Месторождения кор выветривания

Поверхностная зона земной коры представляет собой арену постоянных и непрерывных реакций между горными породами литосферы и составными частями гидросферы, атмосферы, биосферы. Эти реакции обуславливают очень сложную систему изменений в смой верхней части литосферы, именуемой корой выветривания.
Процесс выветривания сосредоточен обычно в той части геологического разреза, где происходит движение поверхностных вод атмосферного происхождения (вадозных вод), являющихся главным фактором выветривания. Последние делятся на почвенные и грунтовые воды. Первые сосредоточены у самой поверхности, питаются почти исключительно атмосферной влагой и являются сезонными (на жаргоне горняков их часто именуют верховодкой). Они содержат в значительном количестве кислород и другие элементы атмосферы (включая микроорганизмы) и определяют ярко выраженный окислительный характер преобразования горных пород. Эти воды энергично разрушают породы химическим и физическим путем, превращая толщу первичных пород в верхнюю часть зоны окисления (подзона выщелачивания). Грунтовые воды располагаются на более значительной глубине (до многих сотен метров). Сверху они ограничены поверхностью называемой уровнем грунтовых вод, или гидростатическом уровнем, определяемым глубиной залегания водопроницаемого слоя относительно дневной поверхности и рельефом местности, снизу – кровлей водонепроницаемого слоя, играющего роль водоупора, с низким значением коэффициента фильтрации вод (обычно не более 0,1 м/сут). Движение грунтовых вод имеет нисходящее, подчиненное силе тяжести направление движения, от мест высокого стояния в сторону боле низкого. Сверху от горизонта грунтовых вод выделяется капиллярный ореол – толща пород, пронизанная влагой, поднимающейся по трещинам и порам в силу капиллярного натяжения. В составе грунтовых вод более низкое содержание кислорода, в то же время они обогащены элементами дренируемых ими горных пород и руд. Их работа выражена в концентрации многих элементов, нередко область вторичного отложения этих элементов (в низах зоны окисления, на границе окислительной и восстановительной геохимических обстановок) называют подзоной цементации. Между горизонтами почвенных и грунтовых вод выделяется так. наз. мертвая зона, или зона аэрации – т.е. свободного нисходящего движения атмосферных вод без их накопления. Если грунтовые воды проникают между водонепроницаемыми пластами, то они уходя глубоко от поверхности и обретают характер напорных (артезианских) вод. Движение подземных вод (как почвенных, так и грунтовых) приводит к чрезвычайно сложной и интенсивной миграции элементов, в том числе металлических, и приводит к образованию рудных месторождений коры выветривания. В области разложения горных пород и руд (от поверхности до восстановительного барьера, обычно приуроченного к подошве водоносного слоя) происходит механическое разрушение (дезинтеграция) пород в силу неравномерного расширения минералов под воздействием солнечного тепла и сжатия под воздействием холода. Этот процесс усиливает раскалывающее действие замерзающей воды в холодных климатических обстановках и кристаллизация солей в аридных обстановках, а также разрушительное действие корней растений. Поэтому механическое выветривание чрезвычайно активно в зоне тундры, тайги и засушливых степей, полупустынь, пустынь. Механическое разрушение происходит в комплексе с химическим, стимулируемым разностью электрических потенциалов, возникающим при скачке температур (замерзание водя и таяние льда), а также кристаллизации солей. При этом доминирующую роль играет все-таки механическое выветривание. Поэтому в высокоширотных и аридных обстановках не характерны современные им мощные площадные коры химического выветривания. Преобразование пород ограничивается их превращением в глыбы, щебень, дресву, песок, алеврит с подчиненным количеством глинистых минералов. В то же время по зонам дробления пород с сульфидной минерализацией развиты линейные зоны интенсивного окисления, иногда уходящие на глубину в десятки и сотни метров. Во влажных умеренно теплых и особенно тропических обстановках преобладает химическое выветривание под воздействием кислорода и углекислоты воздуха, гумусных кислот почвы, микроорганизмов (типа ferrooxidance и др.). Мощный дополнительный импульс к выветриванию пород вносят сульфат-ионы, образуемые при окислении сульфидов. В итоге в коре выветривания остаются лишь те минералы, которые устойчивы в данных физико-химических условиях. К таковым относятся (по мере убывания устойчивости) глиноземистые минералы (составные части бокситов – бемит, диаспор, гиббсит и др.), окислы и гидроокислы железа (гематит, гетит, лимонит), глинистые – каолин, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюды; кварц, остаточные силикаты. В числе первых (даже в условиях полярного климата) разрушаются биотит и флогопит, замещаемые сначала вермикулитом, а затем гидрослюдами и т.д. Более устойчивы светлые слюды (мусковит и др.), хлорит, гранат. В ряду главных породообразующих минералов устойчивость в коре выветривания возрастает в направлении: оливин – пироксены - амфиболы - полевые шпаты - кварц. В корах химического выветривания характерна вертикальная зональность. Сверху вниз сменяются подзоны различных по интенсивности преобразований пород субстрата, образующие ряд: глиноземистые минералы (латеритные коры выветривания в тропиках) – каолиновые – гидрослюдисто-лимонит-гетит-кварцевые – сульфатно-кварцевые (иногда в низах этой подзоны – кварцевых, баритовых песков и сульфидных сыпучек)– трещиноватых коренных пород с реликтами силикатных и первичных рудных минералов (иногда сцементированные переотложенным рудным веществом) – слабо трещиноватые коренные породы и руды. В условиях сурового и умеренного климата выветривание не идет дальше образования обычного обломочного (глыбово-щебнисто-дресвяно-песчано-глинистого) элювия. Из элювия выносятся легко подвижные компоненты (катионы щелочных и щелочно-земельных металлов, алевритисто-глинистые частицы, вымываемые талыми и дождевыми водами) и накапливаются наиболее тяжелые и устойчивые при выветривании минералы – золото, платина, касситерит, шеелит, вольфрамит., монацит и др.). Непосредственно над рудным телом образуются элювиальные россыпи таких минералов, в которых содержание металлов нередко намного выше, чем в коренной руде. Таким образом происходит механическая концентрация минералов и металлов. При наличии заметного количества сульфидов в рудах и околорудных породах, даже в суровых климатических обстановках, происходит интенсивное химическое преобразование. Из сульфидов самым нестойким является пирротин, далее следуют блеклые руды, галенит, халькопирит, сфалерит, арсенопирит, марказит, пирит. При их окислении образуются с одной стороны серная кислота, с другой стороны – естественная разность потенциалов, которые многократно ускоряют процессы окисления. Сульфиды замещаются окислами, сульфатами и карбонатами. Накопление самого распространенного металла – железа достигает такой концентрации, что окисленные руды превращаются в бурые и красные железняки, почти нацело сложенные окислами и гидроокислами трехвалентного железа (железные шляпы сульфидных месторождений).
Даже такой химически стойкий металл, как золото, в зоне окисления становится активным мигрантом. Золото мигрирует сверху вниз, его частицы укрупняются до образования самородков, нарастают его содержания. Вместе с золотом мигрирует серебро, а также кремнезем с образованием в низах зон окисления кварцевых, барит-кварцевых песков иногда сцементированных опаловидным кварцем в плотную кремнистую плитку. Содержания золота в такой кремнистой породе достигают ураганных значений (до 1000 г/т и более при содержании в первичной руде 1-4 г/т). Примером многократного укрупнения золота в зоне окисления является железная шляпа Учалинского медноколчеданного месторождения. В первичной руде золотины имеют микронный размер, а в зоне окисления при разработке фиксировались самородки до 80 г. Аналогично ведет себя и серебро. Нередко концентраторами переотложенного золота и серебра является новообразованный барит. Серебро эффективно накапливается также в гипергенных окислах марганца (псиломелане, пиролюзите и др.).
