчаноалевритового материала, чем в бентонитах морского подтипа. К тому же они иногда отличаются повышенной известковистостью. Тем не менее, описываемые бентониты являются кондиционным формовочным сырьем, а также могут быть использованы для производства буровых растворов, высокосортного керамзита и т.д.
1.4 Элювиальные месторождения
К этому типу относятся месторождения бентонитов, образованные путем глубокого субаэрального выветривания и физико-химического изменения интрузивных, эффузивных и осадочных пород. Таким путем могут быть сформированы залежи щелочноземельных бентонитов, их железистых разностей – нонтронитов, реже маложелезистых светлых разновидностей щелочноземельного и смешанного состава. Из зарубежных к описываемому типу относятся небольшие месторождения: Петровац-на-море в Югославии, Карлополис в Бразилии и др.
В нашей стране бесспорно элювиальных месторождений бентонитов пока не известно. Проявления же подобных глин известны во многих районах страны. В европейской части они зарегистрированы в пределах Украинского щита и в Среднем Побужье в древних и мезозойских корах выветривания по основным и ультраосновным изверженным породам, в Приднестровье в корах выветривания по протерозойским эффузивным породам, в центральной части Русской платформы в доэйфельских корах выветривания по кристаллическим породам архейско-протерозойского возраста. Исследованиями последних лет элювиальные бентониты выявлены на Южном и Среднем Урале, в Казахстане, на Алтае, юге Сибирской платформы и ряде других мест. Некоторые из этих месторождений представляют несомненный практический интерес, большинство же, как показали исследования, не отличаются чистотой и имеют обычно небольшую мощность, редко измеряемую метрами.
В процессе выветривания из коренных пород, прежде всего, выносятся наиболее подвижные компоненты: щелочи, щелочные земли и закислые соединения железа. Поэтому конечные продукты выветривания состоят из силикатов с низким содержанием растворимых оснований или же из гидратов полуторных окислов.
Монтмориллонитовые и монтмориллонитсодержащие горизонты, представляющие интерес для поисков бентонитового сырья, приурочены к средней и частично к переходной и нижней (корневой) зонам – зонам конечной гидратации и выщелачивания профилей кор выветривания. Верхняя зона последних – зона окисления и конечного гидролиза уже представлена каолинитовыми, галлуазитовыми и охристыми глинистыми образованиями, а также железняками.