Критерии поискового прогнозирования месторождений марганца и бокситов - часть 1

 

  Главная      Учебники - Разные     Критерии поискового прогнозирования месторождений марганца и бокситов

 

поиск по сайту            правообладателям  

 

 

 

 

 

 

 



 

 

содержание   ..    1  2   ..

 

 

Критерии поискового прогнозирования месторождений марганца и бокситов - часть 1

 

 

Критерии поискового прогнозирования
месторождений марганца и бокситов
Поисковые критерии и методика прогнозирования месторождений руд марганца и алюминия
изложены в статье «Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса» (A
pre-stage of sedimentary manganese ore process).
На основе изучения гидрохимических особенностей марганце- и бокситорудного процессов
решены проблемы источников рудного вещества и механизма рудонакопления. Намечены подходы к
прогнозированию месторождений фосфоритов. Перечислены направления дальнейшей разработки
теории осадочного рудогенеза.
Путем анализа палеогеографических карт Южного Урала намечены конкретные площади
распространения верхнедевонских отложений (франский ярус) в Башкирском Зауралье для
опоискования на марганец (западные борта впадин верхнедевонского возраста) и бокситы
(восточные борта более древних подготовительных котловин).
Аналогичным образом прогнозируется обнаружение новых месторождений марганцевых руд
олигоценового возраста в Никополь-Большетокмакском бассейне.
Новая методика прогнозирования позволит устранить зависимость черной и цветной
металлургии России от поставок важных видов сырья из-за рубежа.
Иллюстраций - 6. Библиография - 52.
2
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
РЕФЕРАТ
Современное состояние марганцеворудной базы в России оказывается более тревожным, чем
оно было во время гитлеровской оккупации Украины, и этот факт допускает два
взаимоисключающих предположения: либо наша страна бедна природными ресурсами (1), что,
конечно же, не так; либо геологическая наука не понимает генезиса месторождений марганца (2).
Непонимание генезиса промышленных концентраций марганцевых руд влечет за собою
неверный прогноз. Неверный прогноз предопределяет неправильное направление
геологоразведочных работ и отсутствие положительных результатов при поисках месторождений.
Зависимость черной металлургии от поставок марганцеворудного сырья из Украины, Казахстана
и Грузии влияет на все другие аспекты взаимоотношений России с этими государствами.
Принятие управленческих решений о развитии и промышленном освоении собственной
марганцеворудной базы без ясного понимания природы и перспектив геологических объектов может
повлечь отрицательные последствия не только в экономическом плане, поскольку такие решения
затрагивают интересы экспортеров. Поэтому успех геологоразведочных работ на марганец должен
быть обеспечен правильным расходованием ассигнований на эти цели, что вряд ли возможно без
учета представленных в настоящей работе критериев поискового прогнозирования марганцевого
оруденения.
Дефицит многих гидрогенных полезных ископаемых возникает из-за непонимания самого важ-
ного свойства застойных океанических впадин - их способности менять подвижность рудных
элементов до неузнаваемости (последняя страница обложки).
Инертные и малоподвижные в окислительных условиях поверхностного стока, марганец и
алюминий образуют истинные растворы своих сульфидов в сероводородной зоне морских котловин,
становятся высокоподвижными (марганец) и агрессивными по отношению к силикатам (алюминий).
Извлеченные на поверхность, сульфиды быстро разрушаются с образованием серной кислоты, а
большинство сульфатов растворяется в воде практически неограниченно.
Алюминий выпадает в осадок в самом начале процесса окисления сульфидных вод
подготовительного бассейна и поэтому не участвует в образовании сульфатов, а марганец осажда-
ется значительно позднее - при нейтрализации кислых растворов щелочами наступающей транс-
грессии.
Характер контакта кислых и щелочных вод определяет структурную позицию месторождения.
Ключевые слова: апвеллинг, барьер геохимический, боксит, вулканизм, гидросульфид-ион,
генезис марганцевых руд, бокситов, фосфоритов; гиббсит, гидрохимия марганца, алюминия,
глинозем, граница административная, геологическая; девон, диагенез, Eh, рН, Зауралье, зона
анаэробная, аноксичная, аридная, аэрации, бескислородная, гумидная, осадконакопления,
редукции, тектоническая, тропическая; кислотность, кора выветривания, критерий поискового
прогнозирования, лагуна, латерит, майкоп, марганец, месторождение, окислительно-
восстановительный потенциал, олигоцен, палеопролив, Предуралье, прогноз, процесс
марганцеворудный, бокситорудный; регрессия, руды марганца, седиментация, сероводород, стадия
подготовительная, сульфид, трансгрессия, Улутеляк, фосфорит, фран, хадум, Южный Урал
Golota V.V. A PRE-STAGE OF SEDIMENTARY MANGANESE ORE PROCESS
Introductory Remarks characterize the significance of the problem under consideration in the na-
tional economy of the country.
State of the Theory of manganese ore genesis is estimated in a chronological sequence of the
viewpoints on the main factors of manganese ore process: transgression - surface flow - diagenesis -
volcanism - upwelling.
Working Hypothesis explains the genesis of manganese ores at the expense of oxidation of Mn-
containing sulphide waters in the initial basin during its regression and unloading via shallow channels
into the nearest noncompensated depression or a trough of more recent tectonic formation. Such a pat-
tern of ore deposition eliminates the problem of metal sources and solves all other issues of manganese
genesis. In the process of substantiation of hypothesis it has been unexpectedly found that aluminum is
the first to be deposited from sulphide solutions of ore elements at the early oxidation stage.
Prospecting Criteria given in the paper serve as an efficient tool for predicting new manganese and
