Основы минералогии гипергенеза

В обстановке практически не изменяющихся климатических и геолого-геоморфологических условий в рассмотренных рудных районах процесс формирования зоны гипергенеза развивается как однозначно направленный, ослабевающий с глубиной, подчиненный закономерностям, связанным с распределением в вертикальном разрезе месторождений типов руд, окисляющих агентов, тектонических условий, а также вмещающих пород. Окисление руд происходит в этом случае последовательно, поэтому поступление различных продуктов в гипергенные воды и кристаллизация из них минералов становится зависимыми в большей мере от характера зональности первичного оруденения. В результате направленного процесса создается закономерная последовательность распределения продуктов гипергенеза, так называемая вертикальная зональность, выражающаяся в том, что приповерхностные горизонты месторождения представлены наиболее глубокоокисленными рудами, сменяющимися с глубиной полуокисленными и далее слабоокисленными рудами с процессами вторичного сульфидного обогащения, классически же приуроченными к корням гипергенного профиля - к уровню грунтовых вод. Начальная стадия формирования зоны гипергенеза в этом случае оказывается соотносимой со слабоокисленными рудами, а конечная - с рудами глубокоокисленными. В то же время следует иметь в виду, что начальный процесс окисления сульфидов может возникнуть на любом участке разреза зоны гипергенеза, куда агенты выветривания могут проникнуть позднее.

Изучение морфологии и строения зоны гипергенеза на месторождениях Комсомольского района с различным типом оловянного оруденения выявило классическую зональность в профиле зоны гипергенеза лишь на месторождении Перевальное, характеризующемся олово-полиметаллическим типом руд. Здесь довольно четко определились глубокоокисленные руды, а также цементационные образования, развитые близ нижней границы окисленных руд (рис. 20). На месторождении Фестивальное (медно-оловянное оруденение) гипергенный профиль оказался близким к классическому, но осложнен тем, что процессы вторичного сульфидного обогащения здесь известны на нескольких, в том числе и близких к поверхности горизонтах гипергенной зоны. На рудопроявлениях собственно оловянного типа (месторождения Солнечное и Придорожное) горизонт глубокоокисленных руд выражен слабее, чем прочие горизонты, также как и процессы вторичного сульфидного обогащения.

Изучение морфологии и строения зоны гипергенеза на месторождениях Кавалеровского района с различным типом оловянного оруденения показало, что ее классический тип не всегда характерен для месторождений этого района. Отсутствие карьера (на Хрустальном, Арсеньевском и Высокогорском месторождениях), обычно увеличивающего техногенез, или его незначительные размеры на Дубровском месторождении не позволили развиться мощному и хорошо сформированному горизонту глубокоокисленных руд на этих рудопроявлениях. В результате на Арсеньевском (олово-полиметаллическом) и Хрустальном (оловорудном) месторождениях горизонт глубокоокисленных руд выражен слабо, а на Высокогорском (медно-оловянном) практически отсутствует, и только на Дубровском (оловорудном) месторождении отмечается горизонт глубокоокисленных руд мощностью до 20-30 м. Горизонты полуокисленных и слабоокисленных руд хорошо выражены и прослеживаются на всех месторождениях района. Горизонт вторичного сульфидного обогащения отмечается на всех рудопроявлениях, но выражен также крайне слабо.

Детальное исследование минерального состава и строения зоны гипергенеза изученных месторождений Комсомольского и Кавалеровского районов позволило выделить следующие стадии гипергенного минералообразования: сульфатную, сульфатно-арсенатную, силикатно-гидроксидножелезистую и техногенную (табл. 74), которые соответственно связаны с эволюцией кислых, близнейтральных и щелочных растворов, а техногенные минералы кристаллизуются в широком диапазоне изменения рН. Порядок минералов в таблице, там где это было возможно, приведен в связи с последовательностью образования этих минералов на стадии.

Ранняя с у л ь ф а т н а я стадия характеризуется интенсивным экстрагированием из первичных минералов рудогенных элементов - Cu, Pb, Zn, Fe и S. Окисление сульфидов начинается в сернокислых растворах с рН< 3 с образованием в случаях слабого их разбавления комплексных катионов типа [FeHSO₄]⁺², [FeHSO₄]⁺, [CuHSO₄]⁺⁴, [PbHSO₄]⁺ и [ZnHSO₄]⁺.

Величина окислительно-восстановительного потенциала среды на начальном этапе окисления сульфидов должна быть не ниже +0,6 В, так как процесс распространяется и на наиболее устойчивый в ходе окисления пирит с высоким электродным потенциалом при небольших значениях рН. В результате постепенного разбавления растворов, повышения их рН и гидролиза указанных комплексов начинается кристаллизация таких основных и нормальных сульфатов, как ярозит, халькантит, познякит, брошантит, антлерит и др. Попутно происходит формирование гидрогётита.

Для минералов сульфатной стадии сложились специфические парагенетические ассоциации и их последовательность в процессе кристаллизации. Первыми в этой стадии образуются питтицит, бедантит и ярозит. Позже происходит почти одновременная кристаллизация серпиерита и познякита, которые имеют тесные срастания друг с другом. Вудвардит, ктенасит и роуволфит образуются позже. Брошантит в ассоциации с познякитом кристаллизуется еще позднее. Взаимоотношения брошантита с антлеритом не однозначны и могут быть обратимыми. Гидроксиды железа на этой стадии могут формироваться многократно, что подтверждается не однотипными взаимоотношениями их с сульфатами. Кислая (сульфатная) стадия установлена на всех месторождениях Комсомольского и Кавалеровского районов и приурочена в основном к слабоокисленным рудам, что указывает на высокую степень общности результатов изучения стадийности. Наиболее ярко данная стадия проявлена на медно-оловянных месторождениях Фестивальное и Высокогорское.

С у л ь ф а т н о-а р с е н а т н а я стадия приурочена главным образом к полуокисленным рудам и характеризуется преобладающим значением арсенатов Cu, Pb и Fe (оливенит, клиноклаз, байлдонит и др.). Типичной становится следующая очередность в минералообразовании - миметезит выделяется позже бедантита и одновременно с англезитом этой стадии, с которым образует тесные срастания. Дюфтит образуется раньше байлдонита; скородит кристаллизуется как раньше клиноклаза, так и после него. В ассоциации с дюфтитом скородит выпадает раньше, а с байлдонитом позже. Гидроксиды железа (гидрогётит) формируются также на протяжении и этой стадии, причем неоднократно, что привело к их неоднозначным взаимоотношениям с сульфатами и арсенатами. Эта стадия ярче выражена на месторождениях собственно оловянного типа (месторождения Придорожное, Солнечное, Дубровское и Хрустальное), где шире распространен арсенопирит, слабее - на месторождениях медно-оловянных руд и совсем слабо - в зоне гипергенеза олово-полиметаллических оруденений.

С и л и к а т н о-г и д р о к с и д н о ж е л е з и с т а я стадия формирования окисленных руд тяготеет к глубокоокисленным рудам и определена ассоциациями характерных минералов, формирующихся в эту стадию: силикатов, кварца, опала, оксидов и гидроксидов Fe и Mn. Обычны также карбонаты, фосфаты и ванадаты, свидетельствующие об активности в растворах соответствующих анионов. Величина рН растворов в этот период отчетливо выше 7. Среди индивидуализированных слоистых силикатов первым образуется нонтронит, затем яхонтовит и далее хризоколла. Малахит имеет различные генетические соотношения с хризоколлой, но в целом карбонаты обычно предшествуют силикатам. Малахит имеет различные генетические соотношения с хризоколлой, но в целом карбонаты обычно предшествуют силикатам. При сравнительно большой разбавленности растворов и уменьшении количества меди в нем малахит выделяется позже азурита, хотя есть и обратные случаи. Вивианит и скородит интенсивно замещаются гидроксидами железа. Образование гидромусковита, стильпномелана, аллофана и кварца, очевидно, осуществляется позже отложения основной массы лимонита и связано с процессом преобразования гелей протогидроксидов железа под влиянием поровых растворов, богатых К, Na, Cu, Si и Al. Взаимоотношения гидроксидов железа с малахитом, азуритом, нонтронитом и хризоколлой неоднозначны, так как отложение гидрогётита происходило неоднократно. При этом в ассоциации с гидрогётитом появляются гематит и лепидокрокит. Последовательность образования гидроксидножелезистых минералов представляется следующей: гидрогётит гематит лепидокрокит. Силикатно-гидроксидножелезистая стадия минералообразования хорошо прослеживается в зоне гипергенеза на всех рудопроявлениях Комсомольского и Кавалеровского оловорудных районов.

Т е х н о г е н н а я стадия проявлена практически на всех рудопроявлениях в широком диапазоне изменения рН растворов от 3 до 8. На месторождениях Комсомольского района чаще отмечаются образования, состоящие из одной или двух минеральных фаз: минералы халькантит, познякит, серпиерит, вудвардит, эвансит, церулеит, лискирдит, (Cu-Sn руды); халькантит, ктенасит питтицит и роценит (Sn руды); халькантит, ктенасит и роуволфит (Sn-Pb-Zn руды), а полиминеральные техногенные образования встречены только на Cu-Sn месторождении Фестивальное (обр. 4 и 5, табл. 73). На рудопроявлениях Кавалеровского района техногенные образования, состоящие из одной или двух фаз, обнаружены только на Хрустальном (Sn) руднике (кальцит, гипс, гидраргиллит, скородит и фиброферрит). Все остальные белые и голубые техногенные пробы Кавалеровского района (табл. 72, 73) состоят из 3 и 4 минералов, где преобладающими являются аллофаноиды (12-86%), гидраргиллит (50-82%), халькантит (6-22%), алюмогидрокальцит (8-14%), кальцит (4-8%), гипс (6%). Вудвардит, ростит и малахит отмечаются редко. Такие полиминеральные техногенные образования на месторождениях Дубровское (Sn), Арсеньевское (Sn-Pb-Zn) и Высокогорское (Cu-Sn) образуются значительно чаще. Железосодержащие техногенные образования - глоккерит и гизингерит (табл. 68 и 71) также более типичны для Кавалеровского района. Надо сказать, что техногенные процессы находятся в стадии более активного развития в Кавалеровском районе где мономинеральные пробы встречаются реже, а значит происходит активное формирование и зоны окисления. Распространены здесь в основном полиминеральные рентгеноаморфные образования, для которых характерны изменения в составе в зависимости от поступления новых порций насыщенных растворов в техногенный материал. Все техногенные полиминеральные соединения содержат значительно больше в своем составе Si, Al, Fe и Н₂О. Следовательно ранние, гипергенные минералы отличаются от техногенных полностью сформированной структурой, меньшим содержанием воды в ней и однородностью состава.

В целом зафиксирована следующая специфика зоны гипергенеза отдельных типов месторождений.

Высокая концентрация халькопирита в медно-оловянных рудах и характер эволюции минералов меди обеспечили наиболее интенсивное проявление сульфатной стадии в зоне гипергенеза этого типа руд. В результате здесь оказались интенсивно проявленными и процессы современного, преимущественно техногенного образования сульфатов меди (серпиерита, вудвардита, халькантита и др.).

Преобладание арсенопирита в рудах собственно оловянного типа создало возможность для более яркого проявления в сульфатно-арсенатной стадии таких минералов, как оливенит, клиноклаз, байлдонит, которые в зоне гипергенеза других типов оруденения не обнаружены. Сульфатную стадию минералообразования в этих рудах маркируют питтицит, церулеит или лискирдит с эванситом, а также техногенный скородит с фиброферритом.

Наличие значительного количества первичных минералов железа (пирита и пирротина) практически во всех типах месторождений и их интенсивное окисление на сульфатной стадии развития зоны гипергенеза способствовало образованию не только раннего гидрогётита, но и техногенных минералов - сульфатов железа (роценита, глоккерита, фиброферрита и др.).

Силикатно-гидроксидножелезистая стадия проявлена в зоне гипергенеза всех изучаемых месторождений. Однако гидроксиды железа наиболее интенсивно развиты на месторождениях медно-оловянного и полиметаллического типов, так как на этих рудопроявлениях больше гипогенных сульфидов (халькопирит, галенит и сфалерит), окисляющихся легче, чем пирит и пирротин. Карбонаты меди (малахит и азурит) шире распространены в глубокоокисленных медно-оловянных рудах, а силикаты меди (хризоколла, яхонтовит и др.) - в рудах медно-оловянного и собственно оловянного типов. Другие силикаты (гидромусковит, аллофаноиды) и кварц, являющиеся продуктами своего рода "диагенетического" преобразования протогидроксидов железа и вмещающих пород, более свойственны зоне гипергенеза собственно оловорудных месторождений, где железная шляпа имеет наименьшую мощность. Следует отметить, что на этой стадии активно проявлены минералы современного техногенного образования (гизингерит, аллофаноид и др.), которые присутствуют во всех месторождениях, но больше проявлены в Кавалеровском районе.

Таким образом, фактически на всех объектах четко прослеживаются геологические факторы, контролирующие специфику стадийности гипергенеза.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в изученных районах между зональностью и стадийностью формирования окисленных руд выявлена вполне определенная зависимость. Она сводится к пространственной связи сульфатной стадии гипергенеза с формированием слабоокисленных руд (т.е. с началом процесса), сульфатно-арсенатной стадии - с полуокисленными, а силикатно-гидроксидножелезистой - с глубокоокисленными рудами (железной шляпой). Техногенная стадия может быть проявлена в любой из этих стадий по всему профилю - от глубокоокисленных до слабоокисленных руд. Хотя следует заметить, что вероятность ее проявления связана с наиболее активной отработкой руд, а следовательно, доступом агентов выветривания.

Следует также заметить, что практически на всех месторождениях Кавалеровского района, на Придорожном и Солнечном месторождениях (с оловянным типом руд) последняя стадия и свойственные ей глубокоокисленные руды выражены слабо, что служит примером неполного профиля гипергенеза, обусловленного значительной эрозией разрезов рудных полей.

В заключение нужно отметить практически полное отсутствие в составе окисленных руд изученных месторождений гипергенных минералов олова. Полуколичественные спектральные анализы позволили отметить в пробах гипергенных минералов по классам содержание Sn - в самородных элементах и сульфидах от 0,0002 до 0,08%, в оксидах и гидроксидах от 0,0001 до 1,0%, в сульфатах от 0,005 до 0,3%, в карбонатах от 0,0008 до 0,3%, в арсенатах от 0,007 до 0,03%, в фосфатах от 0,0001 до 0,01% и в силикатах от 0,0002 до 0,3%. В целом Sn было вынесено из руд и рассеяно в различных гипергенных образованиях, причиной чего явились 1) высокая устойчивость в процессах окисления руд касситерита, 2) резко подчиненная роль станнина в первичных рудах по сравнению с касситеритом, 3) глубокая проработанность оловянных руд в зоне гипергенеза.