Вторичная зональность рудных месторождений

Главные факторы вторичной зональности рудных месторождений

Гипергенные изменения рудных месторождений и обусловленная ими вторичная зональность определяются совокупностью многих одновременно действующих природных факторов регионального и локального значения, перечисленных в известных трудах В. Эммонса [13] и С. С. Смирнова [12].

Признавая решающее значение локальных факторов в процессе возникновения вторичной зональности, нельзя рассматривать ход процесса гипергенного изменения месторождения в отрыве от истории развития окружающей его геологической среды. Поэтому при оценке вторичной зональности любого месторождения важное значение приобретает группа региональных факторов, теснейшим образом связанная с геологической историей крупных регионов.

Естественно, что для каждой области эти региональные факторы имеют свои индивидуальные особенности. Правильно учесть их можно только при глубоком изучении геологической истории и геоморфологии данного региона. В молодых складчатых горах, где скорость эрозии существенно преобладает над скоростью окисления, зона гипергенных изменений может отсутствовать и первичные руды непосредственно выходят на современную дневную поверхность. В полярных областях с арктическим климатом процессы окисления крайне замедлены, и выходы первичных руд покрыты топкой коркой окисленных руд, иногда толщиной в несколько сантиметров.

Едва ли можно назвать какой-либо другой регион в СССР, кроме восточного склона Урала и прилегающей части Казахстана, геологическая история которого была бы так исключительно благоприятна для образования мощной древней коры выветривания и для формирования в этой коре глубоко развитой ноша вторичного обогащения рудных месторождений. Ниже приведена классификация главнейших факторов вторичной зональности для золоторудных кварц-сульфидных жильных месторождений Урала.

• 1. Минеральный состав жил.
• 2. Минеральный состав сульфидов в первичных рудах.
• 3. Общее содержание сульфидов в первичных рудах.
• 4. Структура сульфидов в первичных рудах.
• 5. Текстура руд в жилах.

• 6. Мощность жил.
• 7. Изменение мощности жил по вертикали,
• 8. Морфология жил.
• 9. Падение жил.
• 10. Склонение жид.
• 11. Складчатость жил.
• 12. Соединение жил.
• 13. Послерудные смещения жил с пологим падением сместителя.
• 14. Послерудные смещения жил с крутым падением сместителя.
• 15. Взаимное пересечение жил кварцевого и кварц-сульфидного состава.

• 10. Мощность древней коры выветривания.
• 17. Степень трещиноватости и окисления боковых пород и руд.
• 18. Глубина залегания современного уровня грунтовых вод.
• 19. Химический состав нисходящих рудничных вод.
• 20. Новейшие вертикальные движения блоков с древней корой выветривания.

Минеральный и химический состав руд в большой степени влияет на интенсивность миграции элементов. Жильный кварц практически является инертным минералом. Решающим фактором миграции служит наличие в рудах сульфидов, носителей первичного тонкодисперсного золота. При быстром окислении сульфидов рассеянное в них золото освобождается и становится доступным для миграции. Разнообразие минералогического состава сульфидов даже при невысоком их общем содержании весьма благоприятно и для первичного золотого оруденения и для процессов вторичного обогащения. Это разнообразие состава сульфидов отвечает продуктивной минеральной ассоциации, выделенной Н. В. Петровской [10]. При совместном присутствии различных сульфидов в зоне гипергенеза возникают благоприятные условия для ускорения процессов окисления и растворения вследствие возникающих электрохимических явлений. Необходимо также учитывать, что присутствие некоторых бактерий в несколько раз ускоряет процесс окисления сульфидов [8].

Чем больше содержание сульфидов в руде, тем резче проявляется вторичное золотое обогащение. В нижних горизонтах железной шляпы массивных сульфидных залежей содержание золота в 30—50 раз превышает содержание металла в первичных сульфидных рудах. При содержании сульфидов от 5 до 15% показатель интенсивности вторичного золотого обогащения составляет от 1,05 до 1,20. Содержание сульфидов в жиле от 30 до 50% повышает этот показатель до 2,0.