bauxite deposits. Two of the most intricate problems in ore geology turn to be among simple,
understandable and regular processes of natural evolution of continental basin waters, and manganese
and aluminum ore deposits among the most predictable ones.
Prognosis of manganese and bauxite deposits in particular areas of the Cis-Ural and Black Sea
coastal regions illustrates the efficiency of the prospecting criteria developed on the basis of the working
hypothesis.
Next Problems to be Solved include about 30 issues that open a wide field for the most promising
research in sedimentary geology.
Conclusion соntains a statement of the principle implications of the paper.
English Version 110 kb http://golota-ufa.narod.ru/77a.rar
E-mail: golota-ufa@mail.ru
4
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
СОДЕРЖАНИЕ
ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
4
СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ МАРГАНЦЕВОГО РУДОГЕНЕЗА
6
Проблема источника рудного вещества
6
Проблема рудоотложения
7
РАБОЧАЯ ГИПОТЕЗА
13
Предварительные соображения
13
Механизм переноса рудного вещества
16
Гидрохимия подготовительной стадии
19
Стадия седиментации
22
Бокситорудный процесс в подготовительной стадии марганцеворудного
25
Состояние теории
25
Рабочая гипотеза о бокситонакоплении
29
Гидрохимия бокситорудного процесса
30
Прогноз бокситорудных площадей
38
О генезисе фосфоритов
41
КРИТЕРИИ ПОИСКОВОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МАРГАНЦЕВОГО ОРУДЕНЕНИЯ
47
ПРОГНОЗ
52
Следствия для теории
64
Очередные проблемы
67
О наложении барьеров
69
Заключение
74
ЛИТЕРАТУРА
75
Благодарности, предложения
77
ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Со времени открытия в 70-х годах XIX века Чиатурского и Никопольского месторождений
выяснение генезиса промышленных концентраций марганцевого оруденения для целей поиско-
вого прогнозирования никогда не было таким актуальным, как во время Великой Отечественной
войны.
В 1942 году после осмотра ряда марганцевых месторождений Урала академик А.Г. Бетехтин пи-
сал: ”Еще более важным и тревожным является вопрос о запасах марганцевых руд, особенно тех,
которые могут быть пригодны для выплавки остродефицитного ферромарганца, имея в виду поте-
рянную транспортную связь с Никопольским и Чиатурским месторождениями, питавшими до войны
почти всю черную металлургию Урала” (2, с.101). Ныне и казахстанские источники марганца
оказались за рубежом, а мелкие объекты Зауралья полностью отработаны и некоторые металлурги-
ческие предприятия вынуждены закупать руду в дальнем зарубежье, - в Габоне, например.
Современное состояние марганцеворудной базы в России оказывается более тревожным, чем
оно было в 1942 году, во время германской оккупации района Никопольского месторождения.
В генезисе марганцевых месторождений самыми трудными и непонятными проблемами всегда
были две - источник металла и механизм рудоотложения.
Проблема источника металла была разрешена еще в 1961 году, когда В.В. Мокиевская обна-
ружила высокие (свыше 300 мкг/л) концентрации марганца в истинных растворах сероводородной
котловины Черного моря, что примерно соответствует запасам крупного месторождения (св. 200
млн.т. металла). Отсюда естественно предположение, что во времена более древних геологических
эпох - в мезозое, например, когда восстановительные условия сероводородного заражения эпикон-
тинентальных морей были почти глобальными, накопление марганца (и не только марганца) в
истинных растворах застойных впадин, котловин и синеклиз имело весьма интенсивный и масштаб-
ный характер.
Проблема рудоотложения решается еще проще: внутриконтинентальные моря с растворен-
ным в их застойных водах марганцем рано или поздно осушаются вследствие эпейрогенического
воздымания территории и регрессии водоема в ближайшую некомпенсированную впадину, прогиб
или на склон океанического шельфа.
Сероводородные (сульфидные) растворы марганца в результате обмеления бассейна попадают
из глубоководной анаэробной (восстановительной) зоны в аэробную окислительную, при этом рН
растворов резко падает вследствие окисления сероводорода до серной кислоты, т.е. щелочные рас-
творы аноксичной зоны становятся сильнокислыми и в результате формируется молекулярный рудо-
носный раствор с концентрациями марганца до 0,2-0,4 кг/л.
Выпадение марганца из растворов происходит на щелочном барьере в подводной части дельты
пролива, где кислые растворы более древнего подготовительного водоема нейтрализуются слабоще-
лочными (нормальными) водами встречной трансгрессии в смежной некомпенсированной впадине.
Никаких химических запретов на естественное течение такого процесса рудообразования, как
выясняется, не существует.
Особенно наглядно процесс марганцевого рудообразования распознается в "Атласе литолого-
палеогеографических карт Русской платформы и ее геосинклинального обрамления" (М-Л. 1961),
где видно, что во время образования Никопольского, Большетокмакского, Чиатурского, Мангышлак-
ского, Лабинского и Варненского месторождений (ранний олигоцен) никаких кор выветривания,
пригодных для поставки марганца на перечисленные месторождения, да и самой суши не существо-
вало, а были древние подготовительные бассейны (Днепрово-Донецкий, Прикаспийский,
Предкарпатский и др.), поставлявшие марганец в Черноморскую котловину через проливы.
Непонимание генезиса промышленных концентраций марганцевых руд влечет за собою ошибки
в поисковом прогнозировании рудных полей и месторождений. Неверный прогноз предопределяет
неправильное направление геологоразведочных работ, пустую трату ассигнований, отсутствие
положительных результатов при поисках месторождений и, в конечном итоге, зависимость
металлургии от импорта сырья. Зависимость черной металлургии от поставок марганцеворудного
сырья из Украины, Казахстана и Грузии влияет на все другие аспекты взаимоотношений России с
этими государствами.