Зоны окисления сульфидных месторождений, помимо окислов и гидрооокислов железа, сложены черными окислами марганца, реже красными - меди (куприт), сложными сульфатами железа (ярко-желто-охристые фиброферрит, ярозит, мелантерит и др.), свинца (вишнево-розовый англезит), кальция (гипс), магния (бледно-розовые квасцы), карбонатами меди (зеленый малахит, синий азурит), цинка (голубоватый церуссит), и др. вторичными минералами. Образуются также сложные фосфаты меди (голубая бирюза), мышьяка и железа (сургучно-оранжевый петтицит), силикаты меди (хризоколла), цинка (смитсонит) и др. вторичные минералы. Весьма разнообразна и сложна минералогия окисленных руд серебра (десятки минералов и их разновидностей). В низах зоны окисления сульфидных залежей развиты горизонты рыхлых сульфидных песков, сложенных в основном пиритом с значительной примесью ковеллина и других вторичных сульфидов меди. В них также характерны высокие содержания золота и серебра. Ниже окислительно-восстановительного барьера происходит цементация (вторичное сульфидное обогащение) первичных руд цветных металлов переотложенным сверху вниз рудным веществом. Здесь образуются такие богатые медью минералы, как ковеллин, халькозин, борнит, иногда самородная медь, а также новообразованные блеклые руды, галенит, сфалерит, минералы серебра, в том числе самородное серебро, реже самородные цинк, свинец, ртуть. Содержания золота здесь ниже, чем в кремнистой подзоне, но выше, чем в первичной руде. Благоприятными условиями для развития зон окисления (и, более широко – кор выветривания в целом) являются: стабильный тектонический режим, умеренное поднятие территории, способствующее развитию и длительному сохранению поверхностей выравнивания (пенепленов) с умеренной расчлененностью рельефа, слабая эрозионная активность, наличие в рудах и вмещающих породах химически активных минералов (в первую очередь сульфидов, а также карбонатов), водонасыщенность пород и руд. Климатическая зональность территории важна, но не является приоритетной (линейные зоны окисления по минерализованным зонам дробления развиваются и в суровом климате). Температурный режим окисления сульфидов и других минералов имеет экзотермический характер, судя по парагенетической ассоциации минералов температура может достигать 80°, т.е. она сопоставима с температурой образования обычных гидротермальных (эпитермальных) месторождений. Контрастность минералообразования в зонах окисления также вполне способна конкурировать с таковой в эндогенных месторождениях. В целом выше описанные железные шляпы - зоны окисления по сульфидным рудам, являются наиболее яркой, контрастной разновидностью более масштабных кор выветривания, развитых также и по околорудным метасоматитам сульфидных месторождений, и по малосульфидным рудам, и по безрудным породам. И в том, и другом, и в третьем случае могут развиваться промышленные экзогенные месторождения.
Материал для дополнительного чтения Пример металлоносной коры выветривания по околорудным метасоматитам колчеданного месторождения – кора выветривания в рудном поле Учалинского месторождения. В зоне окисления колчеданных руд (центральная часть месторождения), располагалась залежь золота, одна из бога­тейших на Урале (12468 кг добытого золота при среднем содержании 11 г/т). Временем её открытия считается 1940 г., хотя представления о значительных перспективах золотоносности «объекта Ушалы» изложены в материалах треста «Башзолото» за 1936 г. (доклад Ф. А. Ульмасова). Сами бурые железняки известны с XIX века. В залежи выде­лялись «железная шляпа», сложенная бурыми железняками и песчано-глинистым мате­риалом, подзона выщелачивания (кварц-баритовые пески с содержанием золота 22 г/т, а также до 529 г/т серебра) и сульфидная сыпучка. Подошва зоны окисления располагалась на глубине до 70 м. Ниже её до глубины 120 м находилась зона вторичного сульфидного обогащения. И.И. Гинзбургом (1951 ф) установлены сложные пространственные и вещественные взаимоотношения бурожелезняковой залежи и вмещающей её коры выветривания. Учитывая особый интерес современной промышленности к золотосодержащим корам выветривания, следует рассмотривать месторождение как эталонный объект. И.И. Гинзбургом отмечено преобладающее развитие коры в логах и низменностях, в меньшей степени на склонах (в силу большей сохранности от эрозионного среза) и практически полное ее отсутствие на выступающих формах современного рельефа. Наивысший абсолютный уровень коры выветривания 570-605 м. Этим исследователем выделяются монтмориллонитовый и каолинитовый профили выветривания. Первый, по мнению И.И. Гинзбурга, присущ площадным корам, возникшим в условиях щелочной среды, вызванной преобладанием относительно сухого климата. Второй, формируемый в условиях кислой среды, в пределах рудного поля тяготеет к низам коры выветривания, отличающимся высокой концентрацией сульфат-ионов за счет окисления колчеданной залежи. Минеральный состав монтмориллонитового горизонта коры характеризуется развитием (в порядке убывания) гидрохлорита, гидроокислов железа и марганца, монтмориллонита, бейделлита, керолита, галлуазита, нонтронита с реликтовыми исходными силикатами - хлоритом, роговой обманкой и полевыми шпатами. Для каолинитового горизонта характерны гидрослюда, гидрохлорит, гидроокислы железа и марганца, каолин, водные сульфаты железа, алюминия, кальция, реликты серицита, альбита, серицита, хлорита. Как следует из относительной распространенности гипергенных минералов и наличия реликтовых силикатов, кора отличается низкой степенью зрелости процессов химического выветривания. Монтмориллонит и каолин в данном случае являются лишь индекс-минералами геохимических фаций корообразования, не будучи ведущими компонентами выделенных профилей. Наряду c климатическими и геохимическими условиями корообразования, состав гипергенных продуктов определяется также типом исходных пород. Монтмориллонитсодержащий тип выветрелых пород развивается предпочтительно по основным вулканическим породам, каолинсодержащий – по кислым.
Детальное изучение состава коры выветривания и залежи окисленных руд Учалинского месторождения позволило И.И. Гинзбургу сделать вывод о наличии в истории развития рельефа не менее 2 длительных фаз стабилизации уровня грунтовых вод и соответствующих им фаз проработки зоны окисления, отраженных наличием в разрезе последней двух баритовых горизонтов. Близ уровней грунтовых вод, выше границы окислительной и восстановительной обстановок происходило осветление (выщелачивание) пород и руд. Выше, в зоне аэрации и капиллярного подъема грунтовых вод, накапливались гидроокислы железа и ярозит с интенсивным обохриванием пород. Из «надрудной» коры, перекрывающей железную шляпу, шла нисходящая миграция в последнюю кремнезема, щелочных земель, бария, окислов железа, алюминия и марганца, а также части цветных и благородных металлов, включая золото. Вероятно, такое же нисходящее перераспределение золота могло иметь место и в остальной части коры выветривания, с его накоплением в низах разреза на окислительно-восстановительных барьерах.
