ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РОССЫПЯХ

1.1. Понятие о горных породах и минералах,

формирование россыпей, типы рыхлых отложений

Земную кору слагают многочисленные виды горных пород. Горной породой называют агрегаты минералов более или менее постоянного состава, образующие самостоятельные геологические тела. Горная порода, состоящая из одного минерала, является мономинеральной (известняк, глина), а из нескольких — полиминеральной (гранит). Процентное выражение количества содержащихся в породе минералов называется ее минеральным составом, который служит одним из важнейших признаков породы. Другим основным признаком является ее строение, определяемое структурой и текстурой. По происхождению горные породы подразделяются на осадочные, магматические (изверженные) и метаморфические.

Минерал (от слова «минера» — руда) представляет собой природное вещество (химическое соединение или самородный элемент) стабильного химического состава и физического строения, образовавшееся в результате естественных физико-химических процессов в земной коре.

Содержание (по массе) в земной коре различных элементов характеризуется следующими данными: кислорода 49 %, кремния 26 %, алюминия 7,5 %, железа 4,2 %, кальция 3,3 %, калия 2,3 %, водорода около 1 %. Другие важные элементы входят в состав земной коры в десятых, сотых, тысячных и миллионных долях процента (титана 0,5 %, марганца 0,1 %, циркония 0,03 %, ванадия 0,02 %, хрома 0,02 %, никеля 0,02 %, лития 0,01 %, бериллия 0,01 %, меди 0,01 %, цинка 0,005 %, олова 0,004 %, кобальта 0,003 %, свинца 0,0016 %). Невысока концентрация и радиоактивных элементов, являющихся ядерным топливом для атомной энергетики. Так, содержание тория и урана составляет соответственно 0,0008 и 0,0004 %. Содержание же благородных металлов — серебра, золота и платины равно соответственно 0,00001, 0,0000005 и 0,0000005 %.

Горные породы, содержащие ценные минералы в повышенном количестве, называются рудой. К категории промышленных руд относятся мономинеральные горные породы, содержащие один минерал (от греческого слова «моно» — один), и полиминеральные, содержащие несколько минералов (от греческого слова «поли» — много) в таких количествах и концентрациях, при которых их промышленная переработка технически возможна и экономически целесообразна.

Минералы, обладающие ценными свойствами и качествами, используемые в народном хозяйстве на различные нужды, называются полезными ископаемыми. Естественное скопление полезного ископаемого в земной коре в количестве, выгодном для промышленного извлечения его из недр при современном уровне развития техники и технологии, называется месторождением.

Горные породы, добываемые совместно с полезными ископаемыми, но не используемые в народном хозяйстве из-за отсутствия надобности в них, называют пустыми породами.

Различают коренные (первичные) и россыпные (вторичные) месторождения твердых полезных ископаемых. Коренные месторождения, как правило, приурочены к крепким скальным породам. Россыпные месторождения образуются за счет разрушения пород коренных месторождений, являющихся по отношению к россыпным первичными, или материнскими. Разрушаясь, горные породе дробятся до такой степени, что отдельные минералы, входящие в их состав, высвобождаются и попадают в рыхлые отложения, представляющие собой механическую смесь пустых пород и ценных компонентов.

Россыпным месторождением (россыпью) называется скопление рыхлых или сцементированных отложений обломочного материала, включающее зерна или кристаллы полезных минералов в промышленной концентрации. Образование россыпей связано с процессом выветривания, под которым понимаются разнообразные изменения горных пород и минералов под влиянием многих факторов: атмосферных осадков, ветра, температуры, солнечной радиации, животных и растительных организмов и др. Воздействие этих факторов обычно приводит к разрушению (разрыхлению) коренных пород, а в процессе их перемещения — к сортировке обломочного материала (по крупности, плотности и форме зерен), истиранию, окатыванию и дифференциации частиц по степени механической прочности и химической устойчивости, а также к изменению химического состава и первоначального облика пород и минералов.

Различают физическое и химическое выветривание. Под физическим выветриванием понимается разрушение монолитной горной породы на обломки различного размера в основном под воздействием колебаний температуры. Днем в летнее время породы нагреваются и их объем вследствие этого увеличивается, а ночью в связи с охлаждением объем уменьшается. Такое многократное изменение объема приводит к растрескиванию и разрушению массива. Этот вид выветривания называется инсоляционным (от латинского слова «солюм» — солнце). Инсоляционное выветривание характерно для районов с резкоконтинентальным климатом.

В пустынях может происходить солевое выветривание. Подземные воды здесь сильно засолены. Они поднимаются вверх по капиллярным трещинам и при выходе на поверхность испаряются, а заключенные в них соли кристаллизуются на стенках трещин. С течением времени кристаллы солей увеличиваются в объеме и разрыхляют породы до пылевидного состояния.