Принятие управленческих решений о развитии и промышленном освоении собственной марган-
цеворудной базы без ясного понимания природы и перспектив геологических объектов может
повлечь отрицательные последствия не только в экономическом плане, поскольку такие решения
затрагивают интересы экспортеров. Поэтому успех геологоразведочных работ на марганец должен
быть обеспечен правильным расходованием ассигнований на эти цели, что вряд ли возможно в бу-
дущем без учета изложенных в этой статье критериев поискового прогнозирования марганцевого
6
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
оруденения.
Решение двух первоочередных проблем марганцевого рудогенеза одновременно порождает
множество других вопросов физической и коллоидной химии, палеогеографии, структурной
геологии и т.д., что открывают широкое поле для перспективных исследований в самых разных
отраслях геологической науки.
СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ МАРГАНЦЕВОГО РУДОГЕНЕЗА
Проблема источника рудного вещества
Первой проблемой марганцевого рудогенеза всегда был вопрос об источнике рудного вещества.
Неопределенность этого источника самым решительным образом влияет на конечные результаты
геологоразведочных работ.
Неуверенность и колебания по вопросу источника металла обнаруживаются в любом исследова-
нии по этой теме, хотя встречаются и примеры безапелляционных выводов из самого факта отсут-
ствия фактов, т.е. из отсутствия достоверных источников марганца.
Так, осадочное происхождение Усинского месторождения, установленное еще в 1941 году К.В.
Радугиным и подтвержденное А.Г. Бетехтиным, в последние годы постоянно подвергается сомнению,
поскольку “Континент в период образования марганцеворудных осадков в Кузнецком Алатау
отсутствовал; суша в это время имела островной характер…”, следовательно, “…источником марган-
цеворудных растворов могла быть лишь подводная вулканическая деятельность” (30, с.6).
Другой пример: описание месторождений марганца в Башкирском Зауралье В.В. Калинин начи-
нает с сообщения о том, что ”На основании проведенной разведки были высказаны правильные
представления об образовании рудных накоплений в морском водоеме осадочным путем (здесь и
далее выделено мною - Г. В.) в условиях временного затухания вулканической деятельности...” (10,
с. 55), а заключает свою статью словами: ”Что касается первичных источников главных компонен-
тов - марганца, железа и кремния, то имеются полные основания связывать их с вулканической
деятельностью” (там же, с. 90).
Д.Г. Сапожников также считает, что марганцевые месторождения Магнитогорского синклинория
имеют“... бесспорно эндогенную природу...” (23, с. 4).
Более осторожен В.В. Калинин в суждениях об источнике рудного вещества в другой статье того
же сборника (10): ”В настоящее время остается открытым вопрос об источнике металла в рудах
описываемого месторождения. Палеогеографическая обстановка эпохи накопления руд был такова,
что поблизости от места современного расположения месторождения Тахта-Карача не существо-
вали крупные участки суши. Это обстоятельство делает маловероятным поступление рудных эле-
ментов с суши. Однако связывать их происхождение с вулканической деятельностью не пред-
ставляется возможным из-за отсутствия данных” (там же, с.26).
Перечень подобных примеров можно продолжить упоминанием Мангышлакского, Улутелякского,
Лабинского, Никопольского, Чиатурского, Полуночного, Порожинского, Караджальского, Ушкатын-
ского и многих еще других месторождений, где близлежащие участки суши во время рудонакопле-
ния представляли собою небольшие по площади острова, совершенно непригодные для подачи
необходимых объемов рудного вещества.
В обоснование последующих выводов здесь заметим, что небольшие участки суши или острова
вблизи формирующегося месторождения всё же существовали.
Наблюдения ископаемых образований свидетельствуют о том, что наличие обширного конти-
нента с повышенным содержанием марганца в слагающих его породах не является необходимым
условием для образования промышленного месторождения. Более того, представленный выше пере-
чень примеров указывает на то, что отсутствие суши является правилом, типичной закономерностью
марганцевого рудогенеза.
Если же учесть, что хемогенные марганцевые руды залегают среди грубозернистых отложений
литорали, в которых встречаются глыбы кристаллических пород размером до 0,9 м в диаметре (10,
с.147), а это, в свою очередь, исключает сингенетичное хемогенное рудонакопление в зоне вывет-
ривания (на интенсивно разрушаемых островах), то правомерен вопрос о роли поверхностного
стока в осадочном рудогенезе вообще.
Другими словами, - можно ли говорить об экзогенном - за счет выщелачивания из горных по-
род, происхождении марганца, если известно, что континент вблизи формируемого месторождения
отсутствовал, следовательно, отсутствовал и прямой смыв обогащенных марганцем продуктов хими-
ческого выветривания?
В более правильной постановке этот вопрос звучит так: нужно ли безоговорочно принимать
гипотезу подводных вулканических или гидротермальных извержений рудного вещества, если ника-
ких объемов металла в область рудонакопления суша поставить не могла по той простой причине,
что самой суши не было?
- Положительный ответ на этот вопрос всеми упомянутыми в настоящей статье исследователями
по существу и оказывается тем субъективным фактором, который обусловил нынешнее состояние
марганцеворудной базы в России.
Проблема рудоотложения
Другой трудный вопрос - о механизме рудоотложения, - о способах переноса марганца и усло-
виях его осаждения в определенных участках литорали и мелководного шельфа.
Господствовавшее в последние 100 лет предположение о прямой связи рудообразования с мор-
скими трансгрессиями не отвечает на целый ряд частных вопросов:
- почему, например, хадумская трансгрессия сопровождалась образованием Никопольского и
Болшетокмакского месторождений, а все другие (меловые, палеоценовая, эоценовая) - нет?
