Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 2. Сера.

Сера была известна человеку еще в глубокой древности: упоминание о ней датируется 2000 годом до н. э. Уже в то время египтяне использовали ее для приготовления косметических средств, красок при отбелке тканей. Римляне употребляли серу как зажигательное оружие. Изобретение пороха арабами (либо китайцами) приблизительно за 1200 лет до н. э. состояло в приготовлении смеси, состоящей из 70-75% нитрата калия, 14-16% древесного угля и 10-15% серы. Гомер упоминает о сжигании серы для дезинфекции, а Плиний Старший - о применении ее для лечения кожных заболеваний. В начале XVII века немецкий алхимик Иоганн Глаубер, растворив серный ангидрит в воде, впервые получил серную кислоту - один из главнейших видов сырья современного промышленного производства. Как химический элемент сера впервые была охарактеризована А.Лавуазье в конце 70-х гг. XVII века. Она поливалентна (S^2-, S⁰, S⁴⁺, S⁶⁺), образуя множество химических соединений. Известно 4 изотопа серы: ³²S (95,1%), ³³S (0,74%), ³⁴S (4,2%), ³⁶S (0,016%), природные отношения наиболее распространенных из которых ³²S/³⁴S соответствуют 21,6-22,7.

В природе сера находится как в свободном состоянии, так и в виде неорганических и органических соединений, являясь 13-м элементом по распространенности; ее среднее содержание в земной коре составляет 4,7^.10^-2 мас. %, а в морской воде - 0,08-0,09 мас. %.

В природных условиях наиболее распространена одна из шести модификаций самородной серы - a-сера, кристаллизующаяся в ромбической сингонии и устойчивая до 95,6°C. В интервале температур 95,6-119,3°С устойчива моноклинная b-cepa, которая при температуре 119,3°C переходит в жидкую l-серу. a-сера встречается в виде просвечивающих кристаллов пирамидального или усеченно-пирамидального облика, а чаще - в виде кристаллически-зернистых агрегатов, скрытокристаллических и зернистых масс. Легко диагностируется по своему желтому цвету различных оттенков; посторонние примеси придают ей бурую окраску различной интенсивности. Нередко сера загрязнена глинистыми и органическими веществами, гипсом, жидкими углеводородами; она может содержать изоморфные примеси мышьяка, селена, теллура, таллия. Твердость серы 1,5-2,5, плотность (удельный вес) - 1,9-2,1 г/см³. При температуре 248°C она горит с образованием SO₂.

Известно большое количество других минеральных форм нахождения серы, широко распространенных в природе; это в первую очередь многочисленные сульфиды (пирит, пирротин, марказит, халькопирит, сфалерит, галенит и др.) и сульфосоли (блеклые руды и др.), а также сульфаты (ангидрит, гипс, мирабилит и др.). Существенные количества серы, связанной в виде сероводорода (H₂S), сернистого ангидрида (SO₂) и других соединений присутствуют в вулканических газах и в водах минеральных источников. Большое количество серы находится в сырой нефти и в природном газе. Так, содержание сероводорода в отдельных залежах природного газа провинции Альберта (Канада) достигает 50%. В сырой нефти количество серы может достигать 14%, составляя в среднем около 5%. В растительных и животных организмах сера связана в виде неорганических и органических (аминокислоты) соединений. Особенно много серы в белках и биологически активных веществах (например, в витаминах).

Большая часть серы (около 80%) в промышленности идет на производство серной кислоты, используемой в основном для получения фосфорных удобрений. Так, например, для выработки 1 т суперфосфата требуется свыше 400 кг серной кислоты. В химической промышленности серная кислота необходима для получения других кислот (фосфорной, соляной и др.), красителей, технических солей, пластмасс. В нефтяной промышленности ее используют для очистки нефтепродуктов, а в металлургии - для травления металлов. В большом количестве серная кислота расходуется при переработке урановых руд и получении урана.

В элементарном виде сера используется резиновой, бумажной и текстильной промышленностью для получения каучука, бумаги и искусственного шелка. Она необходима в спичечном производстве и получении взрывчатых веществ, в пищевой промышленности для осветления пищевых продуктов, при консервировании фруктов и в холодильном деле, в медицине, в сельском хозяйстве - для борьбы с вредителями растений и как удобрение. Сера нужна для получения специальных цементов, в производстве стекла, для обработки древесины и целлюлозы. Важной областью применения элементарной серы может стать производство серных асфальтов и бетонов.

