Страницы Список страниц 9 10 11 12 13 · · ·  42                    

МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ВУЛКАНИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Лава вулканов представляет магму, поднявшуюся из глубин, по вулканическому кратеру или по трещинам и застывшую на поверхности земли. Среди лавы нередко встречаются в виде включений хорошо образованные кристаллы многих силикатов.

Кроме того, при поднятии лавы из глубин на поверхность земли, в область меньшего давления, растворенные в ней пары и газы освобождаются и бурными струями выбрасываются наружу.

Газообразные продукты вулканических извержений, главным образом водяной пар, СО2, H2S, SО2, НСl, HF и FeCl3, вступая в реакцию друг с другом и с газами атмосферы, дают начало различным минералам, отлагающимся в вулканических трещинах и по краям кратеров. Таким образом из H2S и SO2 получается сера, оседающая желтовато-белыми выцветами и кристаллами в трещинах застывшей лавы и по стенкам кратеров; при подобных же условиях из паров хлорного железа и воды образуется железный блеск Fe2O3.

Иногда такие выделения вулканов достигают довольно крупных размеров. Так, в 1817 г. в одной из трещин Везувия в течение 10 дней образовалась жила железного блеска до 1 м мощностью. Но по большей части эти месторождения не имеют практического значения, ввиду своих незначительных размеров.

Пегматитовая жила с разветвлениями

Рис. 41. Пегматитовая жила с разветвлениями

§ 12. ПРОЦЕССЫ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ В ЗОНЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ (ГИПЕРГЕНЕЗ)

Наиболее мощными факторами химического разрушения магматических минералов, с одной стороны, и созидания новых минералов — гипергенных — с другой, являются вода, кислород и углекислота.

Для повышения концентрации тех или иных веществ весьма существенную роль играют коллоидные процессы и жизнедеятельность организмов (биохимические процессы).

а) МИНЕРЛЛОНАКОПЛЕНИЕ ПРИ ПРОЦЕССАХ МЕХАНИЧЕСКОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ

Горные породы, ВЫХОДЯЩИе на поверхность земли, постепенно разрушаются колебанием температуры, силой ветра и амосфер-ных осадков и превращаются в кучи обломков, щебня и дресвы. Эти продукты разрушения уносятся текучими водами, отлагаясь у подножия горных склонов и далее в долинах рек и ручьев (рис. 42).

Разрушенные горные породы распадаются, таким образом, на составные части и сортируются водой по удельному весу и по величине зерен. Так как одновременно идут процессы химического выветривания, то неизменными остаются только устойчивые минералы, обладающие достаточной твердостью и малой растворимостью в природной воде.

Таким образом, процесс механического разрушения пород сопровождается разделением минеральных ассоциаций на составляющие минералы и дальнейшим разделением их, по устойчивости, твердости, удельному весу и размерам зерен. За счет этих процессов идет концентрация отдельных определенных минералов, что приводит к обогащению некоторых участков тем или иным минералом, часто практически важным.

Так, в руслах рек и речек образуются вторичные скопления минералов, пески и россыпи. Преобладающим минералом в них чаще всего является кварц, вместе с ним встречаются зерна полевых шпатов и других минералов. Нередко, однако, россыпи содержат ряд ценных минералов: самородного золота, платины,

Схематический разрез разрушающейся золотоносной кварцевой жилы

Рис. 42. Схематический разрез разрушающейся золотоносной кварцевой жилы:
1—гранит; 2—делювии; 3—золотоносная жила; 4—разрушенная жила

алмазов, оловянного камня, вольфрамита, циркона, монацита и др. Эти россыпи имеют огромное практическое значение, превосходящее иногда значение коренных месторождений соответствующих минералов.

б) МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ПРОЦЕССАХ  ХИМИЧЕСКОЕ ВЫВЕТРИВАНИЕ

Наряду с механическим выветриванием идут и процессы химического изменения разрушающихся горных пород. Главным деятелем при этом является природная вода, действующая как универсальный растворитель. Он всегда содержит некоторые количества углекислого газа и кислорода, которые значительно повышают ее растворяющую способность.

При химическом выветривании полевые шпаты и многие другие алюмосиликаты переходят в каолин и глины. Кварц частью выделяется в виде песка, частью переходит в растворимое состояние. Соли Fe, К, Na, Са и отчасти Mg растворяются и уносятся текучими водами. Часть солей Mg входит в состав образующихся в зоне выветривания устойчивых карбонатов — магнезита и доломита.

Несмотря на то что при этом переходят в растворимое состояние и уносятся природными водами соединения щелочных, щелочноземельных элементов и отчасти железа, общий объем продуктов химического выветривания благодаря присоединению воды и более рыхлой (пористой) их структуре увеличивается в среднем на 30% по сравнению с объемом первоначальной изверженной горной породы.