- каким образом трансгрессия приносит рудное вещество с валовым содержанием марганца до
2,5-3 т/м2 на одни (локальные) участки затопляемого побережья, а все другие оказываются безруд-
ными?
- как случилось, что линзы порошковатых хемогенных руд перемежаются и даже расклинива-
ются плохо сортированными осадками мелководного шельфа? - Каков механизм совмещения дис-
персных химических осадков с грубообломочными отложениями прибрежной зоны?
- чем, наконец, объяснить явно противоположное направление течения вод “рудоносной”
трансгрессии тому направлению, что определенно установлено по закономерной смене литофаций,
гранулометрического состава рудных отложений, а также по морфологии продуктивных залежей,
текстурам руд и строению конкреций?
Отсутствие ответов на множество подобных вопросов и неоспоримые доказательства переноса
рудного вещества вместе с терригенным материалом по направлению от побережья к батиали Чер-
ного моря послужили Н.М. Страхову основанием для разработки теории диагенеза рудных отложе-
8
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
ний дельт рек, согласно которой выносимый реками с Азово-Подольской суши (которой в олигоцене
не существовало) концентрированный до 10 мг/л раствор бикарбоната марганца в окислительной
среде морской воды существовать не может (27, с. 314), поскольку “...нормальное содержание О2 в
морском бассейне в максимальной степени изгоняет марганец из наддонной воды и способствует его
аккумуляции в осадке” (28, с.92). И поэтому “Столь пересыщенные рудные растворы быстро окисля-
лись, а возникшие гели осаждались на дно ...” (28, с. 381) в четырехвалентной форме гидроксида
марганца (27, с. 312).
По этому поводу Е.А. Соколова справедливо заметила, что “...насыщенность речных вод О2
значит, и окисленность среды) всегда выше, чем в любом морском бассейне. Это значит, что дельто-
вая зона реки не могла служить окислительным барьером для водорастворенного марганца (кроме
того, растворимость его соединений пресной воде крайне незначительна)” (24, с. 77).
Позднее Н.М. Страхов заменил пероксид на двухвалентный псиломелан-вад (28, с.381), остав-
ляя в расчетах химических реакций все же четырехвалентную форму (28, с.385), которая в качестве
сильного окислителя создает более удобные стартовые условия для развития теории диагенеза.
По его теории первичный осадок псиломелана в результате действия собственных “запасов
редуциента” (Mn 4+, 28, с. 386) преобразовывался в карбонат путем “диффузионного натягивания
кальция и магния из наддонной воды в иловую” (28, с. 389), а затем “в результате энергичного
диагенетического перераспределения марганца и стягивания его в рудные линзы...” (28, с.298)
происходило “облагораживание руды …благодаря интенсивному латеральному перемещению мар-
ганца из более тонкозернистых глинисто-алевритовых осадков авандельты в пески подводной части
дельты. В данном случае месторождение возникло в первоначально пустых породах за счет по-
ступления марганца со стороны, из соседнего участка” (28, с. 389).
Завершалось формирование месторождений в зоне гипергенеза, где по Н.М. Страхову происхо-
дило “... подтягивание марганца в окисленную зону за счет миграции из зоны карбонатной в пер-
вые моменты развития гипергенных процессов” (28, с. 324).
Теория диагенетического “подтягивания” марганца из карбонатной зоны в грубозернистые
пески литорали была использована Е.А. Соколовой и др. (25) для интерпретации особенностей
геологического строения Мангышлакского месторождения, в процессе которой из трех достоверных
фактов авторам удалось сделать четыре противоречащих этим фактам вывода.
Факты:
1) “исключительная” приуроченность окисных руд к пачке бескарбонатных дельтовых песчани-
ков,
2) наличие фациальной зональности и постепенного перехода от окисных руд близ Каратауских
островов - к карбонатным по латерали некомпенсированной Чакырганской впадины,
3) выклинивание рудных отложений с наиболее богатыми окисными рудами при приближении к
Каратаускому антиклинорию, где они "срезаются" глинами среднего олигоцена до подстилающих
карбонатных отложений эоцена, а далее на север эти глины перекрывают полный разрез мезозоя.
Выводы:
1) “Таким образом, на Мангышлакском месторождении первичная рудная зональность отсутст-
вует и появление окисных марганцевых руд связывается с постепенным окислением их карбонатных
разностей” (25, с. 243);
2) “ ...исходные карбонатные руды имеют постседиментационную (позднедиагенетическую или
эпигенетическую) природу (там же);
3) “В данном случае эти песчаники играли роль своего рода коллектора, способствующего
осаждению и накоплению соединений марганца” (там же).
4) “Весьма вероятно, что имело место удачное сочетание двух факторов, способствующих
рудообразованию - наличие резко локализованного среди глин тела песчаников и открывающейся в
эти породы приразломной зоны, способствующей миграции растворов” (там же).
В свою очередь, Е.А. Соколова одобрила работу А.А. Шаркова, который объясняет генезис
описанных А.Г. Бетехтиным осадочных месторождений марганца Зианчуринской группы тем, "... что
основные компоненты руд привносились в бассейн седиментации гидротермальными растворами из
эндогенного источника, вероятнее всего вулканического очага, который располагался вне пределов
рассматриваемого района. Поступление растворов, обогащенных рудным веществом, происходило импуль-
сивно, на что указывает ритмичное строение рудных пластов.
Анализ фактических данных позволяет сделать вывод о том, что Мурадымовский разлом является ру-
доконтролирующим, в пределах которого в раннекаменноугольное время находился источник марганце-
вого вещества. Прямых признаков, указывающих на вулканическую деятельность в период формирования
марганцевого оруденения, в Зианчуринском районе не установлено. Тем не менее, приведенные данные
позволяют относить руды серегуловского горизонта к вулканогенно-осадочным образованиям.