При общем мировом уровне получения серы приблизительно в 50 млн т/год около 33% приходится на переработку нефти и природного газа, около 30% - на разработку месторождений самородной серы, около 14% - на улавливание из газовых выбросов коксохимического производства и цветной металлургии, около 16% - на переработку пирита, пирротина и других сульфидов, около 6% - на переработку ангидрита и других сульфатов. Производство серы в настоящее время определяется не только потребностями в ней, но и необходимостью очистки нефти и газа.

Доля серы, полученной из нефти, природного и промышленных газов, составляющая в настоящее время около половины, имеет тенденцию к неуклонному возрастанию в связи с ужесточением требований по ограничению выброса сернистых газов в атмосферу. При очистке нефти содержащаяся в ней сера переводится в паровую фазу H₂S. В природном газе большая часть серы уже находится в этой форме. Дальнейшая экстракция серы осуществляется методом Клауса: сорбция H₂S каким-либо сорбентом, перевод части H₂S в SO₂, реакция смеси этих газов в соотношении 2:1 в конверторах с получением элементарной серы. Степень извлечения серы этим методом может достигать 99,5%. В Канаде практически всю серу получают таким способом.

Сульфиды железа при нагревании разлагаются с выделением сернистого газа SO₂, который улавливается и переводится в серную кислоту. Из образовавшихся железных шлаков извлекают цветные и благородные металлы. Этот источник получения серных соединений является доминирующим в Испании, Швеции, Норвегии.

Переработка ангидрита обычно осуществляется по методу Мюллера-Кюне: смесь ангидрита, глины, песка и кокса нагревается до температуры 1200-1400°С во вращающихся обжиговых печах. Ангидрит переходит в известь СаО, реагирующую с другими компонентами шихты с образованием цементного клинкера. Выделяющиеся при этом газы содержат до 10% сернистого ангидрида SO₂, переводимого в серную кислоту. Такой способ получения соединений серы является существенным в немногих странах (Великобритания).

Месторождения самородной серы и ныне продолжают оставаться одним из ведущих источников ее получения. В зависимости от геологических условий добыча серных руд осуществляется в открытых или подземных горных выработках, а также методом подземного расплавления (метод Фраша). Сущность этого скважинного метода заключается в нагнетании в зону минерализации сильно перегретой воды, водяного пара и сжатого воздуха, расплавлении серы и откачке ее на поверхность. Такая система разработки возможна при наличии пористых серосодержащих пород, ограниченных водонепроницаемыми литологическими горизонтами, хорошей системой водоснабжения и электроэнергии. В США методом Фраша добывают приблизительно половину всей серы, получаемой в стране.

При классическом способе разработки месторождений самородной серы горными выработками обычно учитывают содержание серы в горной массе, и степень ее дисперсности, состав вмещающих пород, наличие вредных примесей. По содержанию серы различают: богатые (более 25%), рядовые (18-25%), средние (12-18%) и бедные (5-12%) руды. Средние и бедные руды предварительно обогащаются с получением концентратов. Богатые, рядовые руды и концентраты в специальных печах и автоклавах подвергают плавке с получением так называемой <сырой> или <природной комовой> серы, в отличие от <газовой комовой>, получаемой из сероводорода H₂S или сернистого ангидрида SO₂. Природная комовая сера, очищенная переплавкой от технических и химических примесей, называется <рафинированной> серой.

На фоне большого разнообразия генетических типов проявления самородной серы в природе, связанных с молодой вулканической деятельностью, седиментацией, биохимическими процессами, окислением сульфидов в зоне гипергенеза и др., выделяются три главнейших (но неравноценных!) геолого-промышленных типа ее месторождений: вулканогенный импрегнационно-метасоматический, стратиформный в эвапоритовых слоистых толщах и солянокупольный в породах кепроков. Если первый тип включает не более 5-10% запасов и 1-3% мировой добычи самородной серы, являясь ведущим либо даже единственным для отдельных стран (Япония, Чили и др.), то на остальные два типа приходится свыше 90% разведанных запасов и более 95% всей добычи, причем доля стратиформных месторождений в добыче превышает 60%, а солянокупольных - 35%.