Познакомимся теперь с важнейшими минералообразующими процессами и минералами зоны выветривания.

Процессы каолинизации. Как упомянуто выше, каолин и глины являются продуктами выветривания полевых шпатов и других алюмосиликатов.

Реакции идут в схеме примерно так:

2KAlSi3О8 + СО2 + 2Н2О = Al2(ОН)4 (Si2O5) + K2CO3 + 4SiO2.

ортоклаз                                   каолин

В состав глин, кроме каолина, входят, как механическая примесь, водные и безводные окислы железа и алюминия; кремнезем, а также углекислый кальций и в небольшом количестве ряд сложных водных и безводных вторичных силикатов.

Процессы латеритизации и бокситизации.

Латеритом и бокситами называют продукты выветривания разнообразных алюмоси-ликатных пород в условиях жаркого, но не очень влажного климата; латерит образуется в огромных количествах и в настоящее время, представляя обычную почву тропических стран, покрывающую почти четвертую часть всех материков.

Латерит, как и боксит, состоит главным образом из гидратов

окиси алюминия, окрашенных окислами железа в красновато-бурый или даже тёмнокрасный цвет, причем кремнезема в нем очень мало или нет совершенно.

Процессы бокситизации.

С процессами латеритизации, происходившими также и в прежние геологические периоды, тесно связано образование бокситов — важнейшей промышленной руды на алюминий.

Боквиты отличаются от латеритов главным образом более низким содержанием окиси железа, количество которой, однако, колеблется в широких пределах — от 0,1 до 20% и более.

При бокситизации горных пород переходят в раствор и уносятся природными водами основания, фосфорная кислота и большее или меньшее количество кремнезема, содержание которого в боксите часто понижается до 1—4%.

Главными составными частями бокситов являются гидраты окиси алюминия, представленные в одних случаях диаспорой АlO(ОН), в других — гидраргиллитом А1(ОН)3 или тем и другим одновременно, обычно с примесью незначительных количеств каолина и большего или меньшего количества окиси железа в виде маловодных гидратов Fe2O3. Иногда примешан кварц и другие минералы.

Процессы бокситизации нередко идут при деятельном участии углекислого газа, растворенного в грунтовых водах.

Существенную роль в изучении процессов бокситизации и отложения боксита сыграли исследования А. Д. Архангельского и его сотрудников, приведшие к открытию крупных залежей боксита в различных частях СССР.

в) МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В РАЗРУШАЮЩИХСЯ РУДНЫХ ЖИЛАХ

Рудные жилы, вскрытые процессами эрозии и выходящие на земную поверхность, также подвергаются процессам выветривания. Колебания температуры, вода, замерзающая в трещинах, и корни растений механически разрушают как окружающие горные породы, так и тело самой рудной жилы. Проникающие по трещинам грунтовые воды, богатые растворенным кислородом, углекислотой и органическими веществами, являются главным деятелем, производящим химическое разрушение.

Рудные минералы в таких жилах состоят по преимуществу из сернистых соединений, в связи с чем процессы их химической переработки идут обычно более интенсивно, чем разрушение окружающих горных пород, и вызывают образование ряда новых вторичных рудных минералов. Это приводит часто к перераспределению в рудной жиле металлов, что имеет иногда большое экономическое значение.

Под влиянием выветривания горные породы и заключенные в них руды превращаются в сочетания минералов, наиболее устойчивых в поверхностных условиях; постепенно образуются более или менее рыхлые массы измененных горных пород— глин, песка, бурого железняка и труднорастворимых на поверхности углекислых, сернокислых и кремнекислых соединений меди, цинка, свинца и других металлов, а также самородных элементов — золота, серебра и меди.

Эта верхняя часть разрушающейся рудной жилы носит название зоны окисления и имеет различную мощность в зависимости от климата, количества атмосферных осадков, уровня грунтовых вод, водопроницаемости пород, рельефа местности и в особенности от первоначального состава минералов рудной жилы.

Часто зона окисления бывает окрашена в желто-бурый или красно-бурый цвет, вызванный окислами железа, и поэтому носит название железной шляпы. Иногда она настолько богата железом, что ее разрабатывали в качестве железной руды, например, во многих местах Урала.

Ход процессов изменения важнейших рудных минералов в зоне окисления представлен, в следующих схемах.

1. ZnS + 2O2 = ZnSO4; ZnSO4 + СаСO3 = ZnCO3 + CaSO4

                                                                     смитсонит

4 ZnSO4 + 6H2O + 2SiO2 = Zn4(OH2) [Si2O7] · H2O + 4 H2SO4

                                                       каламин

2. PbS + 2O2 = PbSO4; PbSO4 + CO2 + H2O = PbCO3 + H2SO4

                    англезит                                        церуссит

3. Sb2S3 + 6O2 + 3H2O = Sb2O3 + 3H2SO4

4. CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4; 2CuSO4 + 2CaCO3 +H2O =

= Cu(OH)2 CuCO3 + 2 CaSO4 + CO2.

