Механизм формирования вторичных месторождений меди и цинка (стр. 2 из 4)

Согласно современным представлениям, рудовмещающие породы здесь формировались в условиях окислительной среды, но образование устойчивого, длительно существующего наложенного восстановительного барьера определило крупные размеры рудных тел, их промышленный характер [2].

В первом типе источник восстановительной среды был сингенетический (красноцветы), а во втором эпигенетический (нефть, газ, битуминозные породы). Оруденение в обоих случаях эпигенетическое [17].

В эпоху, предшествующую рудообразованию, суша характеризовалась широким распространением пород, обогащенных медью, а местами так же медных месторождений и рудопроявлений, вокруг которых формировались вторичные ореолы рассеяния. Размыв этих ореолов и переотложение соответствующего материала привело к накоплению сорбированной меди в осадках красноцветной свиты [2].

Осаждение металлов на восстановительном сероводородном барьере. Рассмотрим проявление сероводородного барьера при избытке и дефиците сероводорода.

Если содержание сероводорода в среде равно тому количеству, которое необходимо для осаждения всех металлов, присутствующих в водах (или превышает его), то в подобных условиях образуются труднорастворимые сульфиды всех металлов, т. е. Fe, Cu, Zn, Pb, Ag и т. д. Поэтому породы и руды будут полиметаллическими в широком смысле этого слова. Отсюда можно сделать два вывода:

2) если руды содержат сульфиды многих металлов, то в среде имелся избыток сероводорода;

1) если руды монометальны или содержат небольшое число металлов, то это может говорить или о дефиците сероводорода на восстановительном барьере или же о монометальном характере поступающих растворов [9].

Теперь представим себе, что кислородные подземные воды, содержащие медь, никель, кобальт, цинк, свинец и другие металлы, двигаются по водоносному горизонту, в нижней части которого имеется восстановительный сероводородный барьер [16]. Однако количество ионов S²- и HS-, необходимых для осаждения металлов, в каждый данный момент меньше, чем количество протекающих металлов (имеются в виду активные концентрации).

В этом случае будут осаждаться сульфиды не всех металлов; осуществится только часть возможных реакций в соответствии с принципом торможения. Примем, что содержание сульфидного иона (S²-) составляет 10-10 моль/л (3,2·10-9 г/л) и реакция осаждения имеет следующий характер:

Cu²+ + S²- →CuS,

Pb²+ +S²- →PbS

Содержание металлов в водах, поступающих к барьеру, примем близким к фоновым, т.е. 1·10-6 - n·10-8 моль/л (n·10-5 - n·10-6 г/л).

Для металлов мало различающихся по реакции осаждения сульфидов (Pb, Zn, Ni, и Co) и величине изобарного потенциала, последовательность осаждения может зависеть от исходных концентраций металлов в водах. Следовательно, в зависимости от концентрации этих металлов в водах, при дефиците сероводорода, сначала может осаждаться или свинец или цинк [11].

Карбонатный барьер. Возникает в местах встречи карбонатных вод с водами другого типа, содержащими значительное количество Cu, Zn, Са, Sr, Ba. Примером может служить барьер на стыке глубинных хлоридных рассолов с гидрокарбонатно-натриевыми водами [13]. Это явление может происходить в опущенном крыле артезианского бассейна, где близко от поверхности залегают глубинные воды. При этом происходят обменные реакции, в ходе которых из вод осаждаются карбонаты щелочноземельных металлов.

Sr²+│ SrCO3

хлоридный рассол± CO²+3 – инфильтрующихся вод→

Ca²+│ CaCO3

В результате этого процесса возникают эпигенетическая кальцитизация; образуются эпигенетические бариты, целестины, стронцианиты. Смещение глубинных хлор-кальциевых вод с приповерхностными может быть обусловлено также тектоническими поднятиями [2]. На карбонатном геохимическом барьере сформировались малахитовые месторождения окисленных медных руд на Среднем Урале (малахит – (Cu2CO3(OH)2) и окисленные месторождения цинка в Канаде и США (Теннеси, Миссури) (смитсонит – ZnCO3, гидроцинкит – Zn5(CO3)2(OH)6).

Щелочной барьер. Этот барьер возникает на участках резкого повышения рН, в частном случае в местах смены кислых вод нейтральными или щелочными (но также и в кислой области при смене сильнокислых вод слабокислыми). Характерным примером щелочного барьера служат многие контакты изверженных и осадочных бескарбонатных пород с известняками. Такой же барьер возникает при формировании зоны окисления сульфидных месторождений. Щелочной барьер имеет особенно большое значение для концентрации большинства металлов, так как интенсивность их миграции в кислой области значительно выше, чем в щелочной [1].

Кислые воды, дренирующие сульфидные месторождения, ультраосновные и другие силикатные породы, содержат значительные количества металлов. При попадании этих вод в известняки рН резко повышается, и металлы выпадают из раствора в виде вторичных минералов, выполняющие карстовые полости или замещающих известняки [9].