В настоящее время мы связываем происхождение марганцевых руд с вулканической деятельностью и
считаем, что основные компоненты их поставлялись гидротермальными растворами в морской бассейн из
вулканического очага на завершающей стадии его деятельности” (31, с. 203).
Реакция Ученого совета ВИМС на эту работу также примечательна (выписка из протокола № 13
от 27.05.87):
“... При обсуждении были заданы вопросы:
В.А. Блинов: Чем объясняется такой большой разрыв марганценосных эпох нижнего карбона и ниж-
ней перми?
Ответ: Периодами активизации вулканической деятельности.
“... А.Е. Лисицын: Есть ли вулканические аппараты в районе исследований?
Ответ: В пределах изученного района нет.
Ф.Э. Апельцин: А в других районах есть?
Ответ: Да.
“... В.А. Блинов: В изученном районе вы выделяете инфильтрационные руды. Какова их природа?
Ответ: Окисленные марганцевые руды образовались по первичным карбонатным рудам в зоне гипер-
генеза.
... Г.С. Момджи: Вы сказали, что вулканические постройки имеются в Магнитогорском синклинории,
но они отделены от Зианчуринского района хребтом Урал-Тау и не могли служить поставщиком марганца?
Ответ: Я не говорил, что вулканические аппараты Магнитогорского синклинория служили поставщи-
ком рудного вещества, но указал лишь местонахождение ближайших вулканических аппаратов, существо-
вавших в раннекаменноугольное время.
... При обсуждении отчета выступили:
Г.С. Момджи: ... Работа А.А. Шаркова по существу является его второй кандидатской диссертацией,
так как он выполнил ее сам. Такие крупные темы должны быть обеспечены кадрами... Необходимо отме-
тить, что ни в передовом прогибе, ни в миогеосинклинальной зоне вулканические процессы не
развиваются. Что касается гидротермальной деятельности, то постинтрузивный цикл надо
10
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
исключить, так как нет и признаков интрузий. Но если это процессы гидротермально-инфильтра-
ционные, то не должно быть такой четкой стратиграфической приуроченности рудных тел к одному
уровню. Таким образом, с источником марганца очень сложно. За такую работу надо давать отличную
оценку...” (31, с. 230-235).
Описанные выше примеры современного толкования генезиса месторождений марганцевых руд
наглядно иллюстрируют неудовлетворенность последователей Н.М. Страхова его теорией диагенеза
рудных осадков. В поисках иных источников металла оказывается отвергнутым и справедливое
замечание Н.М. Страхова о том, что “Влияние гидротерм и эксгаляций очень мало и едва ощутимо,
составляя в лучшем случае немногие проценты от общего содержания элемента в осадке” (28, с.
115), хотя этот вывод подтверждается исследованиями НИИ океанологии АН СССР:
"1. В бассейне Атлантического океана процессы современного вулканизма проявляются весьма ак-
тивно. Здесь насчитывается около 60 (?) действующих вулканов, многие из них поставляют не только
твердые (лавы, пепел), но и жидкие и газообразные продукты.
2. В областях отложения пирокластики и лав в Атлантическом океане заметных скоплений каких-либо
металлов, а также вулканогенно-хемогенных кремнистых пород не обнаружено.
3. Гидротермы и горячие источники Исландии, несмотря на их большое количество, не поставляют
сколько-нибудь заметных количеств металлов на поверхность..." (8, с. 165).
Впрочем, помня о белых и черных “курильщиках”, с Е.М. Емельяновым также нельзя безогово-
рочно соглашаться.
Относительно гипотезы вулканогенно-осадочного происхождения промышленных концентраций
марганцевых руд нужно заметить, что вольное использование терминологии допускает различное
понимание процесса:
1). Формирование месторождения по прямой схеме “извержение-садка”. Такое понимание про-
цесса рудообразования вряд ли может быть обосновано присутствием вулканического аппарата,
расчетами баланса количеств излившегося металла и запасов марганца в рудах месторождения, а
также подсчетами баланса рудного и нерудного компонентов в продуктах извержения; потребуется
объяснить отсутствие марганца в жерловых фациях и пирокластике.
Кроме того, подкоровое происхождение марганца необходимо обосновать присутствием
специфических “эндогенных” компонентов, причем нужно доказать, что они принадлежат первич-
ным марганцеворудным "излияниям”, а не сорбировались рудным коагелем из водной среды в про-
цессе седиментации.
Достоверный вулканогенно-осадочный процесс необходимо описать уравнениями в ионной
форме с учетом термодинамических и физико-химических условий вулканизма и седиментогенеза,
обращая особое внимание на механизм сепарации (очищения) марганца от элементов-спутников, с
которыми, как отмечал В.И. Вернадский “... он так связан повсюду в других его нахождениях” (3, с.
91). Нужно также доказать, что вулканический (или гидротермальный) процесс прямо связан с фор-
мированием промышленных концентраций марганцевых руд, а не только с появлением убогих спе-
цифических образований, представляющих минералогический интерес.
Взвешивая роли собственно-вулканического и осадочного факторов, нужно учитывать, что
марганцевый вулканизм, каким бы специализированным он ни был, не может обеспечить того
однообразия состава руд и общности стратиграфического положения, которые наблюдаются в груп-
пах месторождений, образующих марганцеворудные бассейны. Наблюдаемые в действительности
сходство минерального состава и совместное нахождение месторождений в узких стратиграфиче-
ских интервалах на обширных пространствах Причерноморской впадины, Магнитогорского
синклинория, Вороговского прогиба или Джаильминской депрессии можно объяснить только общно-
стью водной среды в которой (или из которой) формировалась каждая данная группа месторожде-
ний.
До тех пор, пока прямое влияние вулканизма на формирование месторождений не будет бес-
спорно обосновано, вулканогенно-осадочный процесс нужно рассматривать как нормально-осадоч-
ный, происходящий в геосинклинальных зонах с более или менее интенсивными проявлениями
