ГЛАВА 3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОНЫ ГИПЕРГЕНЕЗА

ГЛАВА 3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОНЫ ГИПЕРГЕНЕЗА

________________________________________________________________

Проблема происхождения и образования минералов в зоне гипергенеза рудных месторождений является очень сложной. Первые представления о гипергенных процессах, происходящих на месторождениях полезных ископаемых, дает классическая гидрохимическая модель формирования окисленных руд. Основополагающая идея данной модели заключается в том, что разрушение первичного, или жильного, материала руд под воздействием кислородсодержащих растворов обычно сопровождается формированием водного раствора. Из последнего посредством высаждения (кристаллизации), а также в результате ряда химических превращений (гидролиз, окисление, обмен и др.) происходит гипергенное минералообразование (Finch, 1904; Винчелл, 1907; Emmons, 1917; Смирнов, 1951,1955; Перельман, 1968, 1972 и др.). Химизм указанных процессов отражается уравнением разрушения первичных минералов, в которых обычно соблюдается лишь баланс вещества. Большую роль в формировании зоны гипергенеза играют следующие факторы: климат, рельеф местности, минеральный состав руд, вмещающих пород и их текстурная характеристика, тектоника и пр. Развитие гипергенеза протекает по стадиям. Начальная стадия формирования окисленных руд в основном маркируется образованием сульфатов и отчасти оксидов и гидроксидов. Карбонаты, силикаты и основная масса гидроксидных минералов принадлежат конечной стадии гипергенеза. В соответствии с этой моделью классический профиль зоны гипергенеза включает глубокоокисленные, полуокисленные и слабоокисленные руды. В ряде случаев такой профиль осложнен процессами вторичного сульфидного обогащения руд.

Первые попытки конкретизировать условия образования гипергенных минералов принадлежат Ф.В. Чухрову (1950). В его работе, посвященной изучению зоны гипергенеза сульфидных месторождений степной части Казахстана, показаны возможные условия образования многих гипергенных минералов (сульфатов, арсенатов, карбонатов и силикатов). Выявлено значение таких условий минералообразования, как степень разбавленности сернокислых растворов, величина окисленного потенциала растворов и характер гидролитического эффекта, определена роль концентрационных порогов компонентов в растворах и произведений растворимости формирующихся твердых фаз.

Очень важные экспериментальные данные о состоянии растворов, концентрации в них различных ионов в условиях щелочности-кислотности среды, образования минералов из группы гидроксидов железа (лепидокрокит, гетит, гематит, акаганеит и др.) были получены коллективом сотрудников ИГЕМ АН СССР под руководством Ф.В. Чухрова (1975). Дополнительные данные по условиям формирования минералов окисленных руд на сульфидных, арсенидных и сульфоарсенидных отечественных месторождениях содержатся в работах Т.Н. Шадлун, В.В. Щербины, И.В. Витовской, В.Н. Дубининой, Л.П. Ермиловой, Л.К. Яхонтовой, Б.Н, Сребродольского, В.Н. Авдонина, И.М. Голованова и др.

Позднее процессы, происходящие в зоне гипергенеза рудных месторождений, рассматриваются с позиций электрохимической модели, учитывающей электрохимические взаимодействия между минералами-полупроводниками и растворами-электролитами (Свешников, 1967; Рысс, Воронин, 1971; Воронин, 1972; Nickel et al., 1974; Яхонтова, Грудев, 1978). При этом некоторыми представителями этого направления (Г.Б. Свешниковым, Ю.С. Рысс, Д.В. Ворониным, E.H. Nickel) механизм формирования минералов зоны гипергенеза рассматривается как совершающийся в обстановке «руды под током», который возникает в рудном теле месторождения в результате работы природных микрогальванических элементов. В последних одни первичные минералы играют роль катода, а другие — анода. Гипергенные минералы, согласно этим представлениям, рассматриваются в виде продуктов анодных или катодных процессов, концентрирующихся в соответствующих участках разреза и площади рудного тела. Образование каждого минерала описывается свойственными для него электрохимическими характеристиками (плотностью протекающего тока, временем его протекания и др.).