Импрегнационно-метасоматический тип в общей группе вулканогенных месторождений самородной серы, включающей также подчиненные сублимационные (сольфатарные) и кратерно-озерные образования, является главенствующим. К нему принадлежат месторождения Новое, Заозерное, Малотойваямское, Ветроваямское на Курильских островах, Мацуо, Адзуми, Акаи, Огуси, Кусацу-Сиране и др. в Японии, Левиатан (Колорадо) в CШA, многочисленные месторождения Чилийских и Перуанских Анд, Эквадора, Колумбии, Мексики, Филиппин. Все они образовались в посткальдерную стадию развития вулканов при гидротермальной переработке андезитовых толщ горячими сернокислыми водами и газовыми эксгаляциями. Рудные тела, сложенные сернистыми кварцитами, опалитами, алунитами, имеют пластообразную, линзообразную и штокверкообразную формы; их мощность колеблется от первых до многих десятков метров, а протяженность достигает сотен метров. Содержание серы в рудах может достигать 40%.

Стратиформный тип является господствующим в мире. Месторождения этого типа неразрывно связаны с эвапоритовыми сульфатно-карбонатными слоистыми толщами пород (галогенными формациями). В настоящее время известно шесть таких помышленно-сероносных формаций: верхнеказанская (месторождения Среднего Поволжья - Водинское, Алексеевское, Сюкеевское и др.), очоанская (месторождения Делаварского бассейна - Дувал, Калберсон и др. в Западном Техасе, CШA), верхнеюрская (месторождение Гаурдак в Туркмении), тортонская (месторождения Предкарпатского бассейна - Тарнобжег, Гржибов, Езерко, Сташув и др. в Польше, Немировское и др. на Украине), мессинская (месторождения острова Сицилия), нижнефарская (месторождение Мишрак в Ираке). Образование этих месторождений связывается с биохимическими процессами в осадках лагунного типа при отложении гипса, ангидрита, галита, мергеля и известняка. Сера сформировалась путем восстановления сульфата при участии анаэробных бактерий (Desulfobrio desulfricans и др.), активизировавшихся при наличии углеводородов; этот микробиологический процесс приводил к образованию сероводорода, который затем окислялся в приповерхностных условиях с выделением самородной серы, осаждавшейся на дно в виде тонких слойков и рассеянной вкрапленности. Принимая во внимание структурный контроль оруденения (приуроченность крупных серных залежей к положительным складчатым структурам, сопряженным с разломами), многие исследователи считают эти месторождения инфильтрационно-метасоматическими. Рудные тела имеют форму пластов и пластообразных залежей, а также стратифицированных линз и гнезд. Их мощность достигает десятков метров, а протяженность - сотен метров. По А.С.Соколову следует выделять два подтипа этих месторождений: залежи в сплошных толщах сульфатных пород и залежи в толщах переслаивания сульфатных и карбонатных пород. Для первого подтипа характерны известняковые руды с высоким содержанием серы (около 25%), для второго - кальцит-доломитовые руды с содержанием серы около 12-14%.

Солянокупольный тип месторождений - второй после стратиформного по промышленной значимости. Месторождения этого типа широко проявлены в зоне Мексиканского залива на территории США (штаты Техас и Луизиана) и в Мексике. Серные залежи приурочены к кепрокам соляных куполов, обнаруживая при этом тесную связь с углеводородами. Их образование также связывают с деятельностью сульфатредуцирующих бактерий, разлагавших ангидрит с выделением сероводорода и отложением ячеистого кальцита. Окисление сероводорода приводило к появлению самородной серы. Соляные купола без признаков углеводородов не содержат серной минерализации.

Месторождение серы Новое.

Месторождение находится в центральной части острова Итуруп Курильской гряды в пределах горного хребта Богатырь, сложенного продуктами миоцен-четвертичного вулканизма. В структурном отношении оно приурочено к плейстоценовой тектонической депрессии вулкана Нового, выполненной субгоризонтально залегающими переслаивающимися осадочными и вулканическими породами. Суммарная мощность этих пород составляет несколько сотен метров; по простиранию они прослеживаются более чем на 5 км.

Основной структурный элемент участка месторождения - экструзивный купол, в составе которого присутствуют рвущие тела дацитов и андезитов с крутыми близвертикальными контактами и пологозалегающие эффузивно-осадочные породы, подразделяемые на две толщи: нижнюю и верхнюю.