Среди лимонитов, образующихся при окислении сульфидов, следует отличать остаточные (на месте сульфидов) и перенесенные. Вторичное золотое обогащение в жильных месторождениях связано именно с перенесенными лимонитами.


Влияние морфологии и тектоники рудных жил на локализацию участков вторичного золотого обогащения показано на рис. 17.

Железные шляпы колчеданных месторождений

Окисленные зоны сульфидных залежей Урала, Башкирии, Казахстана и Алтая являются особым генетическим типом золоторудных месторождений, имеющим важное промышленное значение. Неглубокое залегание окисленных руд позволяет вести их эксплуатацию открытыми горными работами, служащими в ряде случаев вскрышными для разработки сульфидных руд.

Резко выраженная вторичная зональность сульфидных залежей допускает промышленное использование отдельных зон одного и того же месторождения различными предприятиями. Окисленные зоны (железные шляпы), не содержащие цветных металлов, но имеющие высокое содержание золота и серебра, часто разрабатываются предприятиями золотой промышленности. Зоны первичных и вторичных сульфидных руд, содержащих цветные металлы, разрабатываются предприятиями меднорудной и полиметаллической промышленности с попутным извлечением золота и серебра.

Размеры и очертания железных шляп к плане в основном определяются контурами горизонтального сечения сульфидной залежи, отвечающего уровню его эрозии. Характерным показателем для классификации сульфидных залежей Урала по морфологическим признакам является отношение длины залежи к ее наибольшей горизонтальной мощности (табл. 28).


Длина рудных тел изменяется в весьма широких пределах — от 50 до 5000 м, причем преобладающая часть известных залежей имеет длину от 100 до 500 м и максимальную горизонтальную мощность от 10 до 100 м.

Характер выклинивания железных шляп по простиранию и падению также заслуживает внимания. Наиболее обычна линзообразная форма сульфидных залежей. Тупое выклинивание рудных тел или резкое их ограничение смещениями встречается реже. Топкий «хвост» рудной линзы по простиранию иногда переходит в новую рудную залежь. При пологом погружении рудной залежи и значительной глубине зоны окисления может оказаться, что железная шляпа уходит под толщу боковых пород за контуры выклинивания ее на дневной поверхности.


Эрозия сульфидных залежей наблюдается на любом горизонтальном сечении рудного тела. В зависимости от глубины эрозии возможны следующие морфологические типы железных шляп (рис. 18):

• 1) верхняя часть рудной линзы захвачена процессами окисления, но еще не вскрыта эрозией (скрытая железная шляпа);
• 2) эрозия едва затронула верхнюю часть рудной залежи, под относительно небольшой железной шляпой лежит крупное сульфидное тело;
• 3) эрозия уничтожила верхнюю часть рудного тела, размеры и контуры железной шляпы в плане почти точно соответствуют контурам лежащего под ней сульфидного тела;
• 4) основная часть рудного тела уничтожена эрозией, под железной шляпой находятся небольшие выклинивающиеся по падению участки сульфидных руд;
• 5) в вытянутых по простиранию «карманах» коры выветривания сохранились только выклинивающиеся на коротких расстояниях по падению участки полностью окисленных руд.

На Урале встречаются колчеданные залежи, находящиеся на любой из указанных стадий эрозии.

Вертикальная глубина железной шляпы на месторождениях Урала колеблется от 10 до 80 м. При таком глубоком залегании окисленных руд и падении около 45° нижняя часть железной шляпы оказывается прикрытой со стороны висячего бока на десятки метров горными породами. Иногда это приводит к оседанию пород висячего бока, раздавливанию ими окисленных руд и уменьшению мощности руд, особенно баритовых песков, лежащих под железной шляпой.

В центральных частях хорошо развитых железных шляп вследствие оседания от выщелачивания иногда возникает воронка оседания. На месторождении Куль-Юрт-Тау (Башкирская АССР) такая воронка имеет глубину 28 м. По границам сульфидных залежей окисленные руды распространены вдоль контактовых поверхностей на 5—15 м глубже, чем в средней части рудных тел.

