(опубликовано отдельным сообщением http://www.priroda.ru/ и "Руды и
металлы" № 4, 2000 г.)
1. Главное отличие марганцеворудного
процесса от всех других и неожиданная для большинства его исследователей
особенность заключается в том, что истинные
растворы марганца не стареют и они подвижны.
Сульфидные (сероводородные) растворы марганца не остаются в жестко
фиксированной позиции на всем протяжении геологических времен и, если
вызванная тектонической обстановкой принудительная миграция тяжелых
растворов не встречает на своем пути мелководные аэрирующие препятствия, то
весь накопленный в этих водах марганценосный
потенциал (миллиарды тонн) способен целиком и без большой для себя утраты
медленно перемещаться из котловины в котловину, из впадины во впадину, из синеклизы в синеклизу.
2. В цепи марганцевого рудогенеза на континенте различаются пространственная и временнáя составляющие, главное направление и побочные.
Звеньями этой цепи в пространстве являются застойные впадины внутренних водоемов геосинклиналей, передовых прогибов и синеклиз. Каждое такое звено может содержать промышленное месторождение марганца в том борту депрессии, который обращен в сторону более древней подготовительной впадины. В Уральском регионе можно различить широтное направление смещения марганцевого рудообразования – из внутренних водоемов в краевые прогибы и меридиональное – от Новой Земли до Прикаспийской впадины и Тургайского прогиба.
Главным направлением течения марганцеворудного процесса во времени является постепенное увеличение запасов растворенного металла в более поздних подготовительных бассейнах, обусловленное слиянием растворов из многочисленных разновременных впадин замыкающейся геосинклинали в стабильные и крупные депрессии краевых прогибов и платформ.
3. Континентальный марганцеворудный процесс начинается в геосинклиналях, а завершается на окраинах платформ. В нестабильных условиях геосинклиналей марганцеворудный процесс не приводит к образованию крупных месторождений, поскольку в небольших водоемах проливного типа запасы металла в растворах невелики, а смещение щелочного барьера под напором вод пролива снижает его эффективность. Сказывается и недостаток нейтрализатора – щелочных вод встречной трансгрессии, поэтому рудные образования водоемов проливного типа не концентрируются в форме компактных залежей, а вытягиваются в направлении течения рудоносных растворов на многие десятки километров (Зианчуринская группа).
На окраине платформы колоссальные запасы металла, накопленные в сероводородных котловинах стабильных синеклиз, разгружаются в малоподвижные воды океанического шельфа и почти полностью нейтрализуются их щелочами, что приводит к образованию крупных и очень крупных месторождений (Грут-Эйланд, Моанда, Никополь).
На окраине континента марганцеворудный процесс не прекращается, он лишь трансформируется в океаническое конкрециеобразование.
4. Образованию месторождения
марганца всегда предшествует геократический режим
обширного внутриконтинентального бассейна, продолжительность которого
исчисляется геологическими веками,
эпохами, периодами и, иногда - эрой.
Только продолжительное накопление марганца в
анаэробной восстановительной обстановке обеспечивает необходимое исходное
условие образования промышленного месторождения.
5. Марганцеворудный процесс дискретен и непрерывен одновременно, поскольку продолжительная аккумуляция металла в зонах аноксий лишь на короткое время прерывается выпадением его из растворов в окислительных условиях.
Каждая некомпенсированная впадина рудоотложения со временем превращается в подготовительный бассейн для последующих эпох рудообразования, поэтому от любого звена рудогенеза можно проследить всю цепь, как в геологическое прошлое, так и в будущее.
6. Марганец осаждается в результате строго определенного сочетания случайных геологических событий и закономерных изменений физико-химических параметров водной среды:
- выщелачивание марганца из горных пород с кларковым его содержанием,
- сепарация (освобождение от элементов-спутников) на путях миграции в процессе эфемерного рудоотложения (Н.М. Страхов, А.Г. Бетехтин, В.И. Грязнов и др.),
- продолжительная аккумуляция в анаэробной зоне системы подготовительных бассейнов (В.В. Мокиевская, Б.А. Скопинцев, Д.Г. Сапожников и др.),
- окисление сульфидных вод в процессе регрессии, аэрации, распада и разгрузки через проливы последнего в цепи рудогенеза подготовительного водоема;
- формирование кислых растворов с высокими концентрациями марганца,
- нейтрализация кислых растворов в слабощелочных водах бассейна рудной садки,
- коллоидная концентрация и сорбция золей взвесями терригенного и вулканического происхождения,
- седиментация коагелей в неспокойной обстановке авандельты,
- перемещение и захоронение рудного осадка,
- дегидратация и диагенез,
- гипергенез в окислительной и восстановительной обстановке.
Никакое иное сочетание перечисленных явлений не приводит к образованию значительных скоплений марганца, поэтому промышленным типом его месторождений может быть только один - осадочный.