В северных и высокогорных районах температура в летний период ночью опускается ниже нуля. Вода, проникая днем в трещины и поры породы, ночью замерзает. Многократное замерзание и оттаивание воды приводит к разрушению монолитной породы. Такое выветривание называется морозным.

Процессы физического выветривания не оказывают существенного влияния на состав горной породы, а только превращают ее из монолитной в рыхлую. Например, крепкий гранит превращается в дресву такого же состава. Однако раздробленность породы способствует химическому выветриванию, так как при этом увеличивается поверхность вещества, которая может взаимодействовать с водой и воздухом.

В результате химического выветривания горная порода теряет свой вид и состав и превращается в другую породу. К агентам химического выветривания относятся кислород, углекислый газ и вода, которые сами по себе химически инертны. Однако в водной среде кислород и углекислый газ становятся весьма активными.

В районах с теплым и влажным климатом процессы выветривания идут очень интенсивно. Причем здесь широко распространено органическое выветривание, проявляющееся в виде физического (например, раздвигание пород корнями деревьев) и химического изменения горной породы.

При разрушении горного массива из него высвобождаются зерна полезных компонентов. Чем мельче разрушение, тем полнее это высвобождение. Наиболее полным оно наблюдается при разрушении массива до глинистых частиц.

Рыхлые продукты разрушения горных пород, образовавшиеся в результате физического или химического выветривания, в большинстве случаев не остаются на месте, а перемещаются и отлагаются в других местах. Продукты разрушения перемещаются от возвышенных участков к пониженным, от континентов к морю под действием текучей воды, ледников, ветра, а также в результате скатывания под действием силы тяжести.

Продукты выветривания, попадая в реки, отлагаются на дне и частично уносятся течением в озера или моря. Часть продуктов выветривания остается на месте, а часть задерживается поблизости (на склонах гор или у подножий). Так возникают различные типы отложений. Ценные минералы, скапливаясь на отдельных участках реки или у подножия склона, могут образовывать россыпь.

Различают следующие типы отложений: элювиальные, склоновые, речные, дельтовые, озерные, ледниковые, эоловые, морские (рис. 1.1).

Элювиальными отложениями (элювием) называются продукты выветривания коренной горной породы, оставшиеся на месте разрушения.

Рыхлые продукты, образовавшиеся в результате разрушения горной породы, называются корой выветривания, а верхняя ее часть — почвой. Большую роль в формировании почвы играют животные и растительные организмы. Последние дают основную массу органического вещества, продукты разложения которого называют гумусом, или перегноем. Образование и строение почв изучает специальная наука — почвоведение.

Склоновые отложения залегают в нижних частях склонов (у подножий) либо непосредственно на склонах. Среди этих отложений различают осыпные, обвальные, солифлюкционные и делювиальные.

Осыпные отложения образуются у подножия склонов в результате скатывания под действием силы тяжести.

В горных районах нередко случаются обвалы, при которых продукты разрушения скапливаются в нижней части склона и иногда преграждают течение реки. Такие отложения называются обвальными.

В районах распространения многолетней мерзлоты широко развиты солифлюкционные отложения (солифлюксий). Солифлюксий — течение почвы (от латинских слов «солюм» — почва, «флюхус» — течение). Эти отложения возникают следующим образом. Оттаявший до определенной глубины в летний период поверхностный слой сильно переувлажняется талыми и дождевыми водами в связи с тем, что залегающая ниже многолетняя мерзлота является водоупором. Испарение здесь невелико, и напитанный водой пласт не успевает просыхать. Такой перенасыщенный влагой слой медленно сползает вниз по склону, давая начало солифлюкционным отложениям у его подножия. Таким образом, солифлюксий — это смещенная вниз по склону переувлажненная порода. Солифлюкционные отложения проявляются также в тропических и высокогорных областях (например, в виде сели).

На склонах струи дождевых и талых вод обычно захватывают мелкие частицы и откладывают их в нижней части склона. Возникающие таким путем отложения называют делювием (от латинского слова «делюо» — смываю). Делювиальный смыв приводит к выполаживанию склона. Интересно отметить, что хорошо задернованный склон даже в сильные ливни практически не подвергается размыву, чему препятствует растительность.

Речные отложения возникают в результате деятельности рек и ручьев. Они делятся на аллювиальные (аллювий) и пролювиальные (пролювий).

Аллювий образуется на дне долины, представляющей собой вытянутое углубление в земной поверхности, по которому протекает или ранее протекала река (ручей), воздействующая русловым потоком на рыхлые отложения и формирующая из них аллювий.