Нижняя (предположительно миоценовая) толща представлена туфами, туфобрекчиями и лавами андезитового и андезит-базальтового составов мощностью 300-400 м. Породы толщи разбиты многочисленными разломами и интенсивно переработаны газово-гидротермальными растворами.

Максимальные изменения свойственны верхам толщи, где исходные породы превращены в опалиты, микрокварциты, алунитовые кварциты, гидрослюдисто-монтмориллонитовые и каолиновые образования, обнаруживающие в своем составе элементарную серу. Промышленно сероносными являются кварциты и опалиты.

Верхняя (плейстоценовая?) толща несогласно перекрывает нижнюю; в ее основании залегают туфобрекчии основного состава, переходящие вверх по разрезу в неизмененные двупироксеновые андезито-базальты. Туфобрекчии лимонитизированы и содержат обломки выщелоченных серных кварцитов.

На площади месторождения зафиксированы фумаролы с выходами холодных сернистых газов.

На северо-восточном участке месторождения нижняя (сероносная) толща прорвана дайками и некками, а также перекрыта лавовыми покровами; все эти более поздние образования, оставаясь свежими, либо слабо гидротермально измененными, в своих эндоконтактах заметно импрегнированы серой (до 15-20%).

Промышленная залежь самородной серы имеет пластообразную форму, субгоризонтальное залегание, мощность около 100 м и локализована в кровле нижней толщи (рис. 13). Слагающие ее руды представлены серными кварцитами (внизу), монокварцитами и опалитами. Серные кварциты обнаруживают реликтовую порфировую и агломератовую структуру исходных пород. Руды малосульфидные, содержание серы в них колеблется в широких пределах: от 20 до 80%. Сульфидов железа мало, лишь в отдельных местах их количество резко увеличивается до 15%. В.С.Знаменским и В.В.Чеботаревым отмечается большое разнообразие текстур и структур на месторождении. В наиболее богатых рудах сера образует непрерывный сетчатый либо ячеистый агрегат (сетчатые, очковые, пятнистые текстуры); самые бедные руды характеризуются изолированным распределением индивидуумов серы (вкрапленные, прожилковые текстуры). Устанавливаются также полосчатые (в том числе и концентрически-полосчатые, колломорфные, брекчиевые, слоистые и др.) текстуры. При господстве псевдоморфных хемогенных структур замещения, указанными исследователями в рудах месторождения отмечаются также разнообразные хемогенно-седиментогенные и расплавогенные структуры.

Рис. 13. Схема распределения измененных пород серного месторождения Новое (по Е.Д.Петраченко). 1 - базальты и туфы; 2 - дациты; 3 - алунитовые кварциты; 4 - аллювиальные и озерные отложения; 5 - пропилитизированные породы; 6 - сера в различных измененных породах; 7 - каолинизированные породы; 8 - пористые опалиты (выщелоченные серные руды); 9 - серные руды, частично выщелоченные с очковой структурой; 10 - серные кварциты и опалиты.

Под рудной залежью развиты алунитовые и опал-гипсовые осерненные породы, затем следуют каолинизированные образования, еще ниже - гидрослюдисто-монтмориллонитовые породы и, наконец, пропилитизированные породы без признаков серной минерализации.

Большинство исследователей рассматривают месторождение Новое импрегнационно-метасоматическим, сформировавшимся в результате замещения серой пористых андезитовых толщ и выполнения ею пустот и пор в этих породах. Серная минерализация формировалась под воздействием активных гидротермальных растворов с высоким содержанием сернистых газов, возникших в посткальдерную стадию развития вулкана и метасоматически перерабатывавших вулканиты в кварциты. Здесь отчетливо проявлена метасоматическая вертикальная зональность, свойственная по Г.М.Власову месторождениям этого типа и выражающаяся в появлении ряда (вниз по разрезу гидротермально-измененных пород): бессернистые кварциты и опалиты - сернистые кварциты - алунитизированные кварциты - каолинизированные кварциты -монтмориллонитовые кварциты и пропилиты. Считается также, что руды сформировались в поверхностных и приповерхностных условиях (до глубины 250-300 м - нижней границы циркуляции метеорных вод) в обстановке хемогенного окисления сероводорода до серы. Окисление части сернистых газов до серной кислоты предопределило кислотное выщелачивание рудовмещающих пород.