вулканизма.
2). Другое понимание вулканогенно-осадочного процесса, при котором вулканизм рассматрива-
ется в качестве отдаленного по времени и в пространстве источника металла для формируемого
месторождения не имеет практического смысла, поскольку отличие вулканогенно-осадочных место-
рождений от собственно-осадочных будет состоять лишь в количестве примесей вулканогенных ком-
понентов в рудах. В достаточно широких временных интервалах все вещество земной коры при
таком понимании вулканизма можно считать вулканогенно-осадочным или эндогенным.
Роль собственно-вулканогенного фактора в гипотетичном “вулканогенно-осадочном” марганце-
вом рудогенезе традиционно преувеличивалась из-за незнания источников металла, однако после
открытия В.В. Мокиевской (1961), Д.Г. Сапожниковым (23) и Б.А. Скопинцевым (15) более
достоверного, естественного и емкого по запасам источника марганца в сероводородной котловине
Черного моря, нужда в эндогенных поставщиках металла и вовсе отпала.
Вообще-то в последние десятилетия отечественная геология успешно находит источники руд-
ного вещества почти каждому плохо изученному месторождению (рис 1).
Гипотетичные эндогенные источники (вулканы, разломы, рифты, линеаменты, гидротермы)
ввиду непредсказуемости своего появления, активизации и специализации (сегодня - марганец,
завтра - медь или что-то еще) полностью освобождают исследователей от необходимости
обоснования своих генетических построений, допускают безответственный прогноз и не требуют
осмысления рудного процесса.
Роль вулканизма в марганцеворудном процессе, по-видимому, мало отличается от его же роли в
галогенезе, по поводу чего А.А. Иванов, обосновавший существование подготовительных бассейнов
при образовании соляных месторождений, заметил, что “Неумение отличить наблюдаемые факты от
допущений, предположений и рассуждений породило представление у некоторых... о верхней ман-
тии Земли как об универсальном магазине...” (9, с. 227).
Предположение Д.Г. Сапожникова о переносе рудного вещества из зон аноксий глубоководных
впадин посредством апвеллинга оказалась чрезвычайно перспективным, поскольку оно полностью
снимает проблему источника металла и разрешает целый ряд вопросов о характере переслаивания
хемогенного и терригенного компонентов в рудах. К сожалению, механизм апвеллинга не отвечает
на те же самые вопросы, с которыми сталкивается гипотеза трансгрессивно-осадочного происхожде-
ния месторождений марганца (рис. 1), - в частности, почему тяжелые сероводородные воды
перемещаются от батиали к побережью, тогда как прямыми наблюдениями в карьерах Марганецкого
ГОКа установлено противоположное течение воды - от суши в море?
12
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
Трансгрессия (a) или апвеллинг (b) как
вторжение марганецсодержащих вод в
прибрежные заливы и лагуны (В.Г. Плав-
шудин, Ю.С. Лебедев; Д.Г. Сапожников).
Усиленная подача марганца из кор вывет-
ривания реками (а), а затем диагенетиче-
ское подтягивание его из карбонатной
зоны шельфа (b) в безрудные пески аван-
дельты (Н.М. Страхов; Е.А. Соколова).
Высаживание марганца в бортах стагни-
рующего водоема на уровне редокс-зоны
(Е.Г. Платонов, Л.Г. Повышева, В.И. Уст-
рицкий).
Аккумулятивная аэрация - подавление
сероводородного заражения интенсивным
терригенным стоком (А.А. Рожнов, Е.М.
Бузмаков и др.).
Подача металла из эндогенного источ-
ника: а - вулкана (В.И. Грязнов, Г.С.
Дзоценидзе), b - рифта или разлома
(М.М. Мстиславский; Е.А. Соколова, И.П.
Дружинин), c - выпадение космической
пыли (В.Р. Надирадзе).
“...быстрые воздымания крупных глыб,
приводящие к подъему больших масс при-
донных и иловых вод из сероводородной
зоны в мелководье...” (А.А. Рожнов).
Рис.1. Основные гипотезы происхождения промышленных концентраций марганцевых
руд для систем: “один водоем”, “река - море”, “эндогенный источник - водоем”.
Усовершенствованием механизма апвеллинга занимались Е.Г. Платонов с соавторами (19), А.А.
Рожнов (21) и другие исследователи, однако и модернизированные схемы осаждения марганца из
окисляющихся сероводородных вод встретили непреодолимые затруднения главным образом по-
тому, что они моделировали геохимические процессы, происходящие в изолированных водоемах, а
не в системе морских котловин, проливов и разновозрастных впадин.
Охарактеризованное выше состояние теории марганцевого рудогенеза, или, прямо говоря, -
полное непонимание автором настоящего текста важнейших этапов и закономерностей
рудообразования на конкретном (Улутелякском) объекте, исключало достижение положительных ре-
зультатов при выполнении задания по прогнозной оценке запасов марганцовистых известняков для
черной металлургии, поэтому до начала тематических работ потребовалась выработка непротиво-
речивой гипотезы образования месторождения. Задача сочинения альтернативной теории и, тем
более, задача выявления "лысенковщины" в геологии не ставилась, - важнее было понять другое:
откуда взялся марганец и почему он сел в гипсах кунгура? - Получение вразумительного
ответа на этот вопрос представлялось поначалу совершенно невозможным.
РАБОЧАЯ ГИПОТЕЗА
Предварительные соображения
Марганцеворудный процесс действительно характеризуется целым рядом неожиданных
особенностей, которые вызывали недоумение всех его исследователей, включая академиков Н.А.
Соколова, В.И. Вернадского, В.А. Обручева, А.Г. Бетехтина, Н.М. Страхова. В частности, нахождение
марганцевых руд среди гипсов кунгурского возраста отмечалось Н.М. Страховым как “своеобразие”
Улутелякского месторождения, выпадающего из его системы представлений о гумидном литогенезе.
При первом ознакомлении с материалами разведок Улутелякского месторождения за 1940-44,
1952-53 и 1967-71 гг. вопросы вызывало все: отсутствие источника металла, залегание порошкова-
тых “элювиальных” руд под безрудными известняками, а нередко - и в основании полезной толщи;
широкое распространение “переотложенных” глинистых руд в восточной части рудного поля и