Образование коры выветривания началось раньше, чем формирование «железной шляпы» и продолжалось синхронно с последней. По мнению И.И. Гинзбурга, реликты коры на отметках около 600 м имеют мезозойский возраст, на поверхности выравнивания 550-560 м развита миоцен-плиоценовая кора, возраст зоны окисления плиоценовый. Соотношения «околорудной» коры выветривания и залежи окисленных руд Учалинского месторождения имеют следующие особенности. Первая, развитая по метасоматически измененным вмещающим породам, не только окаймляет с боков, но и большей частью перекрывает окисленные руды, предохраняя их таким образом от эрозии. Выход на поверхность бурых железняков из-под глин наблюдался только в центральной части рудной залежи, крылья и фланги которой были «слепыми». Кора выветривания, развитая по рудовмещающим породам с вкрапленностью сульфидов, характеризующаяся разными соотношениями лимонита и глинистых минералов (в зависимости от густоты первичных сульфидов), на удалении от рудной залежи сменялась обычными слабо ожелезненными глинами. Минералого-геохимической особенностью окисленных руд являлась их обогащенность ртутью в форме тонкой вкрапленности киновари, в 1940-ые годы извлекаемой попутно с золотом. Вещественный обмен между богатыми рудами и корой выветривания привел к заражению коры ртутью на расстоянии до 300 м от рудной залежи. За счет инфильтрации бария, присущего не только окисленным и колчеданным рудам, но и вмещающим породам (в пересчете на BaSO4 – 2,1 % в измененных кислых породах и 1,04 % - в базальтах), околорудная кора оказалась также насыщенной мелкими зернами барита. Высокие содержания в легко мигрирующих рудничных водах месторождения меди, цинка, свинца, мышьяка, золота и серебра определяют аномальный фон этих элементов также и в коре выветривания. Часть концентраций этих металлов унаследована корой выветривания от первичного их содержания в околорудных метасоматитах. Концентрация олова в коре выветривания не изучена, но его повышенные содержания в бурых железняках в виде тонкозернистого касситерита позволяют предполагать таковые и в коре выветривания. Химический состав подзоны выщелачивания Учалинского месторождения (Шафеев, 1942 ф) следующий (в %): баритовые пески SiO2 11,15, Al2O3 13,2, Fe2O3 25,08, CaO 10,4, MgO 0,25, BaSO4 49,56, S общ. 1,06, As 0,85, Cu 0,14, Pb 0,24, Se 0,005, Sn 0,09, Ag 119 г/т, сульфидная сыпучка: SiO2 6,25, Al2O3 9,5, FeO 22,4, CaO 0,4, MgO 0,23, BaSO4 40,1, S общ. 19,1, S сульфатная 0,02, As 0,7, Cu 0,18, Pb 0,25, Sn 0,08, Ag 286 г/т. Минеральный состав окисленных руд в целом (в порядке убывания): гипергенные - гетит, лимонит, гидрогематит, барит, ярозит, малахит, азурит, англезит, алунит, гипс, окислы марганца, сера, церуссит, свинцово-серебряные охры; реликты первичных и вторичных сульфидов - пирит, халькопирит, сфалерит, арсенопирит, джемсонит, ковеллин, киноварь, сульфоантимониты свинца, базовисмутит; акцессории – шеелит, флюорит, касситерит, лейкоксен, ильменит, хромит, вольфрамит, циркон; самородные золото и серебро. Обращают внимание повышенные концентрации олова (до 0,1 %), обусловленные наличием тонкозернистого касситерита (Шафеев, 1941 ф). Основная часть частиц золота в зоне окисления имеет размер до 10 микрон, состоит из 100 и более элементарных ячеек и по своей величине находится между коллоидными и молекулярными размерами частиц. По данным Х.А. Шафеева (1941ф) многочисленные частицы размером 0,01х0,01 - 0,18х0,1 мм присущи баритовой сыпучке, с преобладанием золотин размером 0,01-0,02 мм (в среднем 1-5 золотин на один полированный шлиф из концентрата сыпучки). Форма их неправильная, угловатая, реже изометричная или в виде крючков и нитевидных чешуек. Золото чистое, свободное, тонкозернистое, без пленок и сростков, соломенно-желтого цвета, реже высокосеребристое белого оттенка. Основная часть золота распылена в тонких классах, что доказывается пробирными анализами иловой фракции руды, отмытой от крупных частиц. Сходный размер частиц золота установлен в валовой пробе из отвала вскрыши окисленных руд месторождения (породы коры выветривания), отобранной ГУП УКГЭ «Уралзолоторазведка» и изученной ОАО «Институт Унипромедь». Большей частью золото в коре дисперсное, единичные частицы достигают размера 100 микрон. Одна из обнаруженных золотин имеет химический состав, соответствующий электруму. Вместе с тем при разработке окисленных руд отмечались отдельные самородки золота. По-видимому, в донных отложениях озера Мал. Учалы, сопряженного с залежью окисленных руд, присутствовало россыпное золото – на планах горных отводов 1880-ых годов оно показано, как площадь, заявленная для золотодобычи (Кузнецов, 1937 ф). Таким образом, налицо тенденция укрупнения в зоне окисления тонкодисперсных частиц золота, присущих первичным рудам, хотя доля крупных частиц в общей массе золота, очевидно, мала. В бурых железняках Учалинского месторождения отмечено высокое отношение кобальта к никелю (2-23), что может быть использовано для распознавания бурых железняков по сульфидным рудам от таковых по ультрабазитам, где отношение обратное. Вышеотмеченная золотоносность выходящих на поверхность околорудно измененных пород, объем которых значительно превышает таковой колчеданной залежи, обосновывает перспективы линейно-площадной коры выветривания, вмещавшей богатые окисленные руды. Часть потенциально золотоносных образований дресвяно-песчано-глинистой коры выветривания складирована в отвал вскрыши карьера разработки окисленных руд. Валовой пробой ГУП УКГЭ «Уралзолоторазведка» весом 200 кг в них установлено содержание золота 0,7 г/т. По данным Х.А.Шафеева (1941 ф), площадная кора выветривания, сложенная ярко-красными, желтыми, розовыми, охристыми, пятнистыми щебнистыми глинами, мучнистыми, пористыми и жирными, широко развита на север и юг от месторождения. В составе коры наряду с гидрослюдой, кварцем, реликтами силикатов (хлоритом, серицитом и др.) развиты новообразованный полупрозрачный опаловидный кварц, нередко с образованием окремненных горизонтов, а также ярозит, лимонит, каолин, монтмориллонит. Принимая во внимание избирательное развитие коры выветривания по раздробленным сульфидизированным породам, несомненно обогащенным золотом, зона гипергенеза Учалинского рудного поля в целом представляет значительный интерес и заслуживает поисковой оценки. По аналогии с залежами окисленных руд традиционного типа «железных шляп», можно ожидать перераспределение золота в коре выветривания по вертикали, с его максимальным накоплением в окремнелых горизонтах в низах разреза.
Приведенные факты обосновывают прогноз гипергенной золотоносности на значительной площади рудного поля к югу и северу от месторождения. Примеры преобразования в зоне окисления первичных малосульфидных руд весьма многочисленны. Это прежде всего кварцевые жилы – представители золото-кварцевой рудной формации. В пределах зоны окисления (наличие которой обусловлено не столько собственными сульфидами кварцевых жил, обычно не более 1-5 %, сколько значительно более масштабной пиритизацией вмещающих пород) золото крупное, россыпеобразующее нередко с самородками. При углублении в зону первичных руд без признаков окисления и содержание золота, и размеры золотин заметно падают. Попытки объяснить такие изменения (обычно в диапазоне глубин 20-30 м) первичной эндогенной вертикальной зональностью оруденения обычно не состоятельны, принимая во внимание частое отсутствие в тех же самых первичных рудах сколько-нибудь заметных вариаций состава и качеств в диапазонах глубин в сотни метров. Кроме того, в зоне окисления нередко происходит повышение пробности самородного золота за счет образования на поверхности золотин высокопробной оторочки.