В результате детального текстурно-структурного изучения руд месторождения В.С.Знаменским и В.В.Чеботаревым показано, что в их формировании помимо господствующих процессов гидротермально-метасоматического замещения и выполнения проявились также осаждение и переотложение в осадках водоемов, плавление серы и ее инъецирование в пустоты.

Несмотря на значительные запасы, месторождение не разрабатывается в связи с трудными горно-геологическими и экономико-географическими условиями.

Месторождение серы Мишрак в Ираке.

Гигантское месторождение Мишрак, содержащее как минимум 100 млн т элементарной серы, находится приблизительно в 315 км к северу от Багдада на левом берегу Тигра. Оно было открыто в ходе поисково-разведочных работ 1960-1962 гг., проводившихся советскими геологами по договору с правительством Ирака. В региональном плане месторождение приурочено к складчатым образованиям Месопотамской депрессии - краевого прогиба, разделяющего опущенную окраину Аравийской платформы на западе от надвиговой зоны гор Загрос на востоке. Эта депрессия шириной около 200 км, выполненная осадочными породами миоцена, смятыми в линейно-вытянутые на северо-запад складки, характеризуется широким проявлением серной минерализации.

Участок месторождения соответствует одной из таких линейных складок (Мишракская антиклиналь), вытянутой в северо-западном направлении на 11 км при ширине 3,5 км (рис. 14). Ее юго-западное крыло осложнено эшелонированными складками более высокого порядка, а юго-восточное замыкание срезано крутой тектонической зоной. Залегание пластов пород пологое в осевой части структуры и более крутое на крыльях, что предопределяет ее куполообразную, сундучную форму. В северо-западной части Мишракской структуры зафиксировано промышленное скопление природного газа.

Рис. 14. Месторождение серы Мишрак в Ираке (по Баркеру, Кохрану и Семраду). Вверху - геологические разрезы: 1 - доломиты, известняки, мергели; 2 - глинистые сланцы; 3 - гипс; 4 - сера; 5 - евфратские известняки. Внизу - карта изопахит подошвы серной залежи; указаны линии геологических разрезов.

Стратиграфо-литологический разрез пород, слагающих месторождение, приведен в таблице 7. Серусодержащие породы принадлежат формации нижний Фарс (средний миоцен, тортон), подразделяемой здесь на четыре толщи. Продуктивной является базальная нижняя толща мощностью 60-140 м, перекрывающая с трансгрессивным несогласием биогенные евфратские известняки нижнего миоцена мощностью свыше 280 м. В верхней части разреза этих известняков присутствует в небольшом количестве самородная сера.

Продуктивная (нижняя) толща сложена тонкозернистым первичным карбонатом, вторичным кальцитом с серой и гипс / ангидритом. Первичный карбонат аргиллитизирован, содержит диспергированные битумы и представлен доломитом, известняком и мергелем. В составе толщи три рудные зоны, характеризующиеся резким преобладанием перекристаллизованного (вторичного) кальцита и самородной серы с битумами над первичными гипс / ангидритовыми образованиями. Мощность каждой рудной зоны около 30 м; зоны разделены друг от друга слабо минерализованными пластами доломитов, мергелей и глинистых сланцев. В осевой части антиклинали каждая зона представляет единую массивную залежь, которая во фланговых окончаниях (в крыльях складки) расщепляется на множество маломощных слойков. По латерали зоны переходят в гипс/ангидритовые и первичные карбонатные образования. Ширина рудных зон сокращается вверх по разрезу: максимальная протяженность по латерали, как это хорошо видно в поперечном разрезе (рис. 14), характерна для самой нижней из них.

Выше по разрезу продуктивная толща сменяется сульфатной (тонко-среднезернистый гипс/ангидрит с прослоями битуминозного мергеля) и карбонатно-кластической (известняк, гипс, глина) толщами, выходящими на поверхность в центральной части структуры. Верхняя сульфатно-кластическая толща (гипс, известняк, известковистый песчаник и глина) толща нижнего Фарса окаймляет по периферии Мишракскую антиклиналь, обнажаясь на флангах месторождения. Самыми молодыми образованиями, развитыми вдоль юго-западного фланга, являются верхнемиоценовые породы формации верхнего Фарса, представленные пестрыми известковистыми глинами с маломощными прослоями гипса, известняка, мергеля и песчаника.