В поперечном сечении долины различают ее дно, состоящее из русла реки и поймы, и склоны, ограничивающие дно с боков. Русло — наиболее низкий участок дна, по которому течет река. Пойма — часть дна речной долины (за исключением русла), заливаемая полыми водами. С течением времени река углубляет дно (врезается в него), а остальная нетронутая его часть представляет собой ступень, приподнятую на ту или иную высоту над уровнем воды в реке. Эта ступень называется террасой (см. рис. 1.1). Терраса, расположенная на склоне долины сразу же выше поймы, называется первой надпойменной. Выше нее располагается вторая надпойменная терраса и т.д.

В строении аллювия наблюдаются определенные закономерности. Так, в поймах равнинных рек практически всегда можно видеть две разновидности пород: внизу более крупные — песок или галечник, вверху более мелкие — супесь (состоит из песчаных частиц размером менее 0,01 мм). Пески или галечники отлагаются в русле реки, а суглинки — в период половодья на пойме. Кроме того, в пойменных отложениях часто можно встретить глинистые отложения обычно темно-серого цвета, возникающие из осаждений взвешенных частиц в озерах или старицах (старица — покинутое рекой русло, как правило, дугообразно изогнутое). Старичные отложения чаще залегают в форме ясно выраженных линз.

Аллювий, отлагающийся бурнотекущими горными реками, называется горным аллювием. Он состоит из крупной гальки с валунами, достигающими размера 3 м. Валуны и галька укладываются неплотно, образуя пустоты. Попадая в пустоты, вода резко замедляет скорость течения и все приносимые ею частицы (в том числе и очень мелкие) осаждаются. При этом глинистый материал цементирует гальку и валуны, образуя крепко сцементированные породы (конгломераты, брекчии и др.).

В поймах горных рек с бурным течением мелкозернистые отложения практически отсутствуют, так как скорость течения паводковых вод обеспечивает перемещение даже крупной гальки. Поэтому мелкозернистый материал на пойме не осаждается, а перемещается вниз по течению (иногда на значительное расстояние).

Пролювиалъные отложения (пролювий) — отложения реки ниже устья горной долины, имеющие форму конуса. Они образуются обычно в горных областях с засушливым климатом, где бурный водный поток, выходя из узкой долины на равнину, резко уменьшает скорость и откладывает здесь весь (или почти весь) переносимый им материал в форме конуса. В верхней части конуса отлагаются валуны и галька. В средней части конуса осаждаются преимущественно пески и супеси, а по периферической части осаждается глинистый материал. Пролювий хорошо развит только в засушливых областях, так как в засушливых условиях даже постоянные потоки (потоки, текущие круглый год), выходя из гор в пустыню, иссякают вследствие сильного испарения, а приносимый ими материал идет на формирование конуса. В областях с влажным климатом выносы притоков уносятся рекой, т.е. пролювий не образуется. Обычно здесь хорошо развиты аллювиальные отложения.

Дельтовые отложения образуются в пределах дельты (от буквы «дельта» греческого алфавита), под которой понимают область отложения речных наносов в устьях рек. Устье реки по форме напоминает букву «дельта». Впервые такое название было дано устью р. Нила. Возникновение дельты связано с деятельностью речного потока, приливов и отливов, морского волнения и др.

Озерные отложения возникают в озерах. Материал, из которого они формируются, приносится реками, впадающими в озера, а также образуется в результате размыва берегов при волнении. В озерах животные организмы, отмирая, образуют сапропелевый ил. При отмирании растений образуется торф.

Ледниковые отложения возникают в процессе деятельности ледников, перемещение (сползание) которых сопряжено с огромной разрушительной работой. Отламывая от массива громадные глыбы горных пород (иногда до сотен метров длиной и шириной и до нескольких десятков метров толщиной), ледник перемещает их на большие расстояния, дробя и истирая более мелкие обломки и перемешивая их с встречающимися на его пути рыхлыми породами. Скопление отложенных ледниками обломков горных пород, сцементированных глинами, называется мореной.

Большую работу производят талые воды, образующиеся при таянии ледника. Отложения, возникающие в результате деятельности талых вод, называются водно-ледниковыми, или флювиогляциалъными (от латинских слов «флювиус» — река, «гляцисс» — лед). Эти отложения образуются обычно под ледником, на его поверхности и у края ледника. От аллювиальных отложений, формирующихся в долинах, они отличаются тем, что возникают вне пределов долины.

В результате скопления талых ледниковых вод во впадинах поверхности льда или в понижениях рельефа в них образуются озера, где откладываются осадки, именуемые озерно-ледниковыми, или лимногляциальными (от греческого слова «лимне» — озеро).