Увеличение размера золотин в зоне окисления можно объяснить, принимая во внимание способность золота к растворению в хлорной среде. Изучение химизма грунтовых вод в зоне окисления месторождений показывает, что наряду с преобладающим сульфат-ионом грунтовым водам присущи также повышенные концентрации хлор-иона. «Разрастание» частиц золота идет скорее всего электрохимическим путем, подобно кристаллизации из раствора обычных солей. В итоге в близповерхностной части кварцевых жил образуются и уникальные гнезда и самородки (Большой Треугольник в Миассе весом 36 кг, Ирендыкский Медведь в Башкирии весом 4,8 кг, глыба кварца на Миндяке, из которой было выколочено 36 кг золота, Приятный Незнакомец в Австралии весом 68 кг, там же Плита Холтермана - пластина жильного кварца весом 260 кг, в которой находилось 160 кг золота). В эндогенных рудах, не претерпевших гипергенного преобразования, самородки крайне редки и образуются обычно там, где на рудные жилы накладывается термальный метаморфизм со стороны послерудных интрузий (Игуменовское месторождение на Колыме). Также и в зонах малой и умеренной сульфидной вкрапленности (золото-сульфидная формация) происходит заметное нарастание содержаний и укрупнения размеров частиц золота. Пример – месторождение прожилково-вкрапленных руд Муртыкты в Учалинском районе РБ, где в зоне окисления золотины достигают размера в несколько мм и питают многочленные ложковые россыпи на склонах рудоносной возвышенности, а содержания золота в рудных гнездах достигают 1000 г/т, в то время как в первичных сульфидных рудах размер золотин не превышает 70-100 микрон, а содержания –10-15 г/т. Таким образом, вслед за крупнейшими знатоками зон окисления золоторудных месторождений М.В. Альбовым и Н.В. Нестеровым можно утверждать – без развитой зоны окисления золоторудных месторождений нет и промышленных россыпей с легко извлекаемым крупным металлом.
Дополнительный материал.
Общие сведения о золотоносных корах выветривания До недавнего времени единственным промышленным типом гипергенного золотого оруденения в элювии (корах выветривания) были зоны окисления сульфидных месторождений. Под воздействием атмосферного кислорода, углекислоты, грунтовых вод, локальных сернокислотных процессов происходит вторичное обогащение золотоносных сульфидных руд с образованием «как бы новых месторождений с иным распределением металлов и иными минеральными соединениями». Масштабная добыча рудного золота на Южном Урале, а также Алтае и юге Западной Сибири (Салаирский кряж) началась преимущественно с освоения зон вторичного обогащения в окисленных сульфидных рудах. В Башкортостане до последнего времени промышленные концентрации золота в зоне гипергенеза также связывались исключительно с зонами окисления сульфидных (колчеданных, золото-сульфидных, барит-полиметаллических) месторождений, представленных богатыми золотом и, как правило, серебром «железными шляпами», баритовыми и кварцевыми «сыпучками», например, на месторождениях Учалинское, Сибайское, Куль-Юрт-Тау, Муртыкты, Бакр-Тау и др. Эти руды хорошо изучены, их балансовые запасы большей частью отработаны, за исключением месторождений Юбилейное, Красная Жила, Восточно-Семеновское, Туба-Каин и ряд других, более мелких. Перспективы прироста запасов окисленных руд традиционного облика по Башкирскому Зауралью в целом не велики. В связи со значительной выработанностью этих легко распознаваемых геологами и осваиваемых горняками месторождений зоны окисления постепенно теряют прежнее приоритетное значение. Однако отечественная и мировая практика разведки и освоения месторождений золота показывает, что перспективы окисленных руд золота далеко не исчерпаны. В Бразилии, в давно обжитом и освоенном старателями районе в 1984 г. открыто богатейшее по содержанию золота месторождение Сьерра-Пелада в коре выветривания, развитой по рядовым по содержанию золота рудам эпитермального типа в штоке субвулканических риолитов. В Испании, на месторождении Рио-Тинто, где масштабная добыча золота начата еще античными римлянами, в 1988 г. разведано 100 т золота в ожелезненной коре выветривания по пиритовой залежи (Калинин и др., 2001). Запасы золота в окисленных рудах месторождения Джилт Идж (штат Южная Дакота, США) составляют 88 т при среднем содержании золота 12,4 г/т. Подобные открытия типичны и для других регионов с вековой добычей золота, где, казалось бы, всё давно известно. Открытие крупных запасов золота в коре выветривания на месторождениях Олимпиада (Енисейский кряж), Покровское, Пионер, Белая Гора (Амурская область), Васильковское (Сев. Казахстан), Светлинское (Челябинская обл.) и др. способствовало более глубокому пониманию основных закономерностей гипергенного золотого оруденения. Примеры недавно открытых крупных месторождений золота гипергенного генезиса приведены в табл. 1 Таблица 1 Примеры месторождений золота формации коры выветривания
Месторождение, район Запасы золота и его содержания в г/т (в скобках)
Источник Олимпиадинское, Енисейский кряж Общие запасы золота 750 т, в том числе ¼ от них в коре выветривания (1,76 г/т в первичных рудах, 10,6 г/т в окисленных) Беневольский, 1995 Васильковское, Казахстан Общие запасы золота 400 т, в том числе 50 т в коре выветривания (2 г/т в первичных рудах, 3,7 г/т в окисленных) Росляков, 1981, Шиганов, 1997 Светлинское, Челябинская обл. Общие запасы золота около 200 т, в том числе около 1/2 от них в коре выветривания (2,6 г/т в окисленных рудах) Беневольский, 1995 Воронцовское, Свердловская обл. Общие запасы золота 75 т, в том числе 1/3 от них в коре выветривания (4,9 г/т в первичных рудах, 7,5 г/т в окисленных) Беневольский, 1995 Боддингтон, Западная Австралия 115 т в латеритной коре выветривания (2,9 г/т) Калинин и др. 2001 Бронзевинг, Западная Австралия 94 т в латеритной коре выветривания (4,6 г/т) Калинин и др. 2001 Каноуна Бил, Западная Австралия 76 т в латеритной коре выветривания (5,3 г/т) Калинин и др. 2001 Итогом изучения этих и других подобных месторождений является вывод о том, что перспективные золотосодержащие коры выветривания могут развиваться не только по богатым рудам, но и слабо золотоносным (1-2 г/т, и даже менее 1 г/т) гидротермально измененным породам эндогенных ореолов сульфидных и сульфидно-кварцевых месторождений, а также минерализованным зонам с бедным прожилково-вкрапленным золотым оруденением. В литературе описаны примеры концентрации золота до промышленного содержания в корах выветривания, развитых по карбонатизированным гипербазитам (12), сульфидизированным магнетитовым скарнам (Калинин и др. 2001), окварцованным гранитоидам (Калинин, 2001), пиритизированным, окварцованным черным сланцам и вулканогенно-осадочным породам (Капусткин и др., 1990, Росляков и др., 1982) с содержанием золота в субстрате 0,4-1,0 г/т. Золотоносность установлена в корах выветривания минерализованных зон Приднепровья (Хрипков, 1973) Украинского щита (Заруцкий, 1984), Салаирского кряжа (Росляков и др. 1995). Эти факты свидетельствуют о широкой распространенности золотоносных кор выветривания (Калинин и др. 2001)