Хотя самородная сера достаточно широко развита в трех нижних толщах формации нижний Фарс и даже в нижезалегающих евфратских известняках, ее промышленные концентрации связаны с тремя рудными зонами нижней (продуктивной) толщи; эти рудные зоны представляют независимые сближенные рудные тела. Их суммарная мощность варьирует от 2 до 123,9 м, а мощность перекрывающих пород - от 73 до 303,1 м. Площадь контура промышленной минерализации в плане составляет около 10 км². Среднее содержание серы в рудах для месторождения в целом - 23,14 мас.%. Характеристика отдельных рудных зон приведена в таблице 7.

Серная минерализация в рудах проявлена разнообразно. Выделяется семь ее текстурных типов: полосчатый, гнездовый, рассеянно-вкрапленный, псевдобрекчиевый, брекчиевый, прожилковый и рассеянно-прожилковый. Полосчатая руда представляет чередование слойков тонкозернистой серы и крупнокристаллического вторичного известняка. Гнездовая руда характеризуется наличием неправильных гнезд в известняках или овальных - в доломитах, выполненных серой и кальцитом с образованием жеод. Рассеянно-вкрапленная руда обнаруживает незакономерные рассеянные мелкие включения кристаллической серы в кальцитовой массе. Угловатые обломки мергеля и доломита в массе кристаллического кальцита и арагонита с серой индивидуализируют брекчиевую текстуру; если обломковидные обособления мергеля и доломита имеют сглаженные очертания, то такая текстура рассматривается как псевдобрекчиевая. В прожилковой руде сера нередко с крупнокристаллическим арагонитом выполняет многочисленные мелкие жилки различной морфологии. Если последние редки, а их мощность достигает нескольких см, то такая руда относится к рассеянно-прожилковой.

Руды месторождения отличаются повышенной битуминозностью: в отдельных сечениях содержание рассеянных битумов может достигать 10%. Другие примеси практически отсутствуют.

Образование уникального по масштабам Мишракского месторождения, как считают изучавшие его геологи, обусловлено благоприятным сочетанием мощных толщ сульфатных пород (гипс и ангидрит формации нижний Фарс), крупных скоплений углеводородов (залежь природного газа на северо-восточном фланге месторождения и обилие битумов во вмещающих породах), их тесной гидродинамической связью по разломам, трещинам и пористым закарстованным породам, наличием антиклинальной структуры как ловушки для сероводорода, образовавшегося за счет сульфатов, присутствием сульфатредуцирующих бактерий (Desulfovibrio desulfuricans).

В результате взаимодействия сульфатных пород с углеводородами при участии сульфатредуцирующих бактерий произошло образование сероводорода и вторичного кальцита:
CaSO₄ + СH₄ + (анаэробные бактерии) --восстановительная среда→ H₂S + СаСO₃ + Н₂О.

Накопившийся практически на месте сероводород, оказавшись благодаря инфильтрации богатых кислородом поверхностных вод р. Тигр в окислительных условиях, переходил в элементарную серу, кристаллизовавшуюся в пустотах и порах вторичного известняка:
2H₂S + О₂ --окислительная среда→ 2S + 2Н₂О.

В последние годы месторождение интенсивно разрабатывалось методом подземного расплавления с ежегодным уровнем добычи серы около 600 тыс т.

Месторождения самородной серы Мексиканского залива

Побережье Мексиканского залива характеризуется широким развитием соляных куполов - штокообразных диапировых тел сложной формы, сложенных преимущественно галитом и венчающихся кальцит-гипс-ангидритовыми шляпами (кепроками). Все породы шляпы содержат воду, насыщенную сероводородом, хлористым натрием и другими солями, а также нередко углеводородами. Помимо указанных минералов в соляных диапирах этого региона зафиксированы резко подчиненные количества доломита, кварца, барита, целестина, сидерита, гауэрита, гематита и пирита. Образование диапиров происходило в результате подъема масс каменной соли, слагающей пласты юрского возраста, находящиеся на глубине 6-15 км. Район развития соляных куполов находится в границах позднетретичной нефтяной провинции.

Из 329 таких разведанных структур на территории США (штаты Техас и Луизиана) в 24 установлены промышленные скопления самородной серы, приуроченные к породам кепроков. На территории Мексики (перешеек Туантепек) выявлен 41 соляной купол, в четырех из которых также зафиксирована серная минерализация. В настоящее время сера обнаружена в кепроках куполов, разбуренных в акватории залива (купол Челенджер Нолл: глубина моря - 3572 м, удаленность от берега - 350 км). Как правило, с кепроками сероносных соляных куполов связаны залежи нефти и газа, находящиеся либо в самих кепроках, либо примыкающие к его краевым частям.

