Курсовая работа: Механизм формирования вторичных месторождений меди и цинка

Ca²+│ CaCO3

В результате этого процесса возникают эпигенетическая кальцитизация; образуются эпигенетические бариты, целестины, стронцианиты. Смещение глубинных хлор-кальциевых вод с приповерхностными может быть обусловлено также тектоническими поднятиями [2]. На карбонатном геохимическом барьере сформировались малахитовые месторождения окисленных медных руд на Среднем Урале (малахит – (Cu2CO3(OH)2) и окисленные месторождения цинка в Канаде и США (Теннеси, Миссури) (смитсонит – ZnCO3, гидроцинкит – Zn5(CO3)2(OH)6).

Щелочной барьер. Этот барьер возникает на участках резкого повышения рН, в частном случае в местах смены кислых вод нейтральными или щелочными (но также и в кислой области при смене сильнокислых вод слабокислыми). Характерным примером щелочного барьера служат многие контакты изверженных и осадочных бескарбонатных пород с известняками. Такой же барьер возникает при формировании зоны окисления сульфидных месторождений. Щелочной барьер имеет особенно большое значение для концентрации большинства металлов, так как интенсивность их миграции в кислой области значительно выше, чем в щелочной [1].

Кислые воды, дренирующие сульфидные месторождения, ультраосновные и другие силикатные породы, содержат значительные количества металлов. При попадании этих вод в известняки рН резко повышается, и металлы выпадают из раствора в виде вторичных минералов, выполняющие карстовые полости или замещающих известняки [9].

Таким путем образовались никелевые месторождения так называемого Уфалейского типа на Среднем Урале. Кислые воды, дренировавшие в районе Уфалея массивы серпентинитов, содержали значительные количества никеля. На контакте с известняками эти воды резко изменяли свой состав, рН их повышался, и никель выпадал из раствора, образуя рудные тела в зоне контакта или в карстовых полостях.

Аналогично кислые воды, несущие железо, попадая в известняки, отдают свое железо, соединения которого выполняют карстовые полости или же замещают кальцит. К такому типу относятся некоторые железорудные месторождения Урала. Щелочной барьер очень характерен для почв, коры выветривания и ореолов рассеяния сульфидных месторождений [16].

В верхних горизонтах большинства лесостепных степных почв создается слабокислая среда за счет разложения растительных остатков (гумусовые кислоты, CO2). Двигаясь вниз, эти воды встречают на некоторой глубине (0,5-1 м) карбонатный горизонт. На контакте с этим горизонтом создается щелочной барьер; возникают условия для осаждения многих металлов [7].

Кислые и слабокислые воды, дренирующие окисляющиеся сульфидные руды, удаляясь от руд во вмещающие породы, также нередко встречают на своем пути щелочной барьер. Этот барьер особенно резко выражен в сухом климате, где почвы и континентальные отложения всегда карбонаты, а также во влажном климате для руд, залегающих в известняках и других карбонатных породах [2].

2. Геохимические типы вторичных месторождений.

По термодинамическим параметрам все месторождения делятся на две большие группы: 1) эндогенные месторождения, образовавшиеся в условиях высоких температур и, как правило, при высоких давлениях, и 2) экзогенные месторождения, образовавшиеся при температурах и давлениях, близких к условиям земной поверхности [1].

2.1 Геохимические типы эндогенных месторождений.

Почти каждая комплексная характеристика эндогенного месторождения наряду с описанием структуры, минералогии и других особенностей содержит сведения о его геохимии. Имеются исследования, специально посвященные геохимии отдельных месторождений.

В геохимическом отношении типы месторождений изучены неодинаково. Рассмотрим относительно лучше изученные колчеданные месторождения, относящиеся к халькофильной группе.

В рудах колчеданных месторождений преобладают сульфиды железа, с которыми ассоциируются сульфиды меди, цинка и других халькофильных элементов. Эти месторождения связаны с ранними стадиями развития геосинклиналий, с вулканическими формациями. Они часто входят в состав офиолитовых или зеленокаменных поясов, образуя прерывистые цепи, простирающиеся на сотни и тысячи километров [18].

