» » Поведение россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса

Поведение россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса

11.08.2016

С описываемым процессом тесно связана концентрация полезных минералов в аллювиальных отложениях, в благоприятных условиях приводящая к возникновению россыпных месторождений и во многом определяющая особенности размещения и строения аллювиальных россыпей. Тем не менее приходится констатировать, что многие вопросы поведения этих минералов до настоящего времени остаются слабо изученными. Важнейшими составляющими здесь являются подвижность и устойчивость минералов в процессе речного переноса обломочного материала.
Подвижность россыпеобразующего минерала так же, как и любой другой обломочной частицы, определяется, с одной стороны, гидродинамическим режимом потока, уклоном долины и некоторыми другими «внешними» факторами, а с другой — присущими минералу гравитационными свойствами: удельным весом, крупностью зерен и их формой (главным образом уплощенностью). Поскольку многие из этих величин переменны, постольку и подвижность того или иного минерала не остается постоянной. Это относится как к равновеликим зернам, которые в одной реке могут обладать слабой подвижностью, а в другой сравнительно легко переноситься, так и, в еще большей степени, к зернам различной крупности и формы. Подчеркнем также, что с точки зрения образования россыпи первостепенное значение имеет относительная подвижность россыпеобразующих минералов, устанавливаемая в сравнении с таковой основной массы попадающих в поток обломочных частиц. Именно эта разница приводит к дифференциации обломочного материала и концентрации полезных минералов.
Поведение россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса

С учетом сделанных замечаний произведем сравнительную оценку относительной подвижности основных россыпеобразующих минералов (табл. 37). За «среднюю» условно принята подвижность, приблизительно соответствующая средней подвижности влекомого рекой обломочного материала. Частицы, выносимые в полувзвешенном и взвешенном состоянии, опережая в своем движении основную массу наносов, обладают более высокой, чем средняя, подвижностью. Напротив, зерна тяжелых минералов, характеризующиеся повышенной гидравлической крупностью и способностью проникать в нижнюю часть влекомого рекой слоя галечников, отстают от основной массы, т. е. имеют слабую подвижность. В настоящее время имеется достаточно факторов, свидетельствующих о том, что наиболее крупные фракции золота и платины в свободном состоянии не перемещаются водным потоком даже горных рек вследствие их способности очень быстро просаживаться в основания слоя подрусловых галечников. Подвижность таких зерен, следовательно, очень слабая. С тем чтобы отразить принципиальное влияние гидродинамического режима потока, в таблице выделено две группы «подвижность в горных реках» и «подвижность в равнинных реках», несмотря на очевидную условность такого выделения.
Относительно отдельных минералов следует отметить следующее.
Поведение россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса

Золото (и платина) может быть очень слабоподвижным, слабоподвижным и высокоподвижным, что соответствует представлениям о существовании «пассивных», практически не перемещаемых, и «активных» его фракций («пластовый» металл Ю.А. Билибина), а также тонкого косового золота. «Пластовое» золото отличается наименьшей среди всех россыпеобразующих минералов подвижностью. Об этом свидетельствуют такие факты, как отсутствие или чрезвычайно незначительное горизонтальное смещение контуров россыпей при их перемыве и переотложении золота на более низкие уровни, а также пространственная близость долинных россыпей к питающим источникам, не превышающая в ряде случаев нескольких сот метров (рис. 68).
Высокой подвижностью обладает тонкое, особенно чешуйчатое золото мельче 0,25—0,15 мм, что обусловлено способностью переноситься во (взвешенном и полувзвешенном (сальтацией) состоянии. Золото, промежуточное между «пластовым» и «косовым», которое имело бы среднюю подвижность, по всей вероятности, не характерно. Это связано прежде всего с очень большим удельным весом металла, превышающим в воде удельный вес кварца более чем в 10 раз. Кроме того, перемещаясь с влекомым обломочным материалом, такое золото должно истираться, преврашаясь в тонкочешуйчатое косовое. На это обстоятельство обращал внимание Ю.А. Билибин.
Характеризуя очень слабо подвижное «пассивное» и слабо подвижное «активное» золото, следует прежде всего подчеркнуть, что граница между ними плавная, непостоянная и достаточно условная. Размер «активных» фракций, по мнению А.В. Хрипкова, достигает 2—3 мм, хотя в отдельных россыпях фракции золота мельче 1 мм могут играть роль «пассивных». Ю.Н. Трушков для россыпей Восточной Якутии дает примерные величины сноса золота при глубине среза коренных месторождений ка 200—300 м (табл. 38).
Поведение россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса

На подвижность золота, особенно средних классов (0,5—3,0 мм), весьма существенно влияет их уплощенность: чем более уплощена золотина, тем подвижность ее выше, а гидравлическая крупность соответственно ниже. Например, чешуйка золота диаметром 3,1 и толщиной 0,15 мм (т. е. Kу = 18) будет иметь ту же гидравлическую крупность, равную 20 см/с (и ту же подвижность), что и изометричное зерно кварца того же диаметра. Поэтому в ряде случаев толщина золотин является величиной более показательной, чем их диаметр.
На подвижность свободного золота влияют и такие «внешние» факторы, как продольный уклон коренного ложа, сила и глинистость потока, характер плотика и др. В этом смысле представляют интерес опыты Е.И. Тищенко. Они показали, что, способность золота перемещаться по дну желоба находится в теснейшей зависимости от характера дна. При твердом и ровном жестяном дне золото довольно легко смещается водным потоком. Например, для перемещения золотинки весом 8—10 мг на плотной поверхности требуется скорость течения около 0,6 м/с (рис. 69). И далее, поскольку транспортирующая способность потока увеличивается пропорционально шестой степени его скорости, даже небольшие колебания скорости течения приводят к весьма ощутимым изменениям в весе передвигаемых самородков. При этом присутствие небольшого количества гальки и гравия, перемещающихся по дну путем волочения и перекатывания, способствует движению металла. Так, например, золотины весом 1—5 г начинают передвигаться уже при скорости 0,8—0,85 м/с, в то время как при их перемещении чистой водой потребовались скорости потока в 0,93—0,97 м/с. Опыты, кроме того, свидетельствуют о том, что перемещение металла по ложу, сложенному рыхлыми крупнообломочными отложениями, происходит несравненно медленнее, чем по твердым коренным породам. Если, например, по рыхлым отложениям 10-граммовый самородок в течение 30 мин успевал продвинуться лишь на 20 см, то по чистому дну он переносился на 2—2,2 м за 5—6 с, т. е. со скоростью, в 1200 раз большей. К близким результатам пришли С.Г. Желнин и Ю.В. Шумилов. На основании экспериментов установлено, что по гладкому глинистому ложу перемещаются даже относительно крупные золотины, весом до 3,5 г, в то время как по шероховатому, сложенному грубообломочным материалом, не происходит сноса и более мелкого золота. Приведенные данные иллюстрируют лишь сам факт влияния. Переносить их на природные условия должно с большой осторожностью. Имеющийся материал свидетельствует о том, что золото значительно менее подвижно, чем равные ему по гидравлической крупности обломки горных пород. Это, вероятно, связано с тем, что золотины, находясь в углублениях плотика или в межглыбовых пространствах, защищены от непосредственного воздействия руслового потока и могут испытывать его лишь в отдельные моменты, главным образом в стадию глубинной эрозии. Значительно легче металл транспортируется, будучи связанным в кварце и других рудных обломках, а также в глинистых комьях и катышах.
Поведение россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса

Касситерит, колумбит—танталиты, вольфрамит и некоторые другие минералы с близким удельным весом, если развиты в достаточно крупных (от первых миллиметров до 1—2 см) выделениях, слабо подвижны в русловом потоке. В своем движении они отстают от основной массы обломочного материала. В реках с близким к равнинному режимом эти минералы могут практически не перемещаться.
Алмаз, несмотря на сравнительно невысокий удельный вес, в ряде случаев отстает от движения основной массы галечников, т. е. ведет себя как гравийные зерна типичных тяжелых минералов. Этому, по всей видимости, способствуют изометричная форма кристаллов, твердая гладкая поверхность и несмачиваемость, хотя А.И. Имшенецкий полагает, что гидрофобность алмазов не влияет на их поведение в водной среде. Во всяком случае алмазы отделяются от вмещающей породы методами гравитационного обогащения достаточно легко. Более мелкие зерна, по всей вероятности, обладают средней и высокой подвижностью и могут переноситься реками на значительные расстояния.
Ильменит, циркон, монацит, рутил в основной своей массе достаточно легко выносятся горными реками за пределы области денудации в виде взвесей и полувзвесей, задерживаясь в равнинных реках и прибрежной зоне конечных водоемов стока. Их высокой подвижности способствуют малый размер преобладающей части первичных выделений (доли миллиметра) и высокая химическая устойчивость этих минералов, более крупные зерна могут иметь среднюю подвижность, а в реках со спокойным режимом, по-видимому, и ниже средней.
Заканчивая характеристику россыпеобразующих минералов, следует отметить, что существуют и иные взгляды по этому вопросу, что, безусловно, отражает сложность и нерешенность проблемы. Крайней точки зрения об абсолютной неперемещаемости в горизонтальном направлении водным потоком свободного золота (исключая косовое), касситерита и даже алмазов (!) придерживается И.Г. Бондаренко, что, естественно, не находит поддержки у большинства геологов.
Устойчивость россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса обломочного материала в целом высокая, что наряду с повышенной плотностью и обеспечивает их россыпеобразующие свойства. В то же время она колеблется в весьма широких пределах. На наш взгляд относительная устойчивость может быть выражена следующим последовательно убывающим рядом: алмаз → циркон, рутил, монацит, ксенотим, золото III, платина III → ильменит → золото I, платина I → касситерит, золото II → магнетит, колумбит-танталит → вольфрамит → горный хрусталь.
Алмаз по устойчивости резко выделяется из всех остальных россыпеобразующих минералов, что, естественно, объясняется его высокой химической стойкостью и исключительной абразивной прочностью. Устойчивость минералов, переносимых во взвешенном состоянии, определяется, главным образом, их химической стойкостью.
Тонкое чешуйчатое золото, например, несмотря на свою мягкость, способно переноситься на сотни километров и многократно переотлагаться с одного стратиграфического уровня на другой. При этом оно испытывает существенные механические деформации, сопровождаемые его химическим преобразованием. Чешуйки сминаются, сворачиваются, сковываются по краям и превращаются в сковородообразные, монетообразные и шароидные (пустотелые) золотинки. Важно отметить, что золото при этом не выпадает из россыпеобразовательного цикла. Напротив, магнетит, в силу невысокой химической стойкости к гипергенным процессам, сравнительно легко исключается из россыпеобразовательного процесса.
При длительном экзогенном преобразовании ильменит переходит в лейкоксен и рутил.
Поведение россыпеобразующих минералов в процессе речного переноса

Крупные «пассивные» фракции золота (I) «предохраняются» от износа в речном процессе их слабой подвижностью. В этом отношении, вероятно, менее устойчиво золото II, однако и оно, в силу своей слабой подвижности в русловом потоке, при переотложении золотоносного материала испытывает относительно кратковременные механические воздействия, подвергаясь сглаживанию, обминанию и окатыванию (рис. 70). В вопросе об устойчивости касситерита в аллювиальном процессе полной ясности, на наш взгляд, нет. Существует довольно распространенное мнение о его способности относительно легко крошиться и измельчаться в аллювиальном обломочном шлейфе, с чем связывается ограниченная протяженность россыпей. На наш взгляд, его устойчивость более высокая, чем принято думать. Ограниченность же размеров оловоносных россыпей может быть объяснена и другими причинами.
Колумбит-танталит по физико-химическим свойствам и устойчивости в речном процессе приближается к магнетиту. Вольфрамит является одним из наименее устойчивых россыпеобразующих минералов вследствие сравнительно невысокой химической стойкости и наличия трещин спайности. Горный хрусталь в процессе переноса легко теряет свои промышленные качества и потому отнесен к концу характеризуемого ряда.