» » Зоны окисления сульфидных месторождений

Зоны окисления сульфидных месторождений

11.08.2016

Зонами окисления называют измененную гипергенными процессами приповерхностную часть рудных месторождений. Изменения, как правило, сводятся к окислению минералов и выносу из них ряда компонентов. Процессы, формирующие зону окисления, аналогичны процессам, формирующим кору выветривания. Поэтому зоны окисления можно рассматривать как частный случай коры выветривания.
Зону окисления отличают следующие особенности. 1) Большое содержание в первичных породах-рудах сульфидов и сульфосолей. Поскольку эти минеральные соединения весьма неустойчивы в поверхностных условиях, зона окисления развивается быстрее, чем кора выветривания, хотя в масштабе геологического времени и коры выветривания формируются необычайно быстро, как, впрочем, столь же быстро и разрушаются. 2) В процессе окисления сульфидов образуется серная кислота, резко активизирующая водные растворы и делающая среду кислой уже на 1-й стадии. 3) Зона окисления развивается по оруденелым, т. е. часто уже обогащенным полезным компонентам (таким как золото, шеелит, вольфрамит, касситерит и другим породам).
Формирование зоны окисления протекает в области циркуляции приповерхностных вод, которая может быть разделена на три горизонта (рис. 24). Верхний горизонт просачивания (или аэрации) характеризуется быстрой, главным образом, нисходящей циркуляцией воды.
Зоны окисления сульфидных месторождений

Вода здесь насыщена кислородом и углекислотой. Он обычно распространяется до уровня грунтовых вод. Ниже располагается горизонт истечения с медленными боковыми движениями вод, обедненных растворенным кислородом. Еще ниже находится горизонт застойных вод, в котором вода практических не перемещается и не содержит свободного кислорода.
В развитой зоне окисления сульфидных месторождений обычно наблюдается следующее соотношение между отдельными ее частями и упомянутыми горизонтами циркуляции грунтовых вод. Горизонту просачивания отвечает наиболее окисленная и измененная часть залежи — собственно зона окисления, горизонту застойных вод соответствует неизмененная часть залежи, т. е. первичные руды. В горизонте истечения могут встречаться окисленные участки, а также скопления вторичных гипергенных сульфидов, таких как борнит (CusFeS4), халькозин (Cu2S), ковеллин (CuS1), почему эту часть и называют зоной вторичного сульфидного обогащения. Некоторые исследователи несколько опускают зону вторичного сульфидного обогащения, включая в нее верхнюю часть горизонта застойных вод.
Собственно зона окисления иногда подразделяется на следующие 4 подзоны: 1) поверхностный слой, 2) окисленных руд, 3) окисленных выщелоченных руд, 4) богатых окисленных руд. Из них хорошо выделяется лишь поверхностный слой; остальные проявляются не всегда и не отчетливо. Поверхностный слой обычно имеет мощность менее метра и представляет наиболее измененную часть рудного выхода, из которой часто выщелочены даже относительно мало подвижные соединения. Подзона окисленных руд — область распространения окисных производных руд. Следующая за ней — окисленных выщелоченных руд — характеризуется заметно пониженным содержанием того или иного металла против его среднего содержания в зоне окисления. Наконец, подзона богатых окисленных руд располагается в нижней части зоны окисления и является окисленной верхушкой, расположенной ниже зоны вторичного сульфидного обогащения. Зона вторичного сульфидного обогащения находится в верхней части первичных руд и обусловлена переотложением некоторых металлов (Cu, Fe, Ag), выщелоченных из зоны окисления. Отмеченная зональность нередко нарушается в связи с разрушением верхних горизонтов, наложения молодых зон окисления на более древние и перестройкой последних.
Химизм процессов изменения приповерхностных частей сульфидных месторождений может быть представлен на примере окисления пирита: 2FeS2 + 7О2 + 2H2О = 2FeSО4 + 2H2SО4. Сульфат закиси Fe неустойчив и переходит в сульфат окиси:
12FeSО4+3О2+6H2О = 4Fe2(SО4)3 + 4Fe(ОH)3

или
4FeSО4 + О2 + 2H2SО4 = Fe2 (SO4)3 + 2Н2О.

