|
   
     
К оглавлению
ТЕОРИЯ БИОГЕННОГО РУДООБРАЗОВАНИЯ
НА ПРИМЕРЕ УРАНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
*
Виниченко П.В.
Введение
Среди
многообразных типов урановых и других рудных месторождений
ведущее место в промышленном значении занимают руды,
локализующиеся в континентальных и мелководно-морских формациях.
Месторождения эти разнообразны по своему геологическому
строению, возрасту, вещественному составу руд и вмещающих пород,
околорудным изменениям и закономерностям локализации. В то же
время их объединяет связь с геологическими формациями,
образовавшимися вблизи дневной поверхности континентов, что
позволяет предполагать их единую экзогенную природу.
Представление о
генезисе искомых руд является единственным ключом к разработке
поисковых критериев и к выбору ведущих поисковых признаков, по
которым в практике поисков оценивается перспективность регионов
и поисковых участков. Ошибки в выборе генетических концепций
приводят к пропуску в изучении "работающих" поисковых признаков,
снижают эффективность поисковых, а также прогнозно-геологических
работ. Одновременный учет разных генетических гипотез на один и
тот же тип месторождений не восполняет отсутствие достоверной
концепции. Такой учет признается, как правило, лишь
теоретически, а в практике поисковых и прогнозных работ каждый
исполнитель выбирает в качестве рабочей одну гипотезу,
представляющуюся ему наиболее отвечающей фактическим материалам.
Многочисленность спорных генетических концепций в итоге
оказывает лишь отрицательное влияние на эффективность поисков.
Открытое признание беспомощности в познании генезиса
месторождений менее вредно, чем попытки примирения различных
точек зрения, какими являются "теория полигенности" и "теория
конвергентности". Ими создается лишь видимость генетического
подхода, а фактически пропагандируется уход от решения
генетических вопросов. Не менее вредным является представление о
том, что генезис месторождений, т.е. источник рудного вещества,
может оставаться непознанным и это не влияет на эффективность
поисков, так как "закономерности распределения оруденения
обусловлены главным образом структурно-тектоническими элементами
во вмещающих породах и химическими свойствами последних".
Фактически, без источников металлов даже самые благоприятные
"структурно-тектонические элементы" и самые благоприятнейшие по
"физико-химическим свойствам породы" не могут вмещать
месторождения, и, напротив, при обилии таких источников даже
самые неблагоприятные породы и структуры будут содержать
промышленные руды.
Отсутствие
детально обоснованной теории экзогенного рудообразования и
связанные с этим распространенные ошибки в определении генезиса
многих месторождений отрицательно отражаются на эффективности
поисков. Настоящая работа направлена на то, чтобы способствовать
ликвидации отмеченного важного пробела в рудной геологии. Базой
для решения этой задачи послужили материалы изучения
многочисленных урановых месторождений, выполнявшегося автором в
различных регионах б. Союза и за рубежами на протяжении 52 лет
полевых поисково-разведочных работ.
Свою
практическую деятельность геолога автор начал в 1948 г. после
окончания Северо-Кавказского горно-металлургического института.
До 1960 г. работал на Северном Кавказе, в "Кольцовской"
геологической экспедиции, где проводил поиски и разведку
месторождений в основном в осадочных формациях. Были изучены
месторождения Бештау и Бык трещинно-инфилътрационного типа в
липоритовых лакколитах, Гидамсое месторождение в
пермо-карбоновых песчаниках и ряд крупных рудопроявлений урана в
юрских породах (Галиатское, Фаснальское, Згидское и др.), на
приме которых у автора сложилось представление об экзогенной
природе таких рудных объектов. Эти выводы противоречили
господствовавшей рудогенетической концепции, согласно которой
они относились к гидротермальным образованиям.
В 1957–1960 гг.
автор проводил в Калмыкии поиски и разведку урано-фосфорных
месторождений, связанных со скоплением фоссилизированных рыбьих
костей в глинах майкопской свиты. Были разведаны месторождения
Шаргадык и Степное. Автором была разработана оригинальная
концепция шлихового образования залежей костного детрита при
подводных размывах глинистых толщ с рассеянными рыбьими
остатками. Практическое использование этой концепции обеспечило
выявление крупного Степного и ряда более мелких месторождений.
