Никеленосные коры выветривания Урала
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, силицированный 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.