Уровень грунтовых вод только на немногих месторождениях более или менее совпадает с нижней границей окисленных руд. На большинстве же месторождений Урала глубина залегания окисленных руд к 1,5—2 раза превышает глубину уровня грунтовых вод от дневной поверхности. Развитие наиболее ценных в промышленном отношении руд нижней части зоны окисления глубже уровня грунтовых вод является типичной особенностью железных шляп, имеющей существенное значение для выбора методики их разведки [2].


По вещественному составу в железных шляпах колчеданных месторождений Урала отчетливо выделяются три зоны:

• 1) зона полного окисления, сложенная бурыми железняками (собственно железная шляпа);
• 2) зона выщелачивания, представленная рыхлыми баритовыми, барит-кварцевыми или ярозитовыми рудами (песками, сыпучками) и реже плотными кремнистыми рудами;
• 3) зона рыхлых сульфидов, представленная всюду пиритовой сыпуч-кой с рассыпающимися обломками пирита и глубже переходящая в плотные массивные сульфидные руды.

Бурые железняки занимают до 90% всего объема железной шляпы, баритовые или ярозитовые пески или кремнистые руды в среднем около 7% и пиритовая сыпучка — около 3%.

По физическим свойствам среди бурых железняков выделяются плотные и рыхлые разновидности, представляющие собой сорта руды, различные с технологической точки зрения. Рыхлые или сыпучие бурые железняки после просеивания (класс — 20 мм) поступают непосредственно в перколяционные чаны для цианирования. Плотные бурые железняки перед цианированием требуют предварительного механического измельчения.

Текстуры руд железных шляп довольно разнообразны. Широко представлены ячеистые, брекчиевидные, колломорфные и порошковатые текстуры. Кремнистые руды обладают отчетливой полосчатой или слоистой текстурой.

По минеральному составу руды зоны полного окисления представлены почти исключительно гидроокислами железа, гидрогематитом и гётитом, связанными взаимными переходами. Прочие весьма разнообразные минералы занимают резко подчиненное значение. При детальном минералогическом исследовании руд зоны окисления Блявинского медноколчеданного месторождения на Южном Урале было установлено более 60 минералов [7].

Отличить руды железных шляп от бурых железняков других генетических типов по внешнему виду довольно трудно. Горно-геологическим институтом Уральского филиала АН СССР (А. А. Иванов) разработаны методы анализа, позволяющие в комплексе с полевыми геолого-минералогическими наблюдениями уверенно решать этот важный для поисков вопрос. Существенные указания в этом наблюдении может дать химический анализ бурых железняков на селен и теллур. Исследования П. Д. Синдеевой [11] показали, что в бурых железняках над колчеданными телами обычно присутствуют селен и теллур; в бурых железняках иных генетических типов этих элементов не обнаруживается.

Детальное исследование металлоносности железных шляп, проведенное автором, позволило установить следующие особенности их состава.

1. Естественные выходы бурых железняков имеют низкое содержание золота и серебра. Анализы проб, взятых на выходах, показывают «следы» и даже отсутствие благородных металлов. Отсюда следует, что отрицательные результаты анализов на золото и серебро в пробах из естественных выходов бурых железняков или из пройденных на них разведочных канав не могут служить основанном для оценки золотоносности их глубинных частей. Разведку с детальным опробованием следует продолжать на глубину.

2. В пределах толщи бурых железняков наблюдается постепенное увеличение содержания благородных металлов с глубиной и резкое увеличение их концентрации в зове выщелачивания. Особенно богаты благородными металлами кремнистые руды. В пиритовой сыпучке наблюдается резкое падение содержания золота и серебра, хотя концентрация их все же остается заметно более высокой, чем в массивных сульфидных рудах (рис. 19).

3. В рудах железных шляп некоторых месторождений Южного Урала кроме благородных металлов установлено присутствие ртути с резко выраженной концентрацией ее в кремнистых рудах или в баритовых песках. Представлена она крайне дисперсными и поэтому редко наблюдаемыми зернами киновари [5]. Это еще более подчеркивает полиметаллический характер железных шляп колчеданных месторождений.