7. Чем менее длительными были фазы сепарации и аккумуляции марганца, тем более железистыми будут руды, - в этом заключается главное отличие месторождений, формировавшихся в неспокойных условиях геосинклиналей, от месторождений краевых прогибов и наложенных впадин платформ.
Поэтому большое число считающихся вулканогенными месторождений нужно вернуть в перечень осадочных, - вне зависимости от количества вулканогенного компонента в рудах основное количество металла этих месторождений имеет все же аккумулятивное происхождение подготовительной стадии и поэтому же поиски "марганценосных" вулканов и разломов бесперспективны, а выявление черноцветных разрезов подготовительных сероводородных котловин и связанных с ними наложенных впадин - продуктивно.
8. Наиболее полное и эффективное завершение конечных стадий аккумуляции марганца и седиментации руд приходится на время существенной аридизации климата, что объясняется уменьшением растворимости кислорода и соответствующим увеличением объема анаэробной зоны, а также увеличением концентраций растворимых солей, которые в подготовительном водоеме повышают растворимость соединений марганца, а в бассейне рудной садки способствуют их дегидратации.
Поэтому присутствие в регионе более поздних осадков галогенной формации, замещающей марганцевый рудогенез подготовительного бассейна, нужно считать положительным поисковым критерием.
9. Промышленные месторождения марганцевых руд обязаны своим происхождением регрессии подготовительного водоема, которая происходит одновременно с тектоническим заложением крупной впадины, принимающей через мелководные проливы кислые марганецсодержащие воды подготовительного бассейна.
Поэтому все крупные месторождения окисных руд марганца залегают во флишах и молассах некомпенсированных впадин и приурочены к тем их бортам, которые примыкают к последним котловинам замыкающейся геосинклинали.
10. Одиночный пролив на безрудном этапе существования размывает свои же продуктивные отложения, а в системе проливов наиболее крупный из них (например, Днепровский), обладающий наибольшей скоростью эрозионного вреза, перехватывает сток вод у менее производительных (например - у Никопольского, Токмакского, Ингулецкого) и тем предохраняет их рудные осадки от размыва на пострудном этапе.
Поэтому месторождения марганца никогда не остаются в одиночестве, но всегда образуют группу марганцеворудного бассейна.
Необратимая разгрузка подготовительного бассейна может произойти только однажды - вот почему необъяснимые на первый взгляд "вспышки" марганцевого рудогенеза (как и бокситорудного процесса) никогда не повторяются.
11. Главными геохимическими барьерами в марганцевом рудообразовании являются окислительный барьер в подготовительном водоеме и щелочной - в конечном бассейне рудной садки.
Эффективное действие окислительного барьера зависит от режима стока вод подготовительного бассейна через проливы, в которых завершается аэрация и окисление застойных вод, а повышенная скорость течения препятствует осаждению образующихся коагелей и дисперсоидов марганца.
Эффективность щелочного барьера определяется его контрастностью, т.е. перепадом рН кислых рудоносных вод пролива и нейтральных - конечного бассейна рудоотложения.
12. Полное и необратимое подавление сероводородного заражения в подготовительном бассейне сопровождается окислением сульфидов до сульфатов, резким снижением рН водной среды, образованием ацидокомплексов марганца и повышением его концентраций на стратифицированном уровне водоема до многих десятков граммов на литр, что означает формирование молекулярного рудоносного раствора.
Формирование кислых рудоносных растворов в заключительной фазе химической эволюции вод континентального бассейна сопровождается садкой бескарбонатных глин "майкопского" облика, присутствие которых в кровле черноцветного разреза служит отличительным признаком подготовительного бассейна и может указывать на рудонакопление в нижестоящей некомпенсированной впадине. Признаком рудовмещающей структуры являются песчано-глинистые отложения зеленовато-серого цвета (с глауконитом) в переслаивании с оолитовыми известняками.
13. Приток кислых растворов марганца в нейтральные воды конечного бассейна сопровождается распадом комплексных соединений истинных растворов, коагуляцией, сорбированием рудного вещества взвесями твердого стока и седиментацией руд в авандельте пролива.
Местоположение погребенного палеопролива можно определить выявлением линейных понижений кровли дорудных образований в разделяющей водоемы структуре. Осадительным барьером физической аэрации может служить также любое мелководное препятствие на пути перетока тяжелых сероводородных вод подготовительного бассейна (литораль впадины, архипелаг островов, тектоническая ступень).
14. Седиментация первичноокисных руд завершается формированием промышленных залежей лишь при непременном и дозированном участии терригенного или вулканогенно-терригенного компонента, который обеспечивает сорбцию рудного вещества и предохраняет осадок от повторного редуцирования в двухвалентную форму и растворения в восстановительных условиях донных отложений. Избыточное поступление обломочного материала влечет разубоживание руд, а недостаток сопровождается формированием бедных марганцем карбонатных отложений.
Поэтому залежи наиболее ценных окисных руд находятся в терригенных осадках и поэтому же промышленными считаются маломощные (0.5-1,0 м) слои пероксидов марганца, а не многометровые толщи убогих манганокальцитовых отложений.
