Геологический контроль металлоносности

Имеющиеся исследования и разработки касаются в основном урана и германия. Сведения об остальных элементах-примесях носят отрывочный характер. Сложность вопроса обусловлена также длительной закрытостью информации о редких металлах вообще и о присутствии их в углях в частности. Доступные публикации больше касаются геохимических и генетических аспектов и выглядят заметно скромнее при описании конкретных проявлений рудной минерализации и тем более месторождений.
При сравнительной оценке многих характеристик углей и условий их распространения в разнотипных бассейнах геологи-угольщики обычно анализируют геотектонические и палеогеографические обстановки, режим движений, возраст и условия залегания углей, их метаморфизм и др. Все это в той или иной мере отражается в понятиях генетического или геолого-промышленного типа бассейна. Существующие классификации угольных бассейнов как прежние (например, Г.А. Иванова, Г.Ф. Крашенинникова, Н.О. Погребнова), так и новые, построенные на геодинамической основе (классификация А.С. Тараканова), в целом указывают на различия типов бассейнов между собой и на известную близость их признаков в пределах каждого таксона.
В этом отношении металлоносность как одна из характеристик угольных бассейнов и месторождений также должна меняться в зависимости от их принадлежности к тому или иному типу. При этом более тесные корреляции следует ожидать с режимами и интенсивностью тектонических движений, палеогеографическими условиями в области размыва и в бассейне седиментации, условиями залегания и нарушенностью угольных пластов и вмещающих пород, степенью метаморфизма углей. Такие корреляции в ряде случаев действительно наблюдаются и учитываются, в частности при составлении карт металлоносности угольных бассейнов на территории России.
Между тем в данном случае традиционный подход недостаточен, поскольку сказывается влияние почти независимого от генетического типа бассейна фактора: уровня содержания элементов в области размыва и ее металлогенической специализации. О значении геохимических особенностей элементов, тонких различий в условиях их миграции и механизмах накопления говорилось выше. Конкретная картина металлоносности бассейна является суммарным результатом проявления и взаимосочетания всех названных условий. В общем с повышением степени концентрации металлов наблюдается сокращение числа бассейнов и месторождений, диапазона их типов, набора элементов, размеров зон и участков оруденения. Рассмотрим геологические условия металлоносности на двух уровнях концентрации: 1) кларковом и надкларковом; 2) высоком и аномально высоком (рудном).
Кларковые и надкларковые концентрации. Характерны наиболее полные наборы элементов, которые встречаются в углях почти каждого угольного бассейна, любого генетического типа и возраста, бурых и каменных. Различия определяются главным образом положением угольного бассейна или месторождения в конкретной металлогетической провинции, концентрацией местного геохимического фона.
В общих рамках сходства характеристик металлоносности на рассматриваемом уровне прослеживается тенденция некоторого увеличения среднего содержания элементов в углях бассейнов и месторождений, формирование которых связано с различными вариантами относительно более подвижных режимов движений в сочетании с условиями благоприятной металлогенической позиции. В качестве примера изменения содержания элементов в пределах крупных регионов могут служить данные о распределении целой серии металлов в углях Дальнего Востока.
Ряд характерных закономерностей выявлен в распределении элементов по разрезу и по площади угольных пластов в пределах отдельных бассейнов и месторождений. Угольный пласт, будучи слоистым образованием, представлен чередованием или только угольных слоев разного состава и зольности (простое строение), или слоев углей, углистых и безугольных пород (сложное строение). При этом каждый угольный слой отражает тс или иные особенности формирования предшествующего торфяника со свойственными ему условиями водно-минерального питания, активностью водного режима, характеристикой среды, типом растительности и степенью разложения биомассы. Поэтому естественно, что и содержания элементов не остаются постоянными в разрезе пласта, а меняются от слоя к слою, что и фиксируется при детальном опробовании. На общем фоне послойных изменений для ряда элементов, и прежде всего германия, наблюдается сравнительно более высокое содержание его в приконтурных зонах: прикровельных, припочвенных и с внутрипластовыми породными прослоями (рис. III.10).

Эффект приконтурного обогащения трактуется по-разному. Его связывают с барьерной ролью контактных зон, небольшой скоростью роста торфяника в начальный и конечный этапы его формирования (увеличение длительности накопления элементов), рассматривают как частный случай послойных изменений содержания элементов. В случае высоких и особенно аномально высоких концентраций явления приконтурного обогащения теряют четкую выраженность. Такие концентрации прослеживаются на всю мощность либо на ту или иную часть разреза угольных пластов (рис. III.10).
Неоднородность морфологического облика угольного пласта на площади (зоны слитного, расслоенного, расщепленного строения разреза, различные типы размывов, тектоническая нарушенность), изменение петрографического состава углей и их зольности также связаны с соответствующей неоднородностью прежде всего условий формирования предшествующего торфяника и, следовательно, должны отражаться на характере и степени распространения редких металлов. Здесь, как и в разрезе, наблюдаются колебания их концентрации. Однако систематических данных, к сожалению, мало. Обратим внимание на результаты изучения нескольких угольных пластов Восточного Донбасса, свидетельствующие о повышении (в 5—10 раз) концентраций Ge, Be, Sc, Pb, Sn, Cr, V, Ga, Ni, Ti, Mo, I, Cu, Zr, Yb, Co, Ag, Zn на участках пластов, отвечающих торфяникам низинного типа, по сравнению с соседними зонами пластов, связанными с верховыми торфяниками. При этом возрастают концентрации в углях серы (и их зольность), в золе CaO, степень разложения витринитовой основной массы (рис. III. 11).

Высокие и аномально высокие концентрации. Относятся к категории редких и встречаются в отдельных типах угольных бассейнов и месторождений, приуроченных к определенным металлогеническим провинциям. По уровню содержания ряда элементов (германий, уран) это могут быть уже собственно промышленные рудные концентрации, и поэтому такие проявления относят к редкометально-угольным месторождениям. Для подобных месторождений также характерны широкие наборы элементов, однако высокие концентрации свойственны обычно ограниченному числу их. Среди них один — чаще главный, остальные — сопутствующие.
Высокие и тем более аномально высокие концентрации предполагают существование на отдельных участках месторождений и угольных пластов экстремальной ситуации повышенного привноса того или иного элемента в углеобразующий торфяник или сформировавшийся угольный пласт. Это обстоятельство реализуется различными вариантами сочетания благоприятных геологических условий, среди которых назовем еще раз: непосредственную близость источника и высокий уровень его фоновых содержаний металлов, длительный перерыв перед началом торфонакопления, развитие коры выветривания в породах фундамента и обрамляющей территории, проявление в регионе вулканической деятельности, длительность накопления металлов. Здесь же надо подчеркнуть значение типа угленосного прогиба, режима и условий его формирования, степени нарушенности залегания углей и пород, развитие зон окисления и др.
Естественно для каждого элемента (или группы элементов) геологические критерии локализации месторождений неодинаковы и могут различаться, особенно в конкретных деталях. В отношении германия, например, к числу наиболее перспективных относятся:
а) германий-угольные месторождения в районах развития эндогенных рудных узлов с относительно повышенным содержанием германия. Связаны с межгорными впадинами окраинных частей молодых платформ, с выходом фундамента на поверхность, развитой корой выветривания. Угли, как правило, бурые, их возраст мезозойско-кайнозойский. Форма рудных тел линзовидная, не связанная с фациальными особенностями углей. Оруденение возникает чаше на стадиях син- и эпигенеза, реже катагенеза. Сопутствующими элементами могут быть молибден, свинец, цинк, медь, ванадий, бериллий, вольфрам;
б) германий-угольные месторождения, связанные с вулканизмом. Приурочены к самостоятельным наложенным впадинам или краевым частям угольных бассейнов в областях тектоно-магматической активизации с проявлением вулканической деятельности (андезито-базальтоидный тип). Месторождения также большей частью буроугольные, мезозойско-кайнозойские. Рудные тела небольших размеров, форма линзовидная и неправильная в виде языков и пятен. В разрезах месторождений наблюдаются прослои вулканогенных пород, примесь вулканического материала в терригенных осадках, признаки преобразования пород (окремнение, карбонатизация). Оруденение связано большей частью с углями, но может распространиться и во вмещающих, чаще углистых породах (рис. III.12).

Преобладают сингенетичные гидротермально-осадочные руды, есть примеры проявления эпигенетического оруденения, а также месторождений полистадийного типа. Среди сопутствующих элементов отмечаются вольфрам, бериллий, уран, медь, бор, стронций, литий, тантал, ниобий, ртуть. К такому типу относится, например, Новиково-Майхинское месторождение на Сахалине. Многие конкретные особенности этих месторождений описаны в работах Ю.П. Костина с соавторами. Некоторые из таких особенностей показаны на рис. III.13. Обратим внимание на концентрический характер распространения германия на площади ряда месторождений, сходный с аналогичной картиной для упоминавшегося выше торфяника на востоке Камчатки.
Для двух названных типов германий-угольных месторождений различия касаются в основном источника и способов привноса материала. Их признаки во многом совпадают. В частности, укажем на преобладающую роль бурых и реже ранних каменных углей, на мезозойско-кайнозойский возраст, на форму и размеры рудных тел. Характерна преимущественная связь этих месторождений с межгорными и предгорными впадинами типа грабенов и грабен-синклиналей в зонах активизации.

В роли основных типов угольных бассейнов с аномально высокими рудными концентрациями элементов В. Р. Клер называет бассейны и месторождения срединных массивов геосинклинальных областей, а также молодых платформ. При этом в качестве примеров им названы: в первом случае Буреинский бассейн, во втором — месторождения Забайкалья. Воспользовавшись этими конкретными примерами, отметим, что, по Г.Ф. Крашенинникову, это соответственно внутренние прогибы геосинклинальных областей и прогибы молодых подвижных платформ, по
Н.О. Погребнову — наложенные прогибы орогенных зон и впадины окраинных областей платформ. В геодинамической классификации А.С. Тараканова — это варианты прогибов рифтогенного и частично орогенного типов. Наиболее характерными регионами распространения такого рода месторождений на территории России являются Забайкалье, Хабаровский край, Приморье, Северо-Восток.
Признаки уран-угольных месторождений во многом сходны с приведенными выше характеристиками, хотя естественно есть и различия. Как правило, это также месторождения бурых и слабометаморфизованных каменных углей мезозойско-кайнозойского возраста. Близок и набор сопутствующих элементов: молибден, бериллий, германий, цинк, свинец, реже мышьяк, вольфрам, олово. Аналогична в общих чертах природа оруденений. Здесь выделяют месторождения седиментационные (связанные с торфяниками), диагенстические, эпигенетические (инфильтрационные), гипергенные и полистадийные. Рудные концентрации чаше связаны с зольными углями и углистыми породами.
В известной мере сходны и геологические позиции сравниваемых месторождений. Для урана во многих случаях также характерны области активизации движений. Месторождения приурочены к отдельным тектоническим впадинам или краевым частям угольных бассейнов внутриконтинентального типа в непосредственной близости от областей размыва с повышенным фоном содержаний урана и развитой корой выветривания по гранитоидам. Палеогеографически — это, как правило, межгорные и предгорные депрессии.
Заметим, что собственно уран-угольные месторождения в подобного рода обстановках входят в целое семейство близких и нередко сопряженных во времени и на площади урановых оруденений, связанных с углерод-содержащими сероцветными обломочными отложениями пролювиально-аллювиальных (в том числе, русловых), дельтовых, озерных и озерноболотных фаций. В отличие от германий-угольных, месторождения ураноносных углей не относятся в условиях России к категории главных источников получения этого элемента и в целом уступают другим месторождениям урана, связанным с указанными обломочными, а также битуминозными отложениями, древними комплексами осадочно-метаморфических пород.