Акцессорные минералы содержащиеся в песчаных отложениях

Помимо таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда, пески содержат примеси других минералов, среди которых некоторые образовались в самом песке (аутигенные), а другие являются обломочными.
Глауконит. Глауконит особенно широко распространен в морских песчаниках всех возрастов и изредка встречается в современных осадках в таких количествах, что придает свежей породе зеленый оттенок. Нижнемеловые зеленые пески юго-восточной Англии, которые представляют собой в основном сублитарениты, весьма характерны (рис. 6.23). В выветрелых обнажениях этих пород их зеленый оттенок затушевывается буро-красной окраской, обусловленной частичным разложением глауконита, хотя не повсеместно, так как даже в наиболее глубоко выветрелых разрезах все еще сохраняются свежие зерна глауконита. Выветривание ведет к постепенной потере калия и образованию монтмориллонита или вермикулита. Железо при этом высвобождается, так что глауконитовые зерна, по-видимому, разрушаются с образованием лимонита.
Глауконит относится к группе зеленых минералов, представляющих собой калиевые железистые силикаты. Собственно глауконит — это высокожелезистый глинистый минерал с хорошо упорядоченной богатой калием решеткой слюдяного типа, содержащей менее 10% разбухающих слоев. Неупорядоченная неразбухающая решетка слюдяного типа и неупорядоченная разбухающая решетка монтмориллонита характерны для малокалиевых «глауконитов», тогда как другие «глаукониты» представляют собой смесь двух или более глинистых минералов. В разбухающих разновидностях расширяющиеся слои могут составлять более 50 %.

Хотя большинство глауконитов образуется в морских щелочных условиях (pH 7—8), в настоящее время получены данные, говорящие об осаждении этих минералов в слабощелочных водах пресных озер и других континентальных обстановок.
Зеленые пески в современных океанах формируются близ границы континентального шельфа, хотя после образования глауконит может быть перенесен как в более глубоководные, так и мелководные области. Главные скопления этих песков приурочены к теплым водам (15—20°С) южного и восточного побережий Африки, причем особенно широко они развиты на банке Агульяс; вдоль южного и западного берегов Австралии; у западного побережья Португалии; у Калифорнийского побережья и вдоль границы континентального шельфа у восточного побережья Северной Америки между мысом Гаттерас и Багамскими банками. Поверхности Калифорнийских банок между глубинами 40 и 500 м особенно богаты глауконитом, содержание которого в осадках достигает 20%. Воды в этих местах относительно спокойны и насыщены кислородом, хотя процессы глауконитизации протекают, вероятно, и в слабо восстановительных условиях (Eh от 0 до 200 мВ) в верхней части осадков до глубины несколько сантиметров. Образованию глауконита способствует наличие разлагающегося органического вещества.
Иногда глауконит заполняет камеры фораминифер. Материал раковин не принимает участия в химических реакциях при глауконитообразовании. а обеспечивает замкнутые пространства, в которых идут специфические реакции.
Глауконит по некоторым данным мог образоваться за счет глинистых минералов, особенно в том случае, когда эти минералы имеют деградированную силикатную слоистую решетку. Kaлий и железо, по-видимому, постепенно адсорбируются решеткой, имеющей, вероятно, низкий заряд, что в итоге дает глауконит.
Предполагают также, что глауконит образуется в результате разложения таких минералов, как амфиболы, пироксены, полевые шпаты и биотит. Однако некоторые данные говорят о том, что здесь идет не столько разложение минералов, сколько замещение их глауконитом.
Глауконитовые пески в больших количествах встречаются в разных частях геологического разреза. Они часто связаны с перерывами в осадконакоплении и морскими трансгрессиями. В нижне- и среднекембрийские отложения Уэльского бордерленда входят пласты зеленых песков; близкие породы того же возраста обнаружены и в других местах, например в Скандинавии. Глауконитовые известняки широко распространены в нижнеордовикских толщах, например в Прибалтийских странах и в Северной Америке. В большинстве этих нижнепалеозойских отложений глауконит встречается в основном в виде окатанных или угловатых зерен. В некоторых таких породах можно видеть признаки очень мелководного осадконакопления. Зеленые пески широко развиты в нижнемеловых отложениях Европы и Северной Америки, причем глауконит обычно присутствует в виде округлых или гроздьевидных зерен. В гольтских и верхнемеловых отложениях Западной Европы глауконит присутствует в породах в переменных количествах, обычно в виде выполнений внутренних полостей спикул, губок или фораминифер. Несколько горизонтов в толще мела характеризуются присутствием модулей с зелеными оболочками, импрегнированными с поверхности глауконитом. Зеленые пески и зеленые глины также широко развиты в нескольких эоценовых формациях Великобритании, например в слоях Брэклесхем в Хемпширском бассейне.
Как в древних, так и в современных глауконитовых осадках обычно присутствуют фосфатные пеллеты и гальки, и это позволяет предполагать, что в период отложения глауконитовых осадков обломочного материала поступало немного.
Тяжелые минералы. Акцессорные компоненты обычно рассеяны по всей породе, но все же их можно выделить для изучения. Обычно эти минералы имеют большие удельные веса, чем у кварца, и выделяются путем осаждения в соответствующих тяжелых жидкостях, в которых кварц и полевой шпат всплывают. Осевший концентрат называется тяжелой фракцией.
Твердые и устойчивые минералы, образующиеся при региональном метаморфизме, такие, как гранат, кианит и ставролит, представляют собой обычные акцессорные минералы осадочных пород так же, как и некоторые минералы, образующиеся при пневмотолитовых процессах, например турмалин и топаз. Широко распространены в осадочных породах и акцессорные минералы гранитов: циркон, сфен и монацит. Минералы, образующиеся при термальном метаморфизме, по-видимому, менее устойчивы в виде обломочных зерен, чем минералы, образующиеся при региональных процессах термодинамического метаморфизма, поэтому андалузит, силлиманит и кордиерит встречаются редко. Обычны обломочные минералы. Рутил, апатит и ильменит относятся к обычным минералам осадков, корунд, анатаз, брукит, хлоритоид, а также шпинели, пироксены и роговые обманки встречаются реже.
Когда эти минералы высвобождаются из кристаллических пород, то обычно они относительно мало истерты, в них сохраняются плоскости спайности, и обломки угловатые, часты более или менее совершенные кристаллы. Если эти минералы вовлекаются во второй седиментационный цикл, то их соотношения обычно изменяются, даже если к осадку не добавлялось никакого нового материала. Неустойчивые минералы истираются или замещаются новыми минералами. Такие минералы, как оливин, гиперстен, авгит и бурая роговая обманка, особенно легко подвергаются изменениям в условиях осадкообразования, и они вряд ли могут выдержать более одного седиментационного цикла. С другой стороны, твердые и устойчивые минералы, такие, как циркон, турмалин и рутил, почти не разрушаются и переходят из одного осадка в другой на протяжении многих седиментационных циклов. Такие зерна со временем становятся сглаженными и истертыми, но не очень скоро, так что хорошо округленные зерна, встречающиеся в некоторых осадочных породах, указывают на то, что рассматриваемые минералы существовали в виде обломочных зерен очень длительное геологическое время. Преобладание циркона, турмалина и рутила в тяжелой фракции какого-либо песка почти несомненно указывает на их происхождение из ранее существовавших песчаных пород, особенно в тех случаях, если на зернах этих минералов заметны следы абразии.
Так как акцессорные минералы песка в основном унаследованы из тех материнских кристаллических пород, из которых образовался весь осадок, а характер ассоциации этих минералов зависит от истории осадка, то многое об этой истории можно узнать на основании тщательного изучения акцессорных минералов. Особенно важно то, что с помощью акцессорных минералов обычно можно выявить источник осадочного материала либо путем непосредственной идентификации некоторых специфических черт комплексов пород, либо путем последовательного исключения районов распространения пород, которые не могли быть источником обнаруженных ассоциаций. С помощью такого метода можно получить сведения, которые будут полезны при реконструкции палеогеографии районов, снабжавших осадочным материалом бассейн осадконакопления. Следует учитывать известную произвольность во всех заключениях, основанных на сортировке тяжелых минералов по размеру и удельному весу в течение их транспортировки. Кроме того, постседиментационные процессы могут изменить состав тяжелых минералов в результате процессов растворения и выветривания.
Работы по изучению нового красного песчаника (пермо-триас) на западе Англии показывают важность учета акцессорных минералов для выявления областей сноса песчаных осадков. Было обнаружено, что эти отложения содержат большой и изменчивый комплекс тяжелых минералов, и были выделены две ассоциации, одна из которых происходит из района развития гранитных интрузий, а другая — из района развития регионально метаморфизованных пород. Синий турмалин, топаз, гранат, касситерит, флюорит, рутил и брукит, видимо, происходят из контактово-метаморфизованных и пневматолитовых пород и малых интрузий, ассоциирующих с гранитными массивами Девона и Корнуэлла. С другой стороны, минералы, образующиеся при региональном метаморфизме, в частности ставролит и кианит, не могли быть принесены из этого же района, а их ближайшим источником служили метаморфические породы Бретани. Таким образом, можно заключить, что пески и галечники, отложенные бурными потоками, сносились в этот пермо-триасовый пустынный бассейн с массива метаморфических пород, лежащего южнее, а также из района гранитных интрузий, расположенного западнее.
Комплекс тяжелых минералов в этих песках длительно существовавшего бассейна осадконакопления обычно варьирует не только в пределах каждого слоя по его простиранию, но и по вертикальному разрезу от одной формации к другой. Если изменения минерального состава в разрезе небольшие по простиранию, то по комплексу тяжелых минералов можно коррелировать отложения в пределах ограниченных участков. Этот метод очень важен для выделения горизонтов в мощных немых толщах песков, встречающихся на некоторых нефтяных месторождениях, и позволяет проводить корреляцию разрезов, вскрытых различными скважинами. Корреляция отложений таким способом не всегда возможна, но даже в тех случаях, если она осуществима, следует соблюдать большую осторожность в интерпретации полученных данных.
Причин колебаний состава комплекса тяжелых минералов по простиранию в песчаных отложениях может быть несколько. Во-первых, осадочные материалы из различных источников могут быть привнесены независимо в бассейн осадконакопления, например, реками, ледниками или в результате эрозии берега с перемещением в литоральной зоне или без него. Даже в бассейнах, в которые осадочный материал поступает из единой дренажной системы, акцессорные минералы, как правило, распределены неравномерно, так как одни минералы хуже поддаются переносу, чем другие, и поэтому обычно концентрируются близ источника сноса. Выявляемые различия между содержаниями тяжелых минералов в одновременно отложенных песках в бассейнах, находившихся в непосредственной близости, иногда оказываются весьма большими. Например, в среднеюрских морских песках английского Мидленда присутствуют гранат, ставролит, кианит, глаукофан, хлорит, хлоритоид и топаз, и эти осадки, очевидно, приносились реками, дренировавшими район развития метаморфических пород. Далее к северу в йоркшире в среднеюрских песках содержатся очень большие количества титановых минералов: рутила, ильменита, анатаза, местами брукита, а из других минералов — циркон и турмалин, часто в виде округленных зерен. Характер этого комплекса свидетельствует об образовании этих осадков за счет более древних осадочных пород, а не за счет метаморфических или изверженных пород.
Вариации в содержании и составе комплексов тяжелых минералов в серии последовательных песчаных формаций могут быть обусловлены изменениями направления литорального дрифта, привносом осадочного материала другой дренажной системой или такими изменениями в существовавшей дренажной системе, как выход на поверхность глубоко залегавших пород по мере их эрозии.
Изменения такого типа ярко проявлены в верхнепалеозойских отложениях Великобритании. В самых ранних каменноугольных дельтовых песчаниках восточной части Шотландии присутствует комплекс полуокругленных зерен тяжелых минералов (циркона, топаза, рутила, турмалина, анатаза и монацита), предположительно указывающий на происхождение этих осадков за счет более древних отложений. Эти отложения, вероятно, имели нижнепалеозойский или докембрийский возраст и покрывали сложное ядро метаморфизованных пород, которое было вскрыто при более глубокой эрозии в позднекаменноугольное время. Такое заключение основано на присутствии более изменчивого комплекса тяжелых минералов (граната, магнетита, ильменита, циркона, топаза, рутила, ксенотима, монацита, турмалина и брукита) в более поздних и шире распространенных дельтовых песчаниках. В этих же отложениях присутствуют разнообразные гальки метаморфических и изверженных пород. Источником материала для дельтовых осадков в основном служил участок суши, расположенный севернее и северо-восточнее долины Мидленд в Шотландии.
Пляжные россыпи. Скопления темного песка в верхних частях пляжей — характерная особенность песчаных берегов. Такие пляжные пески сложены зернами тяжелых минералов с большой удельной массой, сконцентрированных волнами из обычных пляжных песков, в которых они первоначально присутствовали в виде акцессорных минералов. Состав этих песков в разных местах разный; на северо-западе Шотландии, например, темные голубовато-черные пески представляют собой ильменитовые концентраты. Бурые пески восточного побережья Йоркшира сложены в значительной мере частично окисленными зернами сидерита, смешанными со слабо окатанными зернами оолитового лимонита и разнообразными минералами, происходящими из валунных глин. Далее к югу, например на восточном побережье Англии близ Хунстантона, эти лимонитовые оолиты, происходящие из меловых и, возможно, других железняков, слагают очень интересные россыпи темно-бурых хорошо окатанных зерен.
В разных частях мира развиты россыпи, которые иногда содержат большие скопления редких минералов, представляющие практический интерес. Пляжные россыпи ильменита, рутила и циркона во Флориде разрабатывались как прекрасное сырье на цирконий и титан. Практическую ценность имеют монацитовые пески, так как они служат источником редких земель, особенно тория. Монацит — весьма рассеянный акцессорный компонент гранитных пород, но в некоторых районах, в частности в Бразилии и на юге Индии, он накопился в больших количествах в морских прибрежных песках, где он был сконцентрирован волновым прибоем наряду с гранатом, цирконом, ильменитом, магнетитом и другими тяжелыми и устойчивыми минералами.
Всюду по берегам Тихого океана и в руслах некоторых впадающих в него рек широко развиты крупные залежи «черных песков», представляющих определенный практический интерес. Эти пляжные россыпи сложены в основном магнетитом, ильменитом и другими тяжелыми и устойчивыми минералами, однако они представляют ценность в основном благодаря промышленным содержаниям в них золота, а иногда — платины и алмаза. Такие россыпи широко развиты на побережьях Аляски, штатов Айдахо, Вашингтон, Орегон и Калифорния и Новой Зеландии; во всех этих местах пески дают большой выход золота.
Речные россыпи. Аллювиальные, или речные, россыпи, содержащие ценные акцессорные минералы, имеют большое практическое значение во многих районах мира. Аллювиальные пески и галечники, накапливающиеся в долинах рек и в озерах, в которые они были снесены текучими водами, одно время служили главным источником мировой добычи золота. Золото концентрируется в крупных галечниках и среди валунов в основании россыпей, причем большинство промышленных скоплений золота находилось на поверхности коренных пород («на плотике»). Если ложе — плотик — сложено крутопадающими кристаллическими или глинистыми сланцами, то выступающие края слоев этих пород действовали наподобие естественных гребней или баров, захватывали и удерживали частицы золота. Аккумуляция золота возможна также на таком плотике, который известен как «ложный плотик» и сложен пластами глины или песка, сцементированного железистыми минералами, и чередующимися с ними пластами галечника.
Россыпное золото обычно ассоциируется с тяжелым черным песком, состоящим из магнетита, ильменита и гематита наряду с хромитом, гранатом, цирконом, шпинелью и другими тяжелыми устойчивыми минералами; ясно, что конкретная ассоциация минералов определяется характером материнских пород. Особенности золотинок весьма изменчивы; они могут встречаться в виде плоских чешуек, в виде округлых частиц, в виде зерен неправильной формы и самородков с признаками сильного истирания. Встречаются также кристаллы золота. Частицы россыпного золота варьируют по размеру от тончайших пылинок до самородков весом в несколько килограммов; в крупных самородках золото концентрировалось путем аккреции в галечниках после их отложения.
Некоторые из самых богатых галечниковых россыпей образуются при вторичной механической концентрации или перемыве более древних золотоносных галечников, которые в настоящее время обнаружены в террасах, возвышающихся на десятки метров выше современных речных русел, как это имеет место в Калифорнии.
Россыпные месторождения встречаются в речных системах всех районов мира, но наибольшее количество золота было добыто из современных и плейстоценовых галечников Калифорнии, Аляски, Австралии и Сибири. Более древние галечники часто глубоко погребены под мощной толщей («вскрышей») глин, почвы, торфа и мха, которые иногда находятся в зоне вечной мерзлоты, как, например, в тундрах Сибири и Аляски. В Калифорнии и Австралии галечники древних речных систем часто погребены под более поздними потоками лав и поэтому называются «погребенными залежами».
Платиновые россыпи на реке Исс и других реках, дренирующих восточные склоны Урала в России, заслуживают специального упоминания. В этих месторождениях платина ассоциируется с хромитом и магнетитом; источник этих минералов связывается с интрузивными перидотитами. Платина встречается также вместе с золотом в аллювиальных галечниках Калифорнии, Британской Колумбии (Канада), Бразилии, Колумбии и острова Калимантан.
Значительная часть оловянных руд в мире приурочена к аллювиальным и другим осадкам. Касситерит SnO2 — единственный рудный минерал олова — очень твердый тяжелый и очень устойчивый к выветриванию минерал, поэтому он концентрируется во всех осадочных горных породах, образовавшихся за счет оловоносных гранитов или за счет ассоциирующихся с ними пневматолитовых и метаморфических пород, в которых касситерит представлен как первичный минерал. Касситерит может встречаться в промышленных количествах в элювиальных залежах, образующихся при выветривании оловоносных пород, но чаще он переносится на некоторое расстояние от его источника. Как и в случае золотоносных россыпей, касситеритовые россыпи обычно приурочены к основанию галечников и залегают на подстилающих породах или твердом плотике.
Добыча олова в юго-западной Англии, которая началась почти в доисторическое время, практически полностью была сосредоточена на аллювиальных россыпях. Много аллювиального олова было добыто в Нигерии и восточной Австралии.
Практическое значение имеют также галечниковые и песчаные россыпи драгоценных камней, в которых наряду с другими драгоценными камнями встречается алмаз. Способ образования этих россыпей такой же, как в случаях золотоносных галечников, различия обусловлены особенностями материнских пород, дающих минералы, характерные для россыпей.
Алмазоносные россыпи, в которых алмазы присутствуют в промышленных количествах, редки. Наиболее известны алмазные россыпи реки Вааль в Южной Африке. Алмазы встречаются в элювиальных и аллювиальных россыпях, образовавшихся за счет лав и каменноугольных конгломератов Двейка.

---