Примеры эксплуатационной разведки при открытой и подземной разработке месторождений

Вскрытие рудных жил на золотых рудниках производится штреками из шахт или штольнями по рабочим горизонтам. Жила разрезается на горизонтальные слои и этажи высотой от 20 до 50 м, в пределах которых применяется та или иная система очистных горных работ. Техника горного дела дает хорошую возможность учета качества подготовляемой руды по штрекам и качества добываемой руды по блокам, входящим в данный этаж.

Отдельно взятые химические пробы из горных выработок по рудным жилам во многих случаях не являются представительными. Практические выводы геологов основаны на закономерностях изменения в рудной жиле средних содержаний металла, определяемых по групповым пробам. Неизбежные в отдельных пробах ошибки, зависящие от квалификации пробщика, веса пробы, способа ее взятия, методики измельчения и сокращения, наконец, от методики пробирного анализа, уже при 30—40 пробах сводятся до минимума, не влияющего на точность практических выводов.

Среднее расстояние между смежными пробами по штреку на золотых рудниках обычно равно 2 м. При определении среднего содержания металла по рабочему горизонту (по штреку) Используется от 2—3 до 10 и более групповых линейных проб. Это охватывает все протяжение жилы длиной до 500 м и более по штреку. Такое протяжение значительно превышает горизонтальную длину первичных рудных столбов (10—30 м), наблюдаемых иногда при опробовании жил. Поэтому влияние отдельных рудных столбов, вскрытых штреками на разных горизонтах, на повышение со-держания металла по какому-либо одному штреку можно признать несущественным.

При выводе средних содержаний по штрекам не должно быть формального статистического отношения к анализам проб, необходим учет их геологического положения. На геологических планах штреков следует внимательно изучать морфологию жилы, особенности ее состава и строения, однородность боковых пород. Необходимо убедиться, что выбранные для сравнения содержания металла участки штреков расположены в одних и тех же блоках жилы по ее простиранию, по всей длине имеют рабочую мощность жилы и одинаковую детальность опробования. Нельзя делать геологических выводов из сравнения содержания металла по двум штрекам, из которых верхний штрек, например, имеет рабочую мощность жилы на всем участке, а нижний штрек вскрывает значительные пережимы рабочей мощности жилы. Если очертания контура очистных работ показывают Наличие ясно выраженного склонения рудной жилы, то сравнение среднего содержания по горизонтам следует производить с учетом установленного склонения.

В целях быстрого определения рабочего горизонта с наибольшим развитием явлений вторичного золотого обогащения можно использовать зависимость процентного выхода богатых проб от среднего содержания металла. Для этого нет необходимости точного определения нижнего предела богатых проб. Достаточно принять любое постоянное содержание, которое по своей величине было бы в 3—5 раз больше среднего содержания. Беглый просмотр пробных планов жил позволяет быстро определить количество богатых проб и найти процентный их выход от общего количества проб по данному штреку. Максимум процентного выхода богатых проб отвечает рабочему горизонту с наибольшим золотым обогащением и наибольшим средним содержанием металла (табл. 29). Этот вывод следует подтвердить визуальным наблюдением минералогических признаков вторичного обогащения (перенесенные лимониты и пр.).

Закономерности распределения золотых самородков в рудных жилах и в элювиальных россыпях

Золотые самородки и кустовое самородное золото при разработке элювиальных россыпей и окисленных зон рудных жил не представляют большой редкости. Во многих золотоносных районах Урала, Сибири и Северо-Востока СССР найдены тысячи золотых самородков.

Анализ размещения обнаруженных золотых самородков в геологических структурах многих жильных месторождений Южного Урала позволил определить следующие четыре особенности.

1. Взаимное пересечение или близкое расположение жильного молочно-белого слабо золотоносного кварца с золотоносным кварцем, содержащим обильное количество сульфидов. Отсюда следует, что золотые самородки свойственны месторождениям со сложным и длительным процессом жил о образования, в которых отчетливо выявляются различные генерации жильного выполнения.