В значительной степени интерес к золотосодержащим корам выветривания в Башкортостане подогрет динамичным прогрессом в развитии гидрометаллургических способов золотодобычи, в частности, скважинного подземного выщелачивания, позволяющего с высокой рентабельностью отрабатывать окисленные руды с содержанием золота менее 1 г/т. В результате происходит радикальный пересмотр прежних кондиций месторождений. Вчерашние забалансовые окисленные руды, запасы которых подсчитаны по бортовому содержанию золота 1,5-2,0 г/т, превращаются в своего рода рудные столбы на фоне убогих, но тем не менее промышленных концентраций с бортовым ограничением 0,2-0,3 г/т во вмещающих корах выветривания, которые раньше вообще не рассматривались в качестве потенциальных золотосодержащих образований. Исследования, проведенные в рамах настоящего проекта, свидетельствуют о значительных перспективах подобного оруденения в Башкортостане. Золотоносные коры выветривания совместно с продуктами своего ближнего переотложения развиваются на фоне региональных кор и приурочены к определенным климатическим эпохам корообразования, специфическим литолого-фациальным, петрографическим, тектоническим и палеогеоморфологическим зонам, обладают только им свойственным минерагеническими и геохимическими чертами. В связи с новизной выделения в РБ золотоносных кор выветривания, как самостоятельной рудной формации, они представляют собой новый, нетрадиционный для региона геолого-промышленный тип. Среди главных золотоконцентрирующих факторов выделяются: 1) содержание золота в субстрате коры, масштаб и тип эндогенной минерализации, 2) формы нахождения золота в исходных породах и минералах и их устойчивость к выветриванию, 3) условия миграции золота и геохимические барьеры, контролирующие его гипергенное накопление, 4) стадийность образования, площадные масштабы и интенсивность процессов выветривания, 5) степень сохранности кор выветривания от эрозии. Для эндогенного золотого оруденения Башкортостана характерна пространственная сопряженность различных формационных и структурно-морфологических типов. В частности, для Учалинского района типичны сочетания в пределах одного рудного узла и даже одного рудного поля золотосодержащего медноколчеданного и жильного сульфидно-кварцевого (развитие золото-кварцевых жил на проявлениях Карагайлы и Поисковый участок № 2 на восточной и западной периферии Учалинского месторождения, южнее сменяемых золото-барит-полиметаллическим оруденением Утлыкташской зоны), золото-кварцевого и золото-сульфидного вкрапленного (Красножильная площадь), золото-кварцевого в интрузивах, золото-сульфидного в минерализованных зонах по эффузивам и золото-известково-силикатного на контактах ультрабазитов и базальтоидов (Орловская, Балбукская, Краснохтинская площади). В Баймакском рудном районе золото-кварцевые жилы, питающие россыпи, сопряжены с золото-барит-полиметаллическим оруденением. Все названные типы сопровождаются различными по контрастности и масштабам эндогенными ореолами золота. В частности, содержания золота на уровне 0,7 г/т установлены опробованием ГУП УКГЭ «Уралзолоторазведка» в околорудных пирит-серицит-кварцевых метасоматитах Учалинского месторождения, до 7,5 г/т – месторождения Южное Тубинской группы, до 2,0 г/т – Уваряжского месторождения, 0,7-0,9 г/т в штоках измененных сиенитов балбукского комплекса, 0,3-2,2 г/т в мощной зоне околожильных изменений Вознесенского золото-кварцевого месторождения и т.д. Фоновые содержания золота в обширных ореолах гидротермально измененных пород по разломам в Учалинском и Баймакском рудных районах нередко составляют nх0,1 г/т, что на 2 порядка превышает кларковый уровень (данные пробирного анализа, пробы ГУП УКГЭ «Уралзолоторазведка» 1998-2001 гг.). По данным НА. Рослякова (1981), такой концентрации золота в исходных породах при благоприятных условиях достаточно для создания элювиальных промышленных концентраций золота. Подобные месторождения, обладающие значительными площадными параметрами, представляют собой промежуточные образования между региональной корой выветривания и локальной зоной окисления богатых руд. Помимо глинистых минералов, в них всегда присутствуют продукты окисления сульфидов – лимонит, гетит, гидрогетит, гематит, ярозит, малахит, азурит, церуссит, англезит, скородит, оливенит, самородная сера и др., а также кварц, опал, барит, гипс, реликты хлорита, серицита, пирофиллита, талька. Широкое распространение таких кор выветривания в Башкирском Зауралье, при их слабой поисковой и общей геологической изученности, должно стимулировать целенаправленные работы на выявление значительных по масштабам месторождений золота гипергенного типа. Распространенность золотоносных кор выветривания контролируется двумя основными факторами: 1) развитием и сохранностью региональных кор химического выветривания и 2) их пространственной и генетической связью с золотоносными породами и рудами. В районе отчетных исследований крупные по площадным параметрам коры выветривания развиты в Башкирское Зауралье, прежде всего в Учалинском, Баймакском и Хайбуллинском районах. Изученная нами восточная часть Белорецкого района (хребет Крака и его подножья) практически лишена кор выветривания, в резко расчлененном Абзелиловском районе сохранились лишь небольшие фрагменты линейных кор. Площадные коры распространены в Хайбуллинском районе, характеризующемся наименьшим гипсометрическим уровнем, слабой эрозионной расчлененностью поверхностей выравнивания, наличием предгорной впадины – Таналыкской депрессии. Здесь мощные континентальные и морские отложения юрско-мелового и кайнозойского возраста «запечатали» продукты триасовой, наиболее древней эпохи корообразования, отличавшейся наибольшей интенсивностью химического выветривания, имеющего ярко выраженный каолиновый профиль с некоторыми чертами латеритного (локальное развитие бокситов). В денудационной зоне остальной части РБ сохранились лишь линейные и линейно-площадные коры выветривания с глубиной залегания подошвы до 50-100 м, приуроченные к сульфидизированным зонам разломов, в то время как вне этих зон коры имеют мощность несколько метров, либо вовсе отсутствуют. Максимальные площадные параметры и мощность имеют коры, развитые на сложных сопряжениях разнонаправленных разломов (Мало-Каранско-Александровская и др.).
На современной поверхности сохранились гипергенные образования преимущественно гидрослюдистого профиля с подчиненным количеством монтмориллонита, и еще меньшим – каолина. Специальные минералогические исследования состава глин на большей части изученного района не проводились. Поэтому суждения о преобладающем региональном профиле кор выветривания базируются на единичных лабораторных диагностиках гипергенных мпинералов. Низкая степень зрелости кор выветривания в Учалинском и Баймакском районах доказывается также отсутствием явных признаков гипергенного «облагораживания» частиц самородного золота, которые в коре выветривания практически целиком наследуют типоморфные особенности золота первичных руд (низкая пробность золота в зоне окисления месторождений Муртыкты, наличие электрума и теллуридов в коре выветривания Тубинской рудного поля и др.).