малахит

Кроме того, при окислении медного колчедана получается железный купорос FeSO4, а конечным продуктом является лимонит.

При окислении пирита и пирротина (магнитного колчедана), которые содержат серы больше, чем ее нужно для образования сульфида двухвалентного железа; получается свободная серная кислота:

FeS2 + Н2O +7O = FeSO4 + H2SO4

пирит

Fe7S8 + Н2O + 31 О = 7 FeSO4 + H2SO4.

пирротин

Конечным продуктом окисления железа, входящего в пирит и пирротин, является опять-таки л и м о п и т.

Если в состав сульфидных минералов входили золото или серебро, они в зоне окисления обычно выделяются в самородном состоянии, как иногда выделяется и медь.

В этих же условиях возникают скопления окисленных минералов или агрегатов, нередко коллоидного характера и сложного состава. Они, обычно, землисты и нередко окрашены в яркие цвета. Подобные образования называют охрами. Они нередко сами являются рудами, а иногда представляют собой важные указания на содержание в данном месторождении интересных в практическом отношении элементов. В этом случае они являются хорошими поисковыми признаками и помогают отысканию различных руд. Как пример, можно привести минерал ту н гстит, имеющий состав WO3 · nH2O и образующийся в зонах окисления вольфрамовых руд. Его охристые агрегаты окрашены в канареечно-желтый цвет и сопровождают все месторождения вольфрамовых руд.

В сходных условиях могут возникнуть и более сложные по составу минералы, являющиеся также важными поисковыми признаками при поисках месторождений урана. Они обычно также ярко окрашены и несколько напоминают слюду. Их объединяют в группу урановых слюдок. Наиболее типичны торбернит CuU2(PО4)2О4 · 12Н2О изумрудно-зеленого и карнотит K2U2(VО4)2О43H2О яркожелтого цвета.

В более глубоких слоях разрушающейся рудной жилы вертикальное движение грунтовых вод, притекающих по трещинам сверху, замедляется и, наконец, ниже гидростатического горизонта сменяется медленным движением в горизонтальном направлении, благодаря чему достигается наиболее длительное соприкосновение между минералами и водой. Кроме того, грунтовые воды в этой зоне почти лишены кислорода и углекислоты, израсходованных на образование карбонатов и окислов в зоне окисления, и могут содержать свободную серную кислоту и медный купорос, получающиеся в качестве побочных продуктов в зоне железной шля-п ы (см. выше).

Эти растворенные вещества, реагируя с сульфидами, дают вторичные руды, типичные для меднорудных жил. Реакции идут примерно так:

ZnS + CuSО4 = CuS + ZnSО4  

цинкова    ковеллин

обманка

CuFeS2 + CuSО4 = 2CuS + FeSО4

халькопирит   ковеллин

5FeS2+ 14CuSО4 + 12H2О = 7Cu2S+5FeSО4 + 12H24

пирит                                халькозин           серная кислота

Подобным же образом из медного колчедана получаются медный блеск Cu2S и, реже, борнит Cu5FeS4 (5Cu2S · Fe2S3).

Зона образования этих вторичных руд носит название зоны цементации (по характеру реакции) или зоны вторичного обогащения, так как вторичные сульфиды содержат гораздо больше меди, чем исходный материал—халькопирит.

Вторичная зональность в разрушающееся меднорудной жиле

Рис. 43. Вторичная зональность в разрушающееся меднорудной жиле (по оригинальному рисунку В. В. Критского)

Общая схема описанных выше процессов, вызывающих перераспределение меди в разрушающейся рудной жиле и местное обогащение медью отдельных зон, представлена на рис. 43. Для простоты взята кварцевая жила с медистым пиритом и халькопиритом в зоне первичных руд. Содержание меди условно показано точками. Чем гуще точки, тем больше содержание меди, которое достигает максимума в богатой окисленной зоне.

Таким образом в результате процессов окисления и цементации (вторичного обогащения) медь, выщелоченная из первичных сульфидов, выделяется в богатой окисленной зоне и в зоне цементации.

Процессы вторичного обогащения имеют особенно важное значение для так называемых медных порфировых руд — рассеянных руд, представляющих вкрапления сернистых медных минералов (чаще всего халькопирита и борнита), более или менее густо распределенных в толщах горных пород и получивших за последние 10—15 лет крупное промышленное значение.

Среднее содержание меди в медных порфировых рудах обычно небольшое, часто не выше 1—2%, и они являются выгодными только благодаря значительным запасам и возможности их обогащения. Во многих месторождениях этого типа указанное выше содержание меди приурочено главным образом в зоне цементации, тогда как зона первичных руд слишком бедна медью.

Главным промышленным минералом зоны цементации является обычно халькозин.

11

10 12