Эоловые отложения образуются в результате деятельности ветра (Эол — в древнегреческой мифологии бог ветров). Эти отложения возникают в местах, где имеются большие песчаные пространства, не защищенные растительностью. Такие условия обычно встречаются в пустынях, на берегах озер и морей. Ветер, подхватывая песчаные частицы, переносит их и откладывает в другом месте. В местах выдувания песчаных частиц образуются впадины, называемые дефляционными (от латинского слова «дефлярс» — сдувать), а в местах их отложения — всхолмления, пески которых (в форме гряд и бугров) являются эоловыми отложениями.

Морские отложения возникают в морях и океанах. В зависимости от глубины образования они разделяются на прибрежно-морские (литоральные), неритовые, батиальные и абиссальные. Прибрежно-морские осадки отлагаются на глубине не более 50 м (обычно они представлены грубообломочным материалом — валунами, галькой). Во время отлива они осушаются. На глубине до 200 м прослеживаются неритовые отложения, а еще глубже (до 2000 м) — батиальные. На глубине более 2000 м залегают абиссальные (глубоководные) отложения. Морские отложения являются в основном продуктами физического и химического выветривания пород. Основная масса продуктов выветривания приносится реками. Ежегодно из рек в моря поступает около 18 млрд т наносов и 2,25 млрд т растворенных веществ.

Морские отложения образуются также за счет разрушения берегов и дна течениями и др. Протяженность абразивных берегов составляет около 10 % общей береговой линии. Количество образующегося ежегодно в море абразивного материала почти в 100 раз меньше аллювиального материала, приносимого реками. Определенную роль в образовании морских отложений играют ветры и ледники. Ветры несут в моря мельчайшие частицы, а льды и айсберги — мелкие окатанные частицы и крупные обломки горных пород.

Донные морские отложения накапливаются преимущественно в прибрежной части моря, являющейся зоной активного взаимодействия океана и материка. Здесь аккумулятивные участки чередуются с абразионными и постоянно меняется характер волнового воздействия на берега. В результате многообразных природных процессов происходит образование, накопление и перераспределение различных ценных минералов. В таких местах, как правило, наблюдается повышенная концентрация ценных легких (колумбит, ильменит, циркон и др.) и тяжелых (касситерит, шеелит, вольфрамит, золото, платина и др.) минералов. На глубоководных участках Мирового океана на дно оседают тончайший песчано-глинистый материал, животно-растительные остатки, вулканический пепел и метеоритное вещество.

Скорость накопления отложений в центральных районах океанов невелика. Она меняется от одного района к другому и даже внутри одной акватории. Наиболее высокая скорость накопления отложений характерна для Атлантического океана (около 2 см за 1000 лет). В Тихом океане за 1000 лет накапливается слой отложений мощностью 1—3 мм.

Обычно рыхлые морские отложения приурочены к различным структурам поверхности береговой линии и океанического (морского) дна (рис. 1.2). Мощность их на различных площадях не одинакова. Под рыхлыми осадками находятся уплотненные породы, ниже которых залегают монолитные коренные породы (в прибрежной полосе — гранитные, в океане — базальтовые). Нередко выходы коренных пород встречаются на участках абразионного размыва, на вершинах подводных гор и вулканов, в разломах глубоководных впадин.

Наиболее отчетливо выделяются три типа рельефа поверхности океанского дна: материковая отмель (шельф), материковый склон, ложе океана (глубоководные впадины).

Материковая отмель начинается от берега с уклоном в сторону больших глубин. Ширина ее до изобаты 200 м изменяется от 2 до 1200 км и составляет в среднем 65 км. Шельф, примыкающий к гористым берегам, как правило, круче и уже, имеет большую глубину, чем у пологих берегов. Границей шельфа принято считать четкий прогиб дна, находящийся на глубине 200—600 м.

Материковый склон — связующее звено между ложем океана и материком. Он следует за прогибом дна у края шельфа. Здесь глубина увеличивается, достигая у нижнего основания уступа 2,5—3 тыс. м. Этот уступ ограничивает материковый массив и служит бортом океанической депрессии. Угол наклона материкового склона составляет 4—6°.

Материковый склон с подножием и шельф составляют подводную окраину материка.

Океаническое ложе — наиболее обширная часть океана. На глубинах 3—5 тыс. м находится около 75 % площади океанов. Уклон дна составляет менее 1°. На мелкомасштабной карте рельеф дна океанов представляет собой пересеченную поверхность с перемежающимися впадинами (с глубинами от 6 до 11 тыс. м), горными хребтами, обширными плоскогорьями и гирляндами отдельных гор, поднимающихся над поверхностью воды в виде островов. Практически вся поверхность океанического ложа покрыта рыхлыми осадочными отложениями.