Сульфат окиси железа в нейтральных или слабокислых растворах также неустойчив и, гидролизуясь, переходит в гидроокись железа: Fe2(SО4)3 + 6H2О = 2Fe(QH)3 + 3H2SО4. Таким образом, цепь химических преобразований пирита в зоне окисления сводится к следующему:
FeS2 → FeSO4 → Fe2 (SO4)3 → Fe (OH)3 → 2Fe2O3*3H2O/(лимонит).

Как результат, в верхнем горизонте рудных выходов сульфидных месторождений накапливаются массы гидроокислов железа, образующие так называемую «железную шляпу».
По С.С. Смирнову, все факторы, определяющие 'интенсивность и глубину окисления, делятся на две группы: 1) региональных или общих факторов и 2) локальных факторов. К первым относятся климат, тектоника, рельеф, общие особенности металлогении и химизма вод; ко вторым — характер рудного тела и, в частности, тип и насыщенность сульфидной минерализации, условия залегания, литология боковых пород и т. д. Для развития зон окисления так же, как в случае с корами выветривания, наиболее благоприятен теплый и влажный климат (табл. 31).
Зоны окисления сульфидных месторождений
Зоны окисления сульфидных месторождений

В очень холодных районах развития многолетнемерзлых пород эти процессы приглушены, так как даже экзотермические реакции окисления сульфидов для своего начала требуют некоторой энергии активации. Однако в связи с тем, что окисление сульфидов (в сульфаты) идет с выделением тепла, зоны окисления развиваются и в районах, охваченных многолетней мерзлотой, где они представлены ранней, главным образом сульфатной, стадией развития (рис. 25). В горных расчлененных районах высоких широт в связи с усиленной денудацией и эрозией пород зоны окисления, нередко отсутствуют и на дневную поверхность выступают свежие неокисленные сульфидные руды и сульфидизированные породы. Следует оговориться, что здесь нередко обнаруживаются остатки более древних дочетвертичных зон окисления, в свое время весьма широко распространенных. Вполне вероятно, что именно древние зоны окисления золоторудных сульфидных месторождений явились основными источниками питания многих золотоносных россыпей азиатской части России.
В связи с локальным, часто линейным характером распределения рудной эндогенной минерализации, которая нередко приурочена к тектонически ослабленным рас-сланцованным зонам, зоны окисления также распространены локально и линейно, являясь своего рода разновидностями линейной коры выветривания. Нижняя граница зон окисления очень неровная. Они опускаются по зонам дробления, интенсивно минерализованным и прочим ослабленным зонам на сотни метров (рис. 26), достигая в отдельных случаях 500—800 м. Зоны окисления, сами развиваясь по ослабленным участкам, слагаются, как правило, рыхлыми неустойчивыми к процессам механической денудации и эрозии продуктами. В связи с этим они легко разрушаются, давая разнообразные отрицательные формы рельефа. Очень часто по ним закладывается речная сеть. Очевидно, например, что многие золотоносные долины приурочены к таким линейным минерализованным и окисленным зонам (линейным корам выветривания). Это обстоятельство имеет очень большое практическое значение.
Зоны окисления сульфидных месторождений