15. Подготовительный этап марганцевого рудообразования является одним из самых продолжительных геологических процессов, а заключительная фаза переноса марганцевого раствора водами пролива и садки коагеля в авандельте по своей скоротечности (годы, месяцы) вполне может быть причислена к ряду катастрофических явлений природы.
В этой скоротечности седиментации находится единственное рациональное объяснение противоестественного залегания дисперсных хемогенных руд среди гидродинамически активных обломочных отложений шельфа.
16. В зоне гипергенеза месторождения марганцевых руд деградируют и разрушаются при выщелачивании полезного компонента кислородными водами, но еще быстрее марганец растворяется и переносится термальными сероводородными; те и другие легко мигрируют по проницаемым песчанистым слоям рудных отложений.
Поэтому нахождение марганца в твердой фазе рудных месторождений представляет собою всего лишь эпизод в геохимической жизни этого металла на планете и поэтому же районы галогенеза и проявлений углеводородов малоперспективны на обнаружение более или менее древних богатых по содержаниям марганца месторождений (Лабинское, Мангышлакское, Улутелякское). Садка руд на кристаллическое основание (Никопольский бассейн) лучше предохраняет их от растворения сероводородными водами, чем залегание в рыхлых осадках нефтегазоносных формаций.
17. Общая история продолжительной аккумуляции некоторых рудных элементов в восстановительной среде континентальных морей предполагает некогда существовавшую гидродинамическую связь между подготовительным водоемом и марганце-, боксито-, фосфато- и железорудным бассейнами. Бокситорудный седиментогенез в подготовительном водоеме с анаэробными условиями завершается в начальной стадии формирования кислых растворов, а седиментация руд марганца начинается при нейтрализации кислых вод пролива в слабощелочной среде конечного бассейна, поэтому руды алюминия и марганца никогда не находятся в совместном залегании.
Следовательно, известные месторождения марганцевых руд определенно указывают на присутствие высокоглиноземистых отложений в более древних морских фациях подготовительного бассейна, а обнаружение бокситов может рассматриваться в качестве положительного критерия прогнозирования марганцевого оруденения более позднего возраста в отложениях нижестоящих (на пути перетока вод) впадин. По возрасту более надежно предсказываются бокситы по марганцу, чем наоборот. Бокситы смежной впадины всегда древнее марганцевых руд.
18. Благоприятным для накопления бокситов следует считать такое изменение режима эпиконтинентального бассейна, при котором окислительно-восстановительный потенциал водной среды повышается, рН уменьшается от щелочных значений к слабокислым, а температура воды возрастает. Такие условия возникают во время регрессии водоема на фоне аридного климата, а также в апвеллингах тропической зоны.
Бокситорудный процесс начинается в резко восстановительных условиях аноксичной зоны с долговременного метасоматоза донных осадков сульфидными растворами алюминия, а заканчивается в кислородной зоне лавинообразным сбросом гиббсита в результате катастрофичного удаления сероводорода в цепной реакции кислого гидролиза.
Резкая смена восстановительной обстановки на окислительную при отсутствии сероводорода приводит к образованию месторождений наиболее качественных бескремнистых, бессернистых и маложелезистых бокситов.
19. Сущность коррелятивных связей между марганце- и фосфатогенезом заключается в той же, - общей с алюминием и железом истории накопления рудных компонентов в истинных растворах сероводородных котловин. Пока можно лишь предполагать, что в резко восстановительных условиях застойных котловин, желобов и впадин фосфор накапливается вместе с алюминием, марганцем и другими элементами в виде диссоциированных фосфитов, которые по мере уменьшения глубины водоема переходят в ангидрид и в присутствии продуктов окисления сероводорода образуют смесь гидрофосфатов, сульфатов и карбонатов кальция. Стратиграфическое положение месторождений и проявлений фосфоритов определенно указывает на опережение марганцеворудного процесса фосфаторудным и на отставание его от садки бокситов.
20. Изложенные здесь поисковые критерии позволяют рассматривать в едином и непрерывном процессе множество геологических событий – от выщелачивания элемента из горной породы до образования железомарганцевых конкреций на поверхности дна океана, от садки гиббсита в морской котловине до континентального галогенеза в той же впадине.
В процессе локального или среднемасштабного прогнозирования нужно остерегаться униформистской интерпретации осадочного рудогенеза и учитывать, что продуктивными были не все, не любые временные водоемы, возникавшие в тех или иных частях континента и исчезавшие в разное время, а только те конкретные желоба геосинклиналей, котловины прогибов и впадины синеклиз, что накапливали и переносили в истинных растворах марганец, железо, фосфор, алюминий и другие рудные элементы вместе, - те, что не потеряли, а унаследовали рудоносный потенциал и генетическую связь с более древними подготовительными бассейнами. Такими водоемами могли быть бассейны нефтегазоносных провинций.