Авторами другого, электрохимического, направления (Яхонтова, Грудев, 1966; 1973; 1974; 1978) процессы, происходящие в зоне гипергенеза, рассматриваются с позиции коррозионной модели (электрохимическая модель без протекающего тока). Основные положения данной модели заключаются в том, что окислительно-восстановительная реакция разрушения рудного минерала-полупроводника сопровождается выделением или захватом электронов, т. е. гальваническим эффектом, а ее направленность и результативность зависят от возможностей среды (растворов и контактирующих минералов) принимать или отдавать электроны минералу. Главную роль в осуществлении окислительных реакций играет основной природный окислитель — кислород, растворенный в природных водах. Следовательно, решающее значение имеет не протекание тока — непосредственного продукта химической реакции, а «катодный эффект» в среде, в омывающем минерал

электролите, или на контактирующем минерале, занимающем катодное положение в этой системе. Начальный процесс окисления минералов происходит как коррозия, при которой минеральный электрод под воздействием окружающей среды подвергается окислению и, следовательно, разрушению. Коррозионная модель развития зоны гипергенеза учитывает действие факторов, формирующих зону гипергенеза и выявленных классическим гидрохимическим представлением. Практически она опирается на достижения классического учения о зоне гипергенеза.

В фундаментальных трудах В.И. Вернадского, таких как «Биосфера» (1926) и «Очерки геохимии» (1934), заложены методологические основы новых направлений в геологической науке. Первая попытка охарактеризовать биокосную систему на примере почв предпринята А.И. Перельманом (1977). Высоко оценивая эту пионерскую работу, следует отметить, что содержащиеся в ней характеристики различных типов почвы как биокосной системы не сопровождаются раскрытием ее энергетических и функциональных связей с деятельностью заселяющих ее микроорганизмов. В более поздних работах в области почвоведения развиты представления о биоценозе (экосистеме) как о единстве и сопряжении почвы, рельефа, климатической и гидрогеологической обстановки и живого вещества, но роль микроорганизмов в почве автором была оценена недостаточно (Ковда, 1985; и др.).

В последнее время в механизме разрушения рудных и нерудных (силикатов) минералов выявлена также существенная роль микроорганизмов, в частности бактерий, которые осуществляют этот процесс значительно интенсивнее, чем в случае воздействия чисто химического или электрохимического фактора (Colmer, Hinkle, 1947; Remsen, Lundgren, 1960; Sato, 1960; Razzel, Trussell, 1963; Ляликова, 1970; Каравайко и др., 1972; Яхонтова, Каравайко, 1977; Яхонтова и др., 1983, 1985 и др.). При этом с точки зрения коррозионной модели бактерии в процессе окисления руд выступают в роли «живого» катода, «забирающего» электроны окислительной реакции «на себя», в сферу внутриклеточных жизнеобеспечивающих реакций (Яхонтова, Грудев, 1978; Яхонтова и др., 1983).

С точки зрения коррозионной модели формирования зоны гипергенеза складываются представления о тесной связи гипергенного минералообразования с такими факторами, как химический состав и состояние растворов, окислительно-восстановительные и ассоциативно-диссоциативные равновесия в этих растворах. Впервые были учтены и признавались определяющими электрохимические, микробиологические и гидратационные факторы, которые контролируют выпадение твердых фаз (минералов) из растворов. Показано, что Eh — pH-параметры растворов

обеспечивают необходимое состояние компонентов, формирующих гипергенные минералы. Большое значение для решения рассматриваемой проблемы имеет развитие новой методики по выводу уравнений окисления первичных минералов, основанной на исследовании зависимости электродного потенциала окисляющегося минерала от величины рН раствора (Яхонтова, Грудев, 1978).