Минералогическая зональность изучена автором в ходе маршрутных исследований некоторых кор Баймакского района (рудные поля месторождений Уваряж, Юлалы, Тубинской группы). Выходы коры выветривания сульфидных руд и минерализованных метасоматитов визуально фиксируются заметным ожелезнением коровых глин, появлением медной зелени и сини, высыпками щебня обеленных и обохренных пород с пустотами выщелачивания сульфидов, обильной кварцевой, реже баритовой и гетитовой сыпучкой. Глины близ рудных выходов приобретают яркую, пеструю окраску. В наиболее прочных породах (яшмах, жильном кварце) реликты сульфидов нередко сохраняются даже на поверхности. Окислы марганца развиты по всему разрезу околорудной коры, снизу доверху. Таким образом, в потенциально золотоносных линейно-площадных корах выветривания характерна не только традиционная вертикальная, но и горизонтальная зональность по отношению к выходам первичных руд. От вышеописанных кор существенно отличаются линейно-площадные коры по минерализованным зонам дробления в офиолитовом поясе Сакмаро-Вознесенской зоны, изученным в ходе отчетных работ на примере Чингизовского и Вознесенского рудных полей. Для них не характерны ярко окрашенные разности глин, гранулометрический состав характеризуется преобладанием желтовато-серых и зеленовато-серых частиц алеврито-песчано-дресвяно-щебнистой размерности. В минеральном составе доминируют реликты дезинтегрированных силикатов (серпентина, талька, хлорита, слюдистых агрегатов, кварца и др.), магнезита с умеренным количеством глин и железистых охр. Реликты сульфидов (пирит, арсенопирит, сфалерит, халькопирит, борнит) встречаются на поверхности в виде редкой вкрапленности в кварце, тальк-карбонатных породах и силикатах измененных пород – хлорите, актинолите и др. Глинистые минералы представлены в основном гидрослюдой, реже ревдинскитом, асболаном, нонтронитом. Вышеприведенные особенности кор района определяют неприменимость традиционных попыток судить о глубине эрозионного среза кор выветривания, их перспективности и других характеристиках по наличию или отсутствию выщелоченных пород, зон ожелезнения, кварцевой сыпучки, реликтов сульфидов. Геохимические особенности золотоносных кор выветривания предопределены вещественным составом исходных пород и руд. Так, для кор выветривания, развитых в рудных полях колчеданных и барит-полиметаллических месторождений, характерны повышенные концентрации меди, цинка, свинца, бария – до nх0,1 %. Корам выветривания в офиолитовом комплексе присущи концентрации никеля и кобальта, близкие к промышленным для силикатных руд этих металлов, а также аномалии хрома, марганца, титана. Для месторождений золотосодержащих сульфидных руд, характерной микропримесью которых является ртуть, устанавливается повышенный фон ртути, фиксируемый газортутометрической съемкой. Содержания серебра в околорудных корах обычно составляют 1-3,5 г/т, в то время как в исходных породах и рудах нередко достигают уровня в десятки грамм на тонну. Очевидно, химизм гипергенных процессов в корах выветривания Башкирского Зауралья не способствует накоплению или хотя бы сохранению исходных концентраций серебра. Низкая зрелость большинства кор на изученной территории определяет не только сохранение в них заметных концентраций цветных металлов, иногда препятствующих применению цианидов для обогащения, но и относительно невысокое среднее содержание золота на массу (порядка 0,5-2,0 г/т), сопоставимое с таковым в субстрате. Вместе с тем природная окисленность и дезинтегрированность пород в золотосодержащих корах выветривания позволяет перерабатывать их с помощью кучного и подземного выщелачивания даже и при таких низких содержаниях. Установленное отчетными работами наследование корами выветривания принципиальной золотоносности широких (до нескольких десятков и даже сотен метров) ореолов метасоматитов, окружающих рудные тела традиционного колчеданного, колчеданно-полиметаллического, прожилково-вкрапленного золото-сульфидного типов, с улучшением технологических качеств исходных убогих руд, должно привлечь к первым приоритетное внимание. О роли кор выветривания в образовании россыпей золота можно судить, исходя из таких соображений. На изученной отчетными исследованиями площади развития кор выветривания все известные коренные месторождения по материалам имеющихся оценок относятся к разряду мелких. Суммарное количество добытого из них золота несопоставимо мало по сравнению с объемом россыпной добычи. Даже с учетом версии о значительном эрозионном срезе золоторудных объектов их нельзя считать единственным источником металла в россыпях. В районе исследований известно множество элювиально-делювиальных россыпей - “верховиков”, головки которых “упираются” в контуры рассланцованных пород, насыщенных тонкими прожилками кварца, вкрапленностью окисленного пирита, на поверхности превращенных в линейные и линейно-площадные коры выветривания. Планомерного опробования на золото этих возможных источников россыпей не проводилось, однако по данным металлометрического опробования, отдельным точечным, керновым и бороздовым пробам в них нередко устанавливаются валовые содержания золота на уровне 0,4 - 2,0 г/т, сопоставимые с содержанием золота в россыпях или превосходящие его. Принимая во внимание крупные параметры принципиально золотоносных линейно-площадных кор, широкое их распространение и возможную значительную величину эрозионного среза, их следует считать одним из главных источников россыпей золота. Крупные самородки, обнаруживаемые в россыпях, несомненно, сформированы в богатых кварцево-жильных столбах, обогащенных в зоне окисления, в корах выветривания нередко превращенных в кварцевую сыпучку. Известны элювиальные и делювиальные и делювиально-пролювиальные россыпи с высоким содержанием золота, тесно связанные с зонами окисления месторождений Семеновское, Восточно-Семеновское, Уваряж, Бакр-Тау, Ольховское, Александровское и др., отработанные мускульным способом в XIX веке. Вещественные особенности, продуктивность и сохранность кор выветривания в значительной степени определяются их структурно-геоморфологической (морфоструктурной) позицией. В пределах горных сооружений Южного Урала выделяются разновозрастные поверхности выравнивания, снизу вверх: условно плиоценовая, миоценовая и палеогеновая. Каждой из них в той или иной мере коррелятны отложения склонового и флювиального рядов, базами которым служат образования синхронной зоны гипергенеза. Таким образом, возраст кор выветривания в Учалинском, Баймакском, Белорецком и Абзелиловском районах может быть сопоставлен с возрастом поверхностей выравнивания. Последний устанавливается в соответствии с таковым коррелятных отложений, которые с достаточной степенью условности (без фаунистических и надежных флористических данных) датированы, как олигоценовые и миоценовые. Столь молодой возраст преобладающей части кор выветривания объясняет общую низкую степень зрелости их состава, геоморфологическую позицию (преимущественное развитие на склонах, седловинах, вдоль элементов древней гидросети, при полном отсутствии на водоразделах господствующих хребтов) и доминирующий линейный и линейно-площадной морфологический тип.
Гранулометрический состав золотоносных кор выветривания в пределах отдельно взятых районов довольно однообразен. Для кор выровненного Хайбуллинского района характерно преобладание пластичных пестро окрашенных глин с довольно высоким содержанием каолина, нередко сохраняющих реликтовую ориентировку, текстуру и структуру исходных пород. В остальных районах состав кор характеризуется сопоставимыми количествами частиц глинистой, песчано-алевритовой и дресвяно-щебнистой размерности, с вариациями в пользу той или иной разности в зависимости от геоморфологического положения, степени раздробленности субстрата и уровня эрозионного среза.
Аналогично золоту ведет себя и платина – в коре выветривания рудоносных дунитов с гнездами хромитов, несущих вкрапленность платины и других металлов платиновой группы, происходит увеличение концентраций и размера частиц платины до образования самородков. Коры выветривания по рудоносным дунитам Соловьевой Горы и других платиноносных интрузий Урала питают россыпи, давшие в совокупности 500 т платины. Имеются также примеры промышленных элювиальных скоплений касситерита (Шерлова Гора в Забайкалье), валунчатых россыпей гематита, магнетита (г. Магнитная), хромита (Сарановское месторождение на Урале). В последнее время вырос интерес к окисленным медным рудам в корах выветривания, развитых на рудных полях эндогенных месторождений традиционных типов (скарновых, колчеданных, меднопорфировых, медистых песчаников). Этот интерес обусловлен внедрением новых геотехнологий извлечения металлов с помощью рабочих растворов, закачиваемых в недра и откачиваемых с поступлением в установки сорбции металла. Примером весьма успешного внедрения этой технологии является Гумешевское месторождение скарнового типа, одно из старейших на Урале. Добыча медной руды началась там в 1702 г. В 1994 г. балансовые запасы медной руды исчерпались. Остались так называемые медьсодержащие глины в песчано-глинистой коре выветривания, заполняющей карстовый провал в оруденелых скарнах. Традиционным способом переработать их было невозможно. После всесторонних исследований специалисты института "Уралмеханобр" дали положительное заключение на переработку этих глин с помощью гидрометаллургии. По их мнению, успешная работа опытно-промышленной установки на Гумешевском месторождении даст возможность повысить экономическую эффективность получения меди, металлургам станут доступны бедные руды небольших месторождений, ранее считавшихся забалансовыми, что позволит хотя бы частично компенсировать дефицит медной руды в регионе. Примеры образования рудных месторождений в корах выветривания по безрудным породам или непромышленным рудам также многочисленны. Прежде всего это месторождения никеля и кобальта из оксидно-силикатных руд кор выветривания серпентинитов, образующиеся в условиях умеренно теплого, субтропического и тропического климата (Верхне-Уфалейское и Буруктальское месторождения на Южном Урале, крупнейшие месторождения Новой Каледонии, Кубы, Австралии и др.). Главными минералами никеля в них являются гарньерит, ревдинскит, никеленосный нонтронит. Самые богатые руды образуются в карстовых западинах на контакте серпентинитов и известняков.