В процессе образования зон окисления так же, как и кор выветривания, происходит дезинтеграция породы и высвобождение рудных россыпеобразующих минералов. Этим в первую очередь обусловлена чрезвычайно высокая их роль в формировании россыпей на последующих стадиях экзогенного преобразования вещества. Значение зон окисления повышается в связи с тем, что в них нередко концентрируются некоторые ценные компоненты россыпи. Обогащение это, как и в коре выветривания, может проходить либо за счет сокращения общей массы породы вследствие химического выноса и механического вымывания и выдувания более подвижных составляющих, либо за счет растворения ценного элемента в подзоне выщелачивания и переотложения его на нижних горизонтах зоны окисления. Масштабы второго процесса в значительной степени определяются формами нахождения металла в породе. Например, самородное золото мигрирует в поверхностных условиях очень слабо. В случае же окисления золотосодержащих сульфидов металл в зоне окисления может существенно перераспределяться с образованием горизонтов вторичного золотого обогащения (рис. 27, табл. 32). В процессе этого перераспределения, по мнению М.Н. Альбова и некоторых других исследователей, может происходить укрупнение и новообразование золота и в том числе образование самородков. Н.В. Нестеров, как отмечалось, считает возможным рассматривать зоны окисления золоторудных месторождений в качестве самостоятельных россыпеобразующих формаций.
Зоны окисления сульфидных месторождений

К принципиально иным выводам о реликтовом характере накопления самородков в зоне окисления пришла Н.В. Петровская в результате изучения внутреннего строения самородного золота. По ее данным, основная масса благородного металла в зоне окисления имеет ту же, что и эндогенное золото, крупнокристаллическую структуру и, таким образом, также является первично эндогенным. Гипергенное золото развивается в подчиненном количестве и имеет при этом резко отличные форму выделения и микроструктуру (пленки, высокопробные межзерновые прожилки и каймы и т. д.). Несмотря на большое количество минералогических доказательств, приведенных Н.В. Петровской и ее сторонниками в пользу эндогенной природы самородного золота, нам кажемся, считать вопрос окончательно решенным нельзя. Трудность проблемы состоит в том, что оно в гидротермальном процессе выделяется обычно после сульфидов в завершающую стадию минералообразования и, таким образом, не отделяется от гипергенных минералов заведомо эндогенными. На наш взгляд, не исключено, что кроме отмеченного нового высокопробного золота, образованного в верхней части зоны окисления, в нижних ее частях может образовываться гипергенное золото, по форме выделения и составу не отличимое от эндогенного. Таким, в частности, представляется золото, изображенное на рис. 28, по внешнему . виду несколько напоминающее «горчичное».
Зоны окисления сульфидных месторождений

Зоны окисления сульфидных месторождений

Кроме химических изменении, рудные выходы зачастую испытывают изменение элементов залегания выходов тел полезных ископаемых на дневную поверхность, уменьшение или увеличение их мощности, просадку и образование отрицательных форм рельефа.
Изменение элементов залегания рудных тел, их изгиб обычно наблюдаются на склонах. На это явление в свое время обращал внимание Ю.А. Билибин. Уменьшение мощности рудных тел у поверхности происходит в результате выщелачивания компонентов и сокращения объема рудной массы (рис. 29, а). В.И. Смирнов указывает случай, когда залежь пирротиновых руд мощностью в 2 м у поверхности была превращена в едва заметный лимонитизированный шов, а полуметровое полуметаллическое тело — в тонкий проводник англезит-церусситового состава (см. рис. 29, а). Случай увеличения мощности тел у поверхности отражен на рис. 29, 6. «Увеличение» произошло за счет «размазывания» продуктов окисления среди вмещающих пород. Отмечаются случаи, когда рудный выход расширяется в результате замещения арсенопирита скородитом и увеличения объема. При уменьшении объема рудной массы, если тело круто залегает в более устойчивых породах и имеет достаточно большую мощность, в результате просадки может возникнуть отрицательная форма. C другой стороны, более устойчивые жильные породы, которыми, как правило, бывают кварцевые, образуют в рельефе положительные формы.
Таким образом, химические изменения рудных выходов в совокупности с механическими изменениями могут очень сильно исказить облик исходной рудной породы, что в ряде случаев затрудняет установление коренных источников россыпей.