нахождение сульфида марганца в его западной части (рис. 4-5).
Нормально-осадочная природа Улутелякского месторождения была установлена К.П. Столбко-
вым во время проверки заявки еще в 1940 году и подтверждена А.Г. Бетехтиным в 1942 г, однако в
своем первом отчете о разведке за 1942 год А.В. Хабаков (с. 361, БРГФ) отнес его к группе
месторождений выветривания, классу инфильтрационных.
Характерной особенностью Улутелякского месторождения является четко выраженная в плане и
на разрезах (рис. 5) литохимическая зональность рудных отложений, представленных в крайней
восточной (прибрежной) части бескарбонатными первичноокисными рудами с прослоями галечни-
ков, которые в западном направлении (по падению) постепенно и последовательно замещаются
окисленными марганцовистыми известняками, а затем не окисленными манганокальцитами, фацией
“сульфидных руд” и безрудными битуминозными известняками сероводородной котловины (здесь и
далее мы не отличаем сероводородсодержащие зоны и котловины от анаэробных, аноксичных и
сульфидных, используя эти названия в качестве синонимов).
В качестве базовых, исходных оснований для разработки теории рудогенеза любого элемента
должны приниматься его химические свойства, а не весьма условные генетические классификации
минеральных индивидов и рудных агрегатов. Так, неустойчивость и полиморфизм почти всех окси-
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
14
дов, карбонатов и силикатов марганца не позволяет принять предложенное исследователями
Улутелякского месторождения разделение всех продуктивных образований на “карбонатные”,
“элювиальные”, “переотложенные” и “сульфидные” руды. Первые - потому что они представлены
твердым раствором оксидов марганца в известняке, а не его карбонатами; вторые и третьи - потому
что они после садки и литификации не элювировались и не переотлагались, сульфиды же вообще
не используются для выплавки чугунов или сталей, (т.е. рудами не являются) но могут служить в
качестве индикатора окислительно-восстановительных условий бассейна рудоотложения (Eh).
Сомнение о принадлежности порошковатых руд к элювию, а глинистых - к делювию возникает
главным образом потому, что подобные типы руд встречаются в прибрежной зоне почти каждого
осадочного месторождения марганца, полностью укладываясь в схему фациальной зональности А.Г.
Бетехтина (1937).
Действительно, марганец элювироваться и переотлагаться не может, потому что он - не золото
или олово, минералы которых образуют промышленные концентрации в процессе естественного
шлихования. После хемогенной садки все гипергенные явления сопровождаются только выносом
марганца из метастабильных его накоплений. Особенно интенсивно деградация и разубоживание
рудных концентраций происходит в восстановительных условиях донных отложений, что описано
Н.М. Страховым как «эфемерное рудоотложение».
По-видимому, “карстовые месторождения” с их ”элювиальными” и “переотложенными” рудами в
большинстве случаев являются скудными остаточными продуктами гипергенного разрушения неко-
гда крупных и богатых залежей осадочного происхождения, ибо невозможно представить, чтобы
терригенные компоненты удалялись естественным путем из руд полностью и быстрее, чем марганец
из неустойчивых его соединений.
Но марганец - это и не медь, промышленные концентрации которой образуются в
восстановительных условиях и окислительных, в среде кислой и щелочной, имеют вулканическое
происхождение и магматическое, гидротермальное и стратиформное, инфильтрационное и
метасоматическое. В силу своей химической природы (переходной металл с амфотерными свойст-
вами) марганец не создает заметных концентраций в окислительных условиях поверхностного стока
и не осаждается в восстановительной обстановке, он не накапливается как натрий и калий в рапе
солеродных лагун и не участвует в ионном стоке морских течений, присаживаясь временно на дно
при всякой аэрации сероводородных вод.
В отличие от многих других рудных элементов, марганец не образует в сероводородной зоне
труднорастворимых сульфидов, поэтому в стратиграфическом разрезе марганцевые месторождения
залегают выше бокситов, фосфоритов, железа, медистых песчаников и стратиформных
полиметаллических руд.
Марганец, наконец, оказывается более подвижным, чем нефть и газ. Марганец и органическое
вещество, необходимое для образования месторождений углеводородного сырья, накапливаются в
одинаковых восстановительных условиях одних и тех же застойных впадин, но никогда не встреча-
ются в совместном залегании. Месторождения марганца (Улутелякское, Лабинское, Мангышлакское,
Никопольское, Чиатурское и др.) обычно размещаются в более поздних отложениях, чем сопут-
ствующие им месторождения УВ (Культюбинское, Мангышлакское, Майкопское, Рионское и др.).
С нефтегазоносными бассейнами нередко связаны и осадочные месторождения железных руд
(Западно-Сибирский, Ангаро-Питский, Керченско-Таманский и др.), однако в зоне H2S железо обра-
зует нерастворимые сульфиды и выпадает в осадок раньше марганца.
Не образуются промышленные концентрации марганца и в результате естественной эволюции
замкнутых сероводородных котловин, где вынужденное, но постепенное выпадение его из раство-
ров ведет к рассредоточению (“размазыванию”) убогих рудных концентраций по многометровым
разрезам марганценосных свит (Усинское месторождение - 100 м, Порожинское - 150, верхне-
казаркинская подсвита Пай-Хоя - до 160 м и т.д.).
Согласно правилу Гиббса, твердая фаза метастабильных оксидов марганца в условиях земного
гипергенеза является компонентом инвариантных систем, поскольку любое изменение рН-Еh среды
сопровождается переходом металла в раствор.
В перечне рудных элементов марганец является самым подвижным, самым дальним,
неуловимым и вечным мигрантом, конечным пунктом перемещений которого (и неоспоримым
доказательством высокой подвижности) являются метастабильные конкреции на поверхности дна в