В 1960 г. автор
консультировал разведку месторождений Талды, Манчукур, Джагистай
в юрских угленосных формациях в Синьцзяне (КНР). С 1960 по 1970
гг., работая в составе "Сосновской" геологической экспедиции,
автор изучал месторождения и многочисленные рудопроявления урана
в мезозойских и кайнозойских межгорных впадинах Забайкалья,
выполненных осадочными и вулканогенно-осадочными толщами. При
этом автором были обобщены материалы по геологии и ураноносности
317 впадин; составлена оригинальная карта распространения и
ураноносности забайкальских впадин в масштабе 1:1000000. Впервые
установлено и обосновано трехъярусное строение мезозойских
впадин, показана преимущественная связь экзогенного
рудообразования с базальными горизонтами верхнего яруса. Под
руководством автора было разведано и передано промышленности
Оловское месторождение. Он же курировал разведку Имского
месторождения. Научные выводы по этим работам были изложены в
кандидатской диссертации автора, защищенной в 1970 г. В ней
впервые были обоснованы выводы о биогенной природе
рудообразования в континентальных формациях.
В 1970–1975
гг., работая в СГАО "Висмут" (б. ГДР), автор участвовал в
разведке месторождения Хауптсманнсгрюн-Ноймарк роннебургского
типа, где отчетливо проявлена связь руд с линейными корами
выветривания в углеродистых сланцах силура ; изучал
месторождения Роннебургского рудного поля и проводил поиски в
Сакско-тюрингских впадинах. При этом были изучены особенности
геологического строения урановых месторождений: Кенигштайн в
меловых отложениях, Кульмич, Зорге, Гауэрн, Южная Гера. Хорнбург
– в верхнепермских, Фрайталь – в нижнепермских континентальных
формациях, а также Деличской группы трещинно-инфильтрационных
рудопроявлений в обрамлении Тюрингской впадины. Изучались на
месте также особенности геологического строения знаменитого
Мансфельдского месторождения битуминозных медистых сланцев и
связанных с ними проявлений урановой минерализации.
С 1976 по 2000
гг., в составе геологического объединения "Кировгеология", автор
выполнял поиски месторождений на Украинском щите и в его
осадочном обрамлении. Под его руководством на южном склоне УЩ
оценивалось Новоодесское месторождение забалансовых урановых руд
в базальных слоях меловых отложений. В северо-западной части УЩ
выявлено и оценено три месторождения убогих руд
трещинно-инфильтрационного типа (Новофастовское, Владимировское,
Садовое) и ряд более мелких аналогов, а также мелкие
месторождения в бучакских угленосных отложениях палеогена
(Косовское, Рогознянское, Новофастовское 2).
На северном
склоне УЩ, в Припятской впадине (на территории Белоруссии)
выполнены прогнозно-геологические исследования (с применением
бурения скважин) в масштабе 1:200000 на площади 20000 кв. км.
Были составлены прогнозные карты на экзогенные месторождения
урана, послужившие основанием для развития во впадине буровых
поисков, выполнявшихся под руководством автора в 1980–1992 гг.
На выделенной под первоочередное опоискование Лельчицкой площади
выявлены Лельчицкое, Юбилейное, Болотницкое крупные и ряд мелких
рудопроявлений урана в континентальных формациях нижнего
карбона. Автором впервые выявлены также пригодные к
промышленному освоению залежи угля с повышенными содержаниями
урана и редких земель в тульском горизонте среднего карбона и
крупные залежи бурого угля в юрских отложениях. Установлены
закономерности распространения углепроявлений. По этим
материалам Припятская впадина оценивается автором как новый
перспективный угольный бассейн.
На западном
склоне УЩ и в Овручской впадине, где кристаллические породы
перекрываются верхнепротерозойскими континентальными формациями,
автором проведены рекогносцировочные буровые поиски
месторождений "типа несогласия".
На Украинском
щите в 1997 г. автором впервые выявлен новый перспективный тип
концентраций Au, Ag,U, Zn, Сu, а также алмазов, связанный с
позднепротерозойскими ледниковыми отложениями. Они выполняют
многочисленные остаточные экзарационные палеодолины,
распространенные в Белоцерковско-Одесском