Таким путем образовались никелевые месторождения так называемого Уфалейского типа на Среднем Урале. Кислые воды, дренировавшие в районе Уфалея массивы серпентинитов, содержали значительные количества никеля. На контакте с известняками эти воды резко изменяли свой состав, рН их повышался, и никель выпадал из раствора, образуя рудные тела в зоне контакта или в карстовых полостях.

Аналогично кислые воды, несущие железо, попадая в известняки, отдают свое железо, соединения которого выполняют карстовые полости или же замещают кальцит. К такому типу относятся некоторые железорудные месторождения Урала. Щелочной барьер очень характерен для почв, коры выветривания и ореолов рассеяния сульфидных месторождений [16].

В верхних горизонтах большинства лесостепных степных почв создается слабокислая среда за счет разложения растительных остатков (гумусовые кислоты, CO2). Двигаясь вниз, эти воды встречают на некоторой глубине (0,5-1 м) карбонатный горизонт. На контакте с этим горизонтом создается щелочной барьер; возникают условия для осаждения многих металлов [7].

Кислые и слабокислые воды, дренирующие окисляющиеся сульфидные руды, удаляясь от руд во вмещающие породы, также нередко встречают на своем пути щелочной барьер. Этот барьер особенно резко выражен в сухом климате, где почвы и континентальные отложения всегда карбонаты, а также во влажном климате для руд, залегающих в известняках и других карбонатных породах [2].

2. Геохимические типы вторичных месторождений.

По термодинамическим параметрам все месторождения делятся на две большие группы: 1) эндогенные месторождения, образовавшиеся в условиях высоких температур и, как правило, при высоких давлениях, и 2) экзогенные месторождения, образовавшиеся при температурах и давлениях, близких к условиям земной поверхности [1].

2.1 Геохимические типы эндогенных месторождений.

Почти каждая комплексная характеристика эндогенного месторождения наряду с описанием структуры, минералогии и других особенностей содержит сведения о его геохимии. Имеются исследования, специально посвященные геохимии отдельных месторождений.

В геохимическом отношении типы месторождений изучены неодинаково. Рассмотрим относительно лучше изученные колчеданные месторождения, относящиеся к халькофильной группе.

В рудах колчеданных месторождений преобладают сульфиды железа, с которыми ассоциируются сульфиды меди, цинка и других халькофильных элементов. Эти месторождения связаны с ранними стадиями развития геосинклиналий, с вулканическими формациями. Они часто входят в состав офиолитовых или зеленокаменных поясов, образуя прерывистые цепи, простирающиеся на сотни и тысячи километров [18].

Колчеданные месторождения отрабатываются для получения серной кислоты (из пирита), для добычи меди, цинка и попутного извлечения золота, серебра и других металлов [2].

Генезис колчеданных месторождений – предмет дискуссий. Многие исследователи считают, что колчеданные месторождения образовались в результате восходящего движения газово-гидротермальных растворов, генерированных глубинными вулканическими очагами (базальтоидный магматизм) [3].

Рудные компоненты отлагались как на путях их подъема, так и в местах разгрузки растворов на дне моря. В связи с этим различают субвулканические гидротермальные и осадочные колчеданные месторождения. Месторождения первого класса формировались неглубоко от поверхности литосферы (сотни метров) при температуре в десятки и сотни градусов [4].

Доказали, что гидротермы полиметаллической стадии двигались с юга на север, причем они дренировались через пиритные тела, образовавшиеся в предшествующую стадию (рисунок 1).

Рисунок 1. Разрез через Султановское месторождение. Отношение Cu: Zn в породах. Стрелки показывают направление возрастания Cu: Zn в породах – направление движения гидротерамальных растворов в полиметаллическую стадию (по В.Г. Прохорову).

Лучше всего отвечает данным осадочная теория происхождения колчеданных месторождений [3]. Намечается не менее двух этапов рудообразования. В первый этап на сероводородном барьере на дне моря отлагались пластовые залежи пирита. Во второй – полиметаллический этап – толщи пирита служили сульфидным барьером для гидротермальных растворов, несущих медь, свинец и другие халькофильные элементы [8]. Их источником были вмещающие породы, в которых формировались зоны выщелачивания. На сульфидном барьере происходила реакция замещения:

FeS2 +2Zn²+→ 2ZnS+Fe²+

FeS²+2Pb²+→2PbS+Fe²+

9FeS2+5Cu²+→5CuFeS2+4Fe²+4S²-

Возможность аналогичных реакций замещения была экспериментально доказана. Расчетным путем доказано, что изобарный потенциал ∆Z при t=200˚С отрицателен, т. е. процесс термодинамически возможен. Пиритные толщи служили также геохимическим барьером для серебра и золота; при отсутствии геохимического барьера на пути движения гидротермальных растворов руды не образуется, возникает лишь рассеянная минерализация [13].