пелагиали Мирового океана. Триллионы тонн железомарганцевых конкреций вполне могут служить
в качестве индикатора объемов размыва суши за все время существования океанических впадин.
Но, стремясь в открытый океан, марганец надолго задерживается в каждой застойной котловине
континента, где разрывает химические связи с элементами-спутниками и накапливается в истинных
растворах. Истинные растворы не стареют, как коллоиды, поэтому выщелоченный однажды из гон-
дитов рифея где-нибудь на Новой Земле, гидратированный катион марганца медленно мигрирует в
придонных слоях сероводородных вод из байкалид и каледонид в герциниды и киммериды, из тех и
других - в альпиниды, из геосинклиналей - в передовые прогибы, из прогибов - в наложенные впа-
дины платформ, из древних котловин бореального бассейна - в современные желоба Атлантики.
Поэтому континентальные месторождения марганца не могут быть закономерным продуктом
реализации осадочного процесса по примитивной схеме “смыв - садка”.
В современной геологической литературе континентальный (вулканогенно-осадочный) и океа-
нический (конкрециеобразование) марганцеворудные процессы рассматриваются независимо и
отдельно один от другого. Изучаются эти процессы также раздельно - различными специализиро-
ванными НИИ. Получается, что простое перемещение катиона марганца из зоны шельфа в пелагиаль
полностью меняет геохимическое поведение элемента, что, конечно же, не так, поскольку океани-
ческий процесс является продолжением континентального.
В этой связи ключевым моментом, поясняющим поведение марганца на континенте, может слу-
жить сам факт подавляющего перевеса океанического накопления этого элемента над всеми осталь-
ными фациально-генетическими типами марганцевых руд. Этот факт прямо указывает на то, что
никакие физико-химические условия континента не могут удерживать марганец в твердой фазе руд-
ных месторождений сколько-нибудь продолжительное время.
Более того, бурением океанического дна на участках распространения конкреций установлено,
что независимо от его возраста в недрах дна на глубинах свыше 0,2-0,4 м марганцевые конкреции
отсутствуют (при отрицательных значениях Eh они растворяются), и в этом факте находится еще
одно обоснование неуловимости марганца, т.е. весьма ограниченной его способности образовывать
рудные концентрации в недрах континента или океанического дна.
Уяснив, таким образом, главные особенности геохимического поведения марганца, далее можно
предположить, что число генетических типов промышленных концентраций этого металла находится
Подготовительная стадия осадочного марганцеворудного процесса
16
в обратной зависимости от его подвижности.
Действительно, основываясь на законах термодинамики, можно утверждать, что чем большим
числом степеней свободы обладает какая-либо система, тем больше ограничений (факторов, усло-
вий) она требует для своей стабилизации, или, иными словами, - чем подвижнее элемент, тем более
редким и строго последовательным должно быть стечение обстоятельств, физико-химических усло-
вий и геологических событий для того, чтобы остановить перемещение этого элемента в лито- и гид-
росфере, т.е. для образования промышленных концентраций.
Малоподвижные активные элементы вступают в химические реакции с образованием рудных
концентраций всегда и повсюду - в любых условиях (медь), подвижные (калий, натрий) создают
единичные промтипы месторождений, неуловимый же марганец при таком рассуждении и вовсе не
обязан концентрироваться в форме рудных тел.
Поэтому неслучайно 50-летнее изучение Н.М. Страховым геохимии марганца привело его к
почти мистическому убеждению в том, что марганцеворудный процесс представляет собою “особое”,
“удивительное”, “экзотическое” и “поразительное” явление (28, с. 392).
С таким пониманием марганцеворудного процесса не согласятся сторонники поливариантных и
многоэтажных схем концентрации рудного вещества - эндогенных, гидрогенных, гипергенных; в
частности, - М.М. Мстиславский, который считает, что руды Порожинского месторождения …вулка-
ногенно-гидротермально-осадочного типа представлены двумя подтипами:
1) гидротермально-метасоматических, и
2) пластово-линзовидных гидротермально-осадочных...”, которые на втором этапе ”...
преобразовались во вторичные окисленные руды: остаточного, остаточно-инфильтрационного
и собственно инфильтрационного типов” (12, с. 93-94).
Механизм переноса рудного вещества
Предлагаемая для обсуждения гипотеза происхождения промышленных концентраций марганца
хотя и описывает теоретически невозможное в природе явление, но явление это в конечном итоге
оказывается простым, непротиворечивым и естественным процессом преобразования сульфидных
растворов марганца в твердую фазу рудных залежей. Процесс этот обнаруживается в современных
водоемах, а все его этапы зафиксированы в ископаемых образованиях. Сущность осадочного
марганцеворудного процесса легко объясняется в рамках элементарных постулатов курса общей хи-
мии и геологии.
Построение рабочей гипотезы основывается на многочисленных описаниях хорошо изученного
Николь-Большетокмакского марганцеворудного бассейна с привлечением данных по ряду других
месторождений, а также на идее А.А. Рожнова о том (рис. 1), что “Сравнительно быстрые воздыма-
ния крупных глыб приводили к подъему больших масс придонных и иловых вод из сероводородной
зоны в мелководье или к быстрому их растеканию на прилегающие к глыбам площади, включая
мелководье” (22, с.12).
Если же гипотетичное “... быстрое воздымание крупных глыб ...” по А.А. Рожнову заменить
быстрым погружением марганценосной впадины (Причерноморской, Чакырганской, Квирильской,
Валахской, Михеевской или Бельской) и добавить сюда медленное эпейрогеническое поднятие юга
Русской платформы и Скифской плиты, то получится удовлетворительно работающий механизм
заключительной фазы марганцевого рудогенеза.

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..    1  2   ..