Материал для дополнительного чтения Южно-Уральский регион является важнейшей сырьевой базой российской промышленности, базирующейся на переработке силикатных руд никеля. Южнее Башкортостана, в Оренбургской области, основными районами развития древней коры выветривания и связанных с ней никелевых месторождений являются Губерлинский, Халиловский, Подольский, Берсуатский, Айдырлинский, Буруктальский, Ак-Каргинский и другие серпентинитовые массивы, к которым приурочены крупное Буруктальское и мелкие Аккермановское, Айдербак, Восточно-Новокиевское, Петропавловское, Георгиевское, Воронежское, Лыковское, Туя-Таш, Захаровское и другие месторождения. Еще южнее, в Мугоджарах (Казахстан), расположены интенсивно разрабатывавшиеся в течение полувека месторождения Кемпирсайской группы. Севернее Башкортостана с подобными массивами связаны крупные месторождения Уфалейской группы, некоторые из которых отработаны до глубины 240 м (Черемшанская залежь). С традиционной точки зрения, силикатно-никелевые месторождения на Южном Урале связаны с древней корой выветривания на серпентинитовых массивах, образовавшихся в основном в верхнем триасе, нижней юре и кайнозое. Общие представления о строении силикатно-никелевых месторождений Южного Урала сводятся к следующему. Нонтронитовый профиль кор выветривания обычно развит на водораздельных плато, среди мелких понижений рельефа. Охристый профиль отличается от нонтронитового преобладающим развитием зоны охр, средняя мощность которой в три-четыре раза больше зоны охр нонтронитового профиля, и отсутствием или наличием в нем маломощного (2-3 м) интервала нонтронитизированных серпентинитов. Кроме того, в профиле нонтронитового типа рудную залежь слагает в основном нижняя часть зоны нонтронизированных и верхняя часть зоны выщелоченных серпентинитов, а в профиле охристого типа рудная залежь представлена охрами и выщелоченными серпентинитами, причем верхняя часть зоны охр часто обогащена кобальтом, а нижняя – никелем. Профиль охристого типа развит на Буруктальском серпентинитовом массиве, где он имеет преобладающее значение на I и III участках. Нонтронитовый тип коры развит обычно на поверхности выравнивания и по бортам верхних частей долин. На возвышенностях и вдоль зон тектонических нарушений развит профиль выветривания окремненного (силицифированного) типа. Зональность в окремненном профиле выдержана не строго. В нормальном и охристом профилях среди окремненных серпентинитов встречаются менее окремненные остатки выщелоченных. Окремненный профиль отдельными языками вдается в нонтронитовый и охристый профили и переходит в них. Наряду с силицифированным профилем, образовавшимся одновременно с нормальным и охристым профилем, существуют наложенные профиля, когда на карбонатизированных остатках нижних зон коры накладываются позднейшие процессы обохривания или силицификации. Силицифированные породы встречаются не только на возвышенностях, но иногда и внутри нонтронитового профиля, над карбонатизированной зоной и в отдельных ее частях; в подобном случае имеет место боковая силицификация вдоль пологих трещин. Промышленное никелевое оруденение в нормальном профиле связано с зоной нонтронитов и самой верхней частью зоны выщелоченных и карбонатизированных серпентинитов. Нередко под глыбами выщелоченных или дезинтегрированных серпентинитов развиты нонтрониты с повышенным содержанием металла. Одновременно среди рудного горизонта существуют безрудные в промышленном отношении участки. Если верхняя часть рудного горизонта обычно железистая, то нижняя ее часть более магнезиальная. Промышленные никеленосные залежи Южно-Уральского региона самых разнообразных размеров, от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч квадратных метров. Повышенное содержание кобальта сосредоточено в основном в верхних горизонтах среди охр и в верхней части нонтронитовой зоны и сопровождается повышенным содержанием марганцевых минералов. С глубиной содержание марганца и кобальта убывает. Вообще содержание кобальта в площадном типе никелевых месторождений низкое (0,02-0,04 %), лишь в редких случаях, например в коре выветривания Буруктальского массива, встречаются среди никелевых месторождений отдельные более богатые участки, содержащие 0,1-0,12 % и более кобальта, могущие быть предметом селективной добычи. Обогащение кобальтом и марганцем обычно носит инфильтрационный характер и является более поздним, чем само образование коры выветривания. Близость к основным породам (габбро, амфиболитам, диабазам) способствует привносу в выветривающийся серпентинитовый массив растворов марганца и фиксации кобальта.
Древняя кора выветривания на никелевых месторождениях нередко бывает перекрыта юрскими (Халиловский район), верхнемеловыми, палеоген-неогеновыми (Буруктальский район) и четвертичными отложениями. Это обстоятельство позволило выдвинуть ряд взглядов о разновременном происхождении отдельных зон профилей нонтронитового и силицифированного типов: карбонатного (магнезитового) горизонта в триасе, нонтронитового в нижней юре, охристого в еще более позднее время, остальных частей профиля – в нижней юре, доломита и силицифированных пород в нижнем мелу (Разумова, 1945). И.И. Эдельштейном на Буруктальском массиве установлен мезо-кайнозойский возраст коры выветривания. При этом формирование нонтронитового профиля происходило в мезозое, а охристого – в палеоген-неогеновое время.
И.И. Гинзбург считает, что, начиная с триаса и кончая нижней юрой, профиль выветривания был уже в основном образован, причем в зависимости от рельефа и геологических условий образовался нонтронитовый, силифицированный или карбонатизированный профиль. Дальнейшее выветривание, до верхнего мела, вносило свои изменения, сказавшиеся в усиленном обохривании и ожелезнении, а иногда в окремнении и карбонатизации отдельных зон коры выветривания с существенным вещественным преобразованием некоторых из них. В связи с этим имело место перераспределение никеля и образование более богатых рудных горизонтов. На сохранившихся и непокрытых меловыми отложениями участках в эоцене проявилось дополнительное окремнение, захватившее не только палеогеновые песчаные отложения, но и близповерхностные карбонатизированные горизонты серпентинитов. Таким образом, на основную кору выветривания или на ее оставшуюся от размыва часть местами накладывались новые процессы выветривания. Кора выветривания подвергается изменениям соответственно новым климатическим и тектоническим условиям. Наряду с площадными встречается линейный тип коры выветривания. Он приурочен к тектоническим зонам, где в результате более глубокого проникновения грунтовых вод выветривание происходит вглубь и в стороны от трещины с образованием нового комплекса минералов. В этом типе вовсе не образуется нонтронитовой зоны, вместо нее вдоль трещин развивается никеленосная зона охр иногда с примесью галлуазита, а обильное выделение освободившегося при разложении серпентина кремнезема способствует образованию зоны окремнения (с халцедоном, кварцем и никелевыми силикатами), за которой следует отложение карбонатов, водных силикатов магния (керолит и сепиолит) и магнезита. Форма выветривания приобретает характер клина, книзу суживающегося и разбивающегося на отдельные ветвящиеся жилы, с глубиной тоже суживающиеся и сходящие на нет. Глубина оруденения достигает 60-100 м. Железистые или кремнисто-железистые руды в верхних горизонтах с глубиной переходят в магнезиальные. Протяженность линейных кор варьирует от нескольких сотен метров до 1-2 км при ширине зоны, наблюдается такая же последовательность в смене отдельных зон, как и с глубиной. На Буруктальском массиве такой тип коры развивается в контактовых зонах серпентинитов с жильными породами. Линейный тип оруденения образует богатые руды и в зоне охр. Здесь также имеются вторичные процессы наложения, выражающиеся в основном в ожелезнении, усилении обохривания, частично в силицификации и добавочной карбонатизации. В условиях последующих эрозионных процессов линейные коры, благодаря своей мощности, лучше сохраняются, чем площадные, и нередко дают более богатые металлом карманы. В некоторых случаях линейные коры в верхних горизонтах обогащены кобальтом. В качестве наиболее крупного и хорошо изученного месторождения – возможного аналога прогнозируемых объектов в Республике Башкортостан, приведем характеристику Буруктальского месторождения. Это самое крупное в России никель-кобальтовое месторождение площадного типа, расположенное в пределах одноименного серпентинитового массива. Оно характеризуется своеобразным геологическим строением и типом оруденения. Эти особенности заключаются в следующем: - развитие охр с высоким содержанием железа, что дает возможность отдельные участки, бедные никелем, использовать в качестве природно легированных железных руд. - подчиненное значение оруденения нонтронитового типа - промышленное содержание кобальта в коре выветривания, особенно в охрах. - наличие в серпентинитовом массиве большого числа даек различного петрографического состава, способствующих развитию в контактовых зонах хлоритовых оторочек, концентрирующих в зоне выветривания значительные количества никеля. Кроме того, эти контакты способствуют наиболее глубокому проникновению агентов выветривания, а следовательно, формированию продуктивной коры выветривания большой мощности (линейный или контактово-трещиноватый тип коры выветривания). Глубина распространения оруденения в придайково-трещинных структурах составляет 80-100 м. В площадном типе средняя мощность коры выветривания около 35 м. Наличие даек и зон тектонических нарушений в массиве служат поисковым признаком на промышленные залежи в коре выветривания. По характеру сохранности коры выветривания, а следовательно, и степени оруденения площадь Буруктальского массива может быть подразделена на юго-западную и северо-восточную части. Наибольшая сохранность коры выветривания в юго-западной части. Из семи участков с промышленным оруденением, выявленных на массиве, основные участки расположены на юго-западе массива. Никеленосная залежь на массиве представлена комбинацией площадного, трещинного и придайкового морфологических типов. В площадном типе наиболее распространен охристый профиль, подчиненное значение имеют нонтронитовый и силифицированный профили. В промышленном рудном контуре, выделенном в соответствии с установленными кондициями, основными литологическими разновидностями руд являются: 1) охры, выщелоченные обохренные серпентиниты (в железистом типе руд), 2) в незначительном масштабе выщелоченные нонтронизированные серпентиниты, 3) хлоритовые породы (магнезиальный тип руд). Первые два типа слагают площадные пологие залежи, местами неровные, с карманами, третий – жило- штокообразные залежи наиболее богатых руд. В Башкортостане известен Байгускаровский серпентинитовый массив, сходный с вышеохарактеризованным Буруктальским месторождением, и также обладающий признаками никеленосности в коре выветривания. Важным событием в никелевой промышленности мира стали геологоразведочные работы на трех открытых в Австралии в конце 1980-х – начале 1990-х годов месторождениях оксидно-силикатных кобальт-никелевых руд: Муррин-Муррин, Кос и Булонг и отработка на базе этих месторождений модифицированной технологии автоклавного (чанового) кислотного выщелачивания под давлением. Доказана возможность получения из низкосортных никелевых руд высококачественного катодного никеля и кобальта с очень низкой себестоимостью. На самом крупном из трех – месторождении Муррин-Муррин, расположенном в 250 км к северу от г. Калгурли и принадлежащем компаниям Anaconda Nickel Ltd. (60 %) и Glencore International AG of Switzerland (40%), в течение 1997 и 1998 гг. был создан карьер, и практически закончено строительство гидрометаллургического завода, конечной продукцией которого будут являться никелевые катоды и кобальтовые брикеты и порошок. Первая очередь предприятия вышла на проектную мощность в 3.5 тыс. т кобальта и 45 тыс. т никеля к концу 1999 г. После пуска второй очереди уровень производства составил около 12–13 тыс. т кобальта и 160 тыс. т никеля в год.
При нынешней чрезвычайно благоприятной конъюнктуре никеля (цены – более 30 тыс. $ за тонну) становится выгодным перерабатывать с использованием гидрометаллургических способов оксидно-силикатные руды кор выветривания даже с низкими содержаниями никеля порядка 0,4-0,5 %. Такие никеленосные коры широко развиты и в Башкортостане на массивах серпентинитов, особенно на их контактах с известняками.
Кроме никель-кобальтовых руд, в корах выветривания по серпентинитам образуются промышленные месторождения железных руд типа бурых железняков (Алапаевское на Среднем Урале, Халиловское на Южном Урале, Моа на Кубе и др.). Руды имеют гематитовый состав на поверхности и лимонитовый на глубине. Вертикальная мощность рудных залежей колеблется от 7-15 м до 40-60 м, ширина –до первых сотен метров, длина измеряется многими километрами, запасы руды - сотнями миллионов тонн. Руды содержат 30-50 % железа, они высокотехнологичные (легко плавкие), являются природно легированными никелем и хромом, почти не содержат вредных примесей –серы и фосфора. Иногда с глубиной железные руды в таких корах выветривания переходят в никелевые. Аналогичным образом в тропической коре выветривания образуются месторождения богатых руд марганца за счет разложения и окисления первичных силикатных марганец содержащих кристаллических пород (докембрийских гондитов). Последние в качестве марганцевого сырья интереса не представляют из-за низкого содержания металла и его силикатной формы (марганцовистые гранаты и др. минералы), не востребованной металлургами. При выветривании происходит перевод марганца в оксидную форму, и образуются лежащие на поверхности протяженные плащеобразные залежи рыхлых руд с чрезвычайно высоким содержанием металла 40-50 % (месторождения Габона, Индии, ЮАР). В условиях тропического латеритного выветривания в корах выветривания по безрудным породам (прежде всего по высокоглиноземистым базальтам и продуктам их метаморфизма, глинистым сланцам, основным гнейсам) образуются мощные залежи высококачественных бокситов (месторождения Гвинеи, Гайаны, Ямайки, Австралии и др.). Минералы глинозема – бемит, гиббсит, диаспор и др. – являются конечными, самыми стойкими компонентами выветривания в его крайней стадии, когда с поверхности коры растворяются и удаляются даже такие инертные компоненты, как SiO2 и Fe2O3. Такие коры «бронированы» залежами бокситов, достигающими мощности в первые десятки метров при огромной площади. Запасы глинозема при его содержании 50 % и более в крупных месторождениях тропических стран измеряются миллиардами тонн. В России латеритные бокситы сохранились лишь в виде реликтов древних кор выветривания, и масштабы их не столь велики. Коры выветривания имеют большое значение для образования богатых экзогенных руд редких и редкоземельных металлов. Примером образования масштабного промышленного месторождения олова в комплексе с ниобием и танталом является крупное месторождение на плато Джос в Нигерии, развитое по щелочным гранитам с рассеянной акцессорной минерализацией касситерита, колумбита, танталита. Первичная минерализация не имеет промышленного значения из-за низких содержаний металлов, однако в коре происходит, во первых, улучшение обогатимости руд благодаря превращению её в рыхлую массу, во вторых, повышение содержания металлов. Скорость корообразования в условиях тропиков такова, что на отработанных блоках гипергенных руд в течение года снова образуется слой дресвяно-глинистых руд мощностью 0,2-0,4 м. Пример коры выветривания с повышенным содержанием редкоземельных элементов в РБ – щебнисто-дресвяно-песчано-глинистая кора по грейзенизированным микроклиновым гранитам мазаринского комплекса на водоразделе рек Миндяк и Белая к сееро-западу от пос. Миндяк. Чрезвычайно высокие содержания редких и редкоземельных металлов образуются в корах выветривания по карбонатитам. Примеры – месторождения Бразилии и Восточной Африки. Кроме того, безрудная часть кор зрелого химического выветривания – залежи каолиновых глин – также представляет собой ценное, остро дефицитное технологическое сырье для изготовления фарфора, керамики, изоляторов, проппантов для буровых растворов и т.д. Таким образом, месторождения в корах выветривания – чрезвычайно разнообразный, сложный, промышленно важный и еще недостаточно изученный тип оруденения.