Колчеданные месторождения отрабатываются для получения серной кислоты (из пирита), для добычи меди, цинка и попутного извлечения золота, серебра и других металлов [2].

Генезис колчеданных месторождений – предмет дискуссий. Многие исследователи считают, что колчеданные месторождения образовались в результате восходящего движения газово-гидротермальных растворов, генерированных глубинными вулканическими очагами (базальтоидный магматизм) [3].

Рудные компоненты отлагались как на путях их подъема, так и в местах разгрузки растворов на дне моря. В связи с этим различают субвулканические гидротермальные и осадочные колчеданные месторождения. Месторождения первого класса формировались неглубоко от поверхности литосферы (сотни метров) при температуре в десятки и сотни градусов [4].

Доказали, что гидротермы полиметаллической стадии двигались с юга на север, причем они дренировались через пиритные тела, образовавшиеся в предшествующую стадию (рисунок 1).

Рисунок 1. Разрез через Султановское месторождение. Отношение Cu: Zn в породах. Стрелки показывают направление возрастания Cu: Zn в породах – направление движения гидротерамальных растворов в полиметаллическую стадию (по В.Г. Прохорову).

Лучше всего отвечает данным осадочная теория происхождения колчеданных месторождений [3]. Намечается не менее двух этапов рудообразования. В первый этап на сероводородном барьере на дне моря отлагались пластовые залежи пирита. Во второй – полиметаллический этап – толщи пирита служили сульфидным барьером для гидротермальных растворов, несущих медь, свинец и другие халькофильные элементы [8]. Их источником были вмещающие породы, в которых формировались зоны выщелачивания. На сульфидном барьере происходила реакция замещения:

FeS2 +2Zn²+→ 2ZnS+Fe²+

FeS²+2Pb²+→2PbS+Fe²+

9FeS2+5Cu²+→5CuFeS2+4Fe²+4S²-

Возможность аналогичных реакций замещения была экспериментально доказана. Расчетным путем доказано, что изобарный потенциал ∆Z при t=200˚С отрицателен, т. е. процесс термодинамически возможен. Пиритные толщи служили также геохимическим барьером для серебра и золота; при отсутствии геохимического барьера на пути движения гидротермальных растворов руды не образуется, возникает лишь рассеянная минерализация [13].

Зона выщелачивания металлов и сульфидный (пиритный) барьер установлены и на другом изученном колчеданном месторождении. Расчеты показали, что в ходе метаморфических процессов из андезитовых порфиритов было выщелочено 720 тыс. т Cu, 114 млн. т Fe, 77,7 тыс. т Co и т. д. Интересны следующие выводы, имеющие не только теоретическое, но и практическое значение. Предполагаются, что первым основным фактором, определяющим перспективность района на нахождение гидротермальных месторождений с геохимических позиций, следует считать наличие зон гидротермальных измененных пород с пониженным по сравнению с исходными породами содержанием рудных элементов. Второй фактор – наличие геохимических барьеров, на которых могло произойти осаждение выщелоченных металлов. Третий фактор – наличие благоприятных структурно-тектонических условий, определяющих сбор и движение гидротерм к геохимическим барьерам. Обширные поля убогой минерализации являются показателем, что дальше миграция рудных элементов в растворах не шла, следовательно, породы, располагающиеся за этой зоной, бесперспективны. Одновременны можно утверждать, что если возникло обширное поле рассеянной минерализации, значит на пути движения гидотерм не было геохимических барьеров, осаждавших рудные элементы [8].

2.2 Геохимические типы экзогенных месторождений.

Экзогенные месторождения целесообразно систематизировать по типам миграции элементов. Ниже приведены четыре группы месторождений выделенные на этой основе:

1. Месторождения, формирование которых связано с механической миграцией. К ним относятся россыпи.