Рис. 15. Месторождения солей Мексиканского залива (по Дэвису и Киркланду). Схематический разрез кепрока типичного соляного купола с характерной зональностью, включая положение серной минерализации.

Рис. 16. Положение серных залежей (показаны крапом) в контурах вершинных частей соляных куполов в районе Мексиканского залива (по Ладу и Майерсу). 1 - Нью-Галф-Болинг, Техас; 2 - Хальтипан, Мексика; 3 - Хай-Айленд, Техас; 4 - Каминада-Пасс, Луизиана; 5 - Чакахула, Луизиана; 6 - Сан-Кристобаль-Капоакан, Мексика; 7 - Дамон-Маунд, Техас; 8 - Мосс-Блафф, Техас; 9 - Гранд-Икайл, Луизиана.

Максимальные мощности пород сероносных кепроков варьируют в пределах первых сотен метров, достигая величины 360 м, а глубина залегания их кровли не превышает 550 м. Подавляющее большинство серных залежей в составе кепроков залегают в интервалах глубин от 280 до 610 м. Возраст осадочных пород, окружающих и перекрывающих сероносные кепроки, варьирует от олигоценового до плиоценового.

Зональность пород кепрока, свойственная соляным куполам, обычна и в их сероносных разновидностях (рис. 15): выше соли находится зона ангидрита, основание которой является относительно ровным, далее - трещиноватая и раздробленная переходная зона (гипс, ангидрит, кальцит) с постепенным увеличением вверх доли кальцита, наконец, верхняя зона - кальцитовая (кавернозный брекчированный тонкокристаллический известняк с полостями, выполненными крупнокристаллическим кальцитом). Серная минерализация локализована в переходной и в нижней части кальцитовой зоны. В ангидритовой зоне сера встречается редко, а в породах соляного штока отсутствует вообще. Серная залежь может продолжаться за пределы кепрока во вмещающие его породы; в плане она имеет сложную морфологию, причем ее контуры, как правило, не совпадают с границами кепроков (рис. 16).

Сера представлена зернистыми массами и кристаллическими агрегатами, замещающими гипс и кальцит; она выполняет трещины и пустоты в известняках и располагается между зернами других минералов. Мощность промышленной залежи с содержанием серы 15-25% может достигать 100 м, составляя в среднем около 30 м.

Одним из крупнейших месторождений серы этого региона является Растлер-Спрингс (CШA), находящееся в 70 км к северо-западу от г. Пекос. Соляной купол месторождения находится в окружении меловых и третичных отложений. Бурением установлено, что площадь промышленной залежи в плане превышает 250 га, а ее мощность составляет около 145 м. Залежь расположена в интервале глубин 72-377 м от поверхности. Общие запасы серы составляют 60 млн т, при ее содержании 15-18%.

Месторождение разрабатывалось методом Фраша с 1969 года, максимальная годовая добыча превышала 2 млн т серы.

По представлениям американских геологов формирование зон кепрока происходило при подъеме соляных масс как результат растворения каменной соли в зоне циркуляции подземных вод. Труднорастворимый ангидрит накапливался на вершине купола, причем часть его гидратировалась и переходила в гипс. Образование серы, по своему химизму идентичное приведенному для стратиформных месторождений (см. Мишрак), связано с поступлением в ангидритовую зону метеорных вод с растворенными в них углеводородами и содержащими анаэробные сульфатредуцирующие бактерии. Анаэробные бактерии получали энергию при окислении углеводородов, сопровождавшемся редукцией сульфат-иона до H2S и освобождением СаО и СО₂, которые, мигрируя, связывались в кальцит по верхнему краю ангидритовой зоны, а последующее окисление сероводорода под воздействием, например, слабо окисленных грунтовых вод приводило к выпадению самородной серы. Однако условия окисления сероводорода достоверно неизвестны. Такое биохимическое образование самородной серы доказывается наличием в водах месторождений сульфатредуцирующих бактерий, а также более высокими отношениями S³²/S³⁴ в самородной сере сравнительно с ангидритом и С¹²/С¹³ в кальците кепрока сравнительно с кальцитом первичного осадочного известняка.

Назад | Содержание | Вперед