2. Морфология рудных шил, их структура и тектоника участка жильных месторождений с кустовым золотом благоприятны для вторичного золотого обогащения. Об атом свидетельствует сочленение или взаимное пересечение жил с пологим и крутым падением, приуроченность рудных жил к синклинальным складкам, соединение жил вниз по падению, пологопадающие послерудные смещения. Следовательно, золотые самородки свойственны таким структурно-тек тоническим участкам жильных месторождений, которые характерны для локализации рудных столбов гипергенного происхождения.

3. Наложение древней коры выветривания или ее линейного кармана на указанные структурно-тектонические участки жильных месторождений. Все известные на Урале самородки найдены в зоне полного или активного окисления кварц-сульфидных жил, где кроме остатков сульфидов всегда имеются гидроокислы железа. Нет ни одного уральского рудника, где бы золотые самородки были найдены на глубине более 100 м от дневной поверхности. Следовательно, наличие древней коры выветривания является благоприятным условием возникновения самородков, генетически связанных с этой корой и возникающих в ней под влиянием гипергенных процессов.

4. Более высокая проба самородков и вообще кустового золота по сравнению со средней пробой металла но месторождению. Нередко проба самородков из рудных жил бывает даже выше средней пробы из окисленных руд данного месторождения. Отсюда следует, что золотые самородки характерны для зоны окисления золоторудных жил [3].

Не подлежит сомнению, что при разработке кварцевых золотоносных жил в зоне первичных руд иногда встречаются необычайно богатые скопления самородного золота. Однако такие находки относительно редки. Возможно, это связано со значительно меньшим развитием горных выработок на глубоких горизонтах но сравнению с зоной окисления.

В зоне окисления кварц-сульфидных жильных месторождений золотые самородки встречаются группами (иногда по нескольку десятков штук) в одинаковых структурно-геологических условиях. Такими же группами самородки переходят с выхода жил в элювиальные россыпи. Следовательно, при находке одного самородка появляется большая вероятность обнаружения группы подобных самородков (рис. 20). Точки находки самородков в элювии при почти горизонтальном микрорельефе укладываются в эллипсе их рассеяния. Большая ось эллипса с относительно малым смещением показывает простирание жилы, давшей эти самородки, И только при пологом уклоне местности большая ось эллипса ориентируется вдоль тальвега микрорельефа участка.

Среди морфологических типов золоторудных месторождений кварцевые жилы с включением золотых самородков и возникающие на выходах этих жил элювиальные россыпи занимают особое положение. Существенным их признаком служит дискретность золотого оруденения. Преобладающая часть запасов золота такого месторождения (жилы или россыпи) представлена несколькими десятками или первыми сотнями золотых самородков.

Подсчет запасов ценного металла в таких жилах или в элювии с самородками возможен только статистическим методом. Сущность этого метода заключается в экстраполяции данных эксплуатации на не выработанные еще участки. Незначительные запасы ценного металла, разведанность которых оценивается категорией С₂, не позволяют положить их в основу общепринятого проектирования горных и обогатительных работ. Это обстоятельство, однако, не может служить препятствием для эксплуатации многочисленных жил с кустовым золотым оруденением и элювиальных россыпей с золотыми самородками. Успешный опыт разработки месторождений других полезных ископаемых с дискретным оруденением (алмазы, пьезокварц, драгоценные камни) подтверждает возможность и целесообразность эксплуатации многих жил и россыпей с золотыми самородками способом пробной эксплуатации.

Задачи пробной эксплуатации элювиальных россыпей с самородками удобно совмещать с траншейным способом разведки [6]. Вкрест длинной оси рассеяния золотых самородков в элювии следует задавать разведочные траншеи сечением 15—20 м². Промывка всей рыхлой массы элювия из этих траншей дает надежную промышленную оценку элювиальной россыпи. В почве траншей могут быть вскрыты выходы рудных жил [4].

Видимые признаки рудных столбов в забоях горных выработок

Выявление рудных столбов при разработке жильных месторождений является важнейшей задачей рудничного геолога. Поэтому следует подробнее рассмотреть видимые в горных выработках признаки первичных и вторичных рудных столбов.

Среди локальных факторов, благоприятных для формирования рудных столбов любого генезиса, решающим является структурный (или структурно-морфологический), сущность которого удобно выразить общим понятием о барьерах, непроницаемых для движения восходящих гидротермальных или нисходящих поверхностных вод (табл. 30).


Резкое изменение простирания или падения жил часто влечет за собой появление пустых камер увеличенной мощности, в которых могут образоваться первичные рудные столбы морфологического типа. Четко выявляется закономерность размещения вторичных рудных столбов на участках пологого падения жил.

Важное значение для размещения рудных столбов любого генезиса имеет склонение жил. Как правило, большие оси рудных столбов параллельны линии склонения. Для вторичных рудных столбов благоприятным признаком служит пологое склонение жилы. В этом случае экзогенный рудный столб располагается над линией выклинивания жилы.

Рудные столбы на разветвлениях жил и на их пересечениях весьма многочисленны. Сюда относятся рудные столбы в местах присоединения к основной жиле оперяющих трещин. Не менее многочисленны экзогенные рудные столбы, возникающие вдоль линии соединения или пересечения жил.

Складчатость боковых пород очень четко определяет положение рудных столбов в согласно залегающих жилах. Первичные рудные столбы обычно располагаются в сводах антиклинальных складок, а также во флексурных изгибах жил. Общеизвестен пример золоторудных жил Бендиго в Австралии, где седловидные жилы в сводах антиклинальных складок, прикрытых непроницаемыми пластами глинистых сланцев, имеют высокое содержание золота. Синклинальные структуры жильных месторождений весьма благоприятны для нахождения в них вторичных рудных столбов. Наиболее типичным примером вторичного золотого обогащения данного структурного типа является Смоленская жила Непряхинского месторождения в Миасском районе на Урале. В 1872 г. из шахты со «дна» такой синклинальной складки была извлечена необычайно богатая руда, давшая около 300 кг золота [3].

Важное значение для расположения рудных столбов имеют смещения. В жилах, секущих толщу слоистых пород, первичные рудные столбы встречаются под малопроницаемыми пластами с метасоматическим развитием оруденения вдоль лежащего ниже пористого пласта. В гипергенных условиях участки вторичного обогащения расположены над малопроницаемым пластом. На Урале много примеров резкого вторичного обогащения золотом кварц-сульфидных жил над пологопадающими послерудными смещениями.

Ограничиваться использованием только одного структурного фактора (непроницаемые барьеры) при изучении локализации рудных столбов было бы неправильным. Следует учитывать также морфологию жил, их минеральный состав и влияние боковых горных пород (табл. 31).


Простая плитообразная форма жил неблагоприятна для появления рудных столбов. Как правило, и первичные и вторичные рудные столбы располагаются на участках со сложной морфологией жил, с их разветвлением и апофизами. Минеральный состав руд очень характерен. Первичные рудные столбы встречаются на участках с развитой продуктивной минерализацией [9, 10]. Для вторичных рудных столбов типичны окисленные руды с остатками сульфидов, а также перенесенные лимониты («протеки»).

Для рудных столбов любого генезиса благоприятна также полосчатая и брекчиевидная текстуры руд. Первичные рудные столбы расположены на участке, где обломки слабо золотоносного кварца цементируются продуктивной минеральной ассоциацией. При окислении жил с полосчатой текстурой руд участки вторичного обогащения следуют полосам окисленных сульфидов.

Благоприятное влияние некоторых боковых пород на образование первичных рудных столбов давно известно. Сюда относятся углистые сланцы («индикаторы») и битуминозные породы. В Невьянском районе Урала жила Середовина срезает неправильную поверхность контакта диоритов и порфиритов. Кварцевая жила при переходе из диоритов в выше расположенные порфириты заметно обогащается золотом. На Урале много примеров высокого содержания золота в кварцевых жилах, залегающих в контакте диоритов и змеевиков.