Морские железняки

К морским железистым отложениям относятся фанерозойские шамозитовые руды типа «минетте», лимонитовые и сидеритовые железняки, гематитовые руды и докембрийские сидеритовые, гематитовые и гриналитовые железистые формации. Фанерозойские руды обычно имеют оолитовое строение и содержат переменные количества других аллохем и матрикса. Номенклатура руд основана на описании оолитов и аллохем независимо от матрикса (рис. 11.2). Например, оолитовая порода, в которой шамозитовые оолиты включены в матрикс из лимонита и сидерита, называется лимонит-сидерит-шамозитовым оолититом. Ракушняковый кальцит-гематитовый оолитит — это железняк, сложенный обломками ракушек и гематитовыми оолитами, сцементированными кальцитом, и так далее. Если оолитов нет или очень мало, то применяется общий термин «алевролит» с добавлением соответствующего определения: сидеритовый или шамозитовый, например сидеритовый алевролит. Алевролиты сложены частицами алевритового и глинистого размера, причем первые преобладают. В известняках нередко видно частичное замещение кальцита сидеритом, и в этих случаях используется термин «сидеритовый известняк». Лейасовые железняки Маристон в центральной Англии представляют собой сидерит-шамозитовые известняки.

Минеттовые руды. Эти руды встречаются в виде пластов мощностью до 10 м в морских осадках общей мощностью около 60 м, содержащих окаменелости и переработанных организмами. Участки аккумуляции этих руд редко простираются более чем на 160 км. Такие руды известны в юрских отложениях северо-западной Европы.
Петрология этих руд по своей сложности сравнима с петрологией известняков. Шамозит (богатый железом хлорит) обычно присутствует в виде оолитов, тонких оболочек на известковистых обломках и в виде матрикса. Полагают, что шамозит представляет собой химический осадок, образующийся в верхних слоях морских накоплений.
До недавнего времени считалось, что шамозит не характерен для современных морских отложений, однако сейчас стало известно, что он широко распространен на глубинах до 150 м в районах теплых течений в полосе между параллелями 10° северной и южной широт. Шамозит был обнаружен в дельтовых отложениях дальнего прибрежья Ориноко и Нигера и в Малаккском проливе, где он встречается в виде пеллет, заполняет пустоты от скелетных остатков и замещает обломки кальцитовых раковин. Известны случаи замещения хлорита и биотита шамозитом, а сами зерна шамозита по периферии обычно переходят в лимонит. Лимонитизация, вероятно, происходит вследствие окисления шамозитовых зерен во время их переотложения.
В оолитах пресноводных руд иногда видны чередующиеся зоны шамозита и лимонита, что заставляет предполагать чередование восстановительных и окислительных условий (рис. 11.3). Шамозит также легко превращается в лимонит при субаэральном выветривании. В кливлендских железняках (средний лейас) северо-восточной Англии оолиты часто имеют белый цвет в результате разложения шамозита на смесь тонкодисперсного опала и каолинита. В некоторых случаях оолиты почти полностью замещены каолинитом с потерей внутреннего концентрического строения.

Широко развиты процессы диагенетического замещения шамозита аутигенным пиритом и магнетитом, хотя они не вполне понятны. Пирит, вероятно, образуется на ранней стадии диагенеза в восстановительной слабокислой среде, превалирующей в верхних слоях осадка мощностью несколько сантиметров. Для образования магнетита, возможно, требуются щелочные условия.
Данные по первичному химическому осаждению сидерита неоднозначны, несмотря на то что многие пресноводные железняки сложены почти нацело мелкими ромбоэдрическими кристаллами этого минерала. Первичные сидеритовые оолиты неизвестны. Пропластки в кливлендских железняках включают шамозитовые оолиты с оболочкой из сидеритовых ромбов, которые замещают оолиты и секут их первичные текстуры; в некоторых образцах не наблюдается даже признаков первоначального шамозита. В нортгемптонских песчаниковых железняках (средняя юра) центральной Англии присутствуют шамозитовые оолиты, которые подверглись частичной сидеритизации до их окончательной цементации, и оолиты, сидеритизированные уже после цементации руд. Кальцитовые оолиты и ракушняковый дебрис и даже обломочные зерна кварца и полевого шпата также полностью замещаются сидеритом.
В общем эти данные заставляют предполагать, что если не большинство руд, то многие минеттовые руды представляют собой продукты химического осаждения шамозита и лимонита на поверхности осадка или близ нее и одновременного или почти одновременного осаждения диагенетического сидерита на несколько метров ниже поверхности осадка. Временами размывающая сила донных течений была достаточно большой для того, чтобы сидеритизированные фрагменты осадка высвобождались и могли накапливаться в новых участках в виде осадков, иногда с косослоистой текстурой. В условиях накопления в турбулентных водах сидеритизированные фрагменты цементируются иногда крупнокристаллическим шпатовым кальцитом; часть этого кальцита, вероятно, является новообразованной. При выветривании кальцит перераспределяется.
Осадочные гематитовые руды. Эти руды можно рассматривать как особые разновидности минеттовых руд, в которых гематит — главный минерал железа в шамозит-сидерит-пиритовой ассоциации. Гематитовые железняки обычно богаты остатками морской фауны и, видимо, отлагались в мелководных условиях. Такие руды известны в палеозойских толщах; вероятно, возраст является одним из контролирующих факторов, так как глубокое захоронение и умеренный метаморфизм могли привести к превращению первичного сидерита и лимонита в гематит.
Железняки Вабана (ордовик) Ньюфаундленда сложены преимущественно сидерит-гематит-шамозитовыми оолититами. Оолиты сложены концентрическими слоями шамозита и гематита, что заставляет предполагать чередование восстановительных и окислительных условий. Ядра оолитов часто представлены обломочным кварцем, а рудные тела в целом можно рассматривать как песчаники; известняки отсутствуют. С рудами переслаиваются в основном песчаники с шамозитовым цементом.
Напротив, силурийские клинтонские железняки восточной части США и некоторые нижнекаменноугольные руды Великобритании, по существу, представляют собой морские известняки, в которых различные компоненты были замещены диагенетическим гематитом (рис. 11.4). Клинтонские руды — это в основном оолитовые и ракушняковые известняки, в которых оолиты и обломки раковин в той или иной степени замещены гематитом. Облик руд позволяет думать, что импрегнация железом происходила одновременно с осадконакоплением. Частицы, замещенные гематитом, включены в чистый шпатовый кальцит и доломит, а переотложенные гематитизированные фрагменты присутствуют в неразмывавшихся осадках, залегающих непосредственно над рудами. Однако пока неясно, как осаждалось железо — в виде гематита или в форме другого железистого минерала.

Железорудные формации (железистые кварциты). Железистые кварциты слагают мощные толщи (30—800 м), прослеживающиеся на многие сотни километров. Это в основном докембрийские отложения, как, например, формация Бивабик в районе Верхнего озера, возраст которой около 2000 миллионов лет. Железистые кварциты известны и среди более молодых морских толщ в Бразилии, Непале, Северной Америке и Европе. Считается, что все они морского происхождения.
В железистых кварцитах видна косая слоистость, знаки ряби, врезания и заполнения, трещины усыхания и внутриформационные брекчии, типичны также тонкослоистые и полосчатые текстуры — все это признаки отложения в мелководных условиях. Обычно это чередующиеся слои мощностью до 2 см чистого кварцита и кварцита, обогащенного магнетитом, сидеритом, пиритом или гриналитом (светло-зеленый силикат закисного железа). Полосчатость плохо выражена в пластах, содержащих оолиты и пизолиты. Оолиты сложены железистыми и кремнистыми зонами, а пизолиты — это незональные агрегаты кварца и гриналита или других минералов железа.
Большинство железистых кварцитов относится к докембрию. Как правило, они претерпели диагенетические и метаморфические преобразования, так что их современный минеральный состав только отражает минеральный состав первичного осадка. Окислы и силикаты железа обычно замещаются сидеритом, который в свою очередь замещается пиритом. Гематитовые оолиты замещаются магнетитом, а магнетитовые оолиты гематитом. Гриналит преобразуется в талькоподобный железистый силикат миннесотаит. Высказывалось даже маловероятное предположение, что все железистые прослои в кварцитах первоначально отложились в виде сидерита.
Существует мнение, что кремнистые породы имеют вторичное происхождение, т. е. образовались в результате изменения перемежающихся слоев глинистого сланца или кварцевого песка, хотя обломочные частицы в этих породах сейчас не встречаются. Во многих более молодых минеттовых рудах видны чередующиеся прослои, богатые кварцем и богатые железистыми минералами, которые при метаморфизме могли бы дать породы, близкие к полосчатым железистым кварцитам. Примечательно также структурное сходство между железистыми кварцитами и мелководными известковистыми отложениями.
Кроме признаков вторичного образования этих руд имеются данные, подтверждающие непосредственное химическое осаждение кремнезема и железа. Предполагается в этом случае, что состав слоев очень близок к составу первоначального осадка. Если это так, то полосчатость, возможно, отражает критические ситуации в химической эволюции вод, когда мелкие защищенные участки водоема становились насыщенными кремнеземом. В периоды интенсивного испарения в определенных климатических условиях концентрация кремнезема повышалась и он выпадал в осадок, тогда как в периоды слабого испарения осаждались минералы железа. Одно из обоснований такой хемогенной садки состоит в том, что в докембрии биологическим путем кремнезем почти не извлекался из вод, и это обусловливало увеличение его концентрации.
Как и в случае минеттовых руд, здесь нет необходимости предполагать привнос железа, хотя некоторые исследователи считают, что важное значение имели такие источники железа, как латеритные покровы на континентах или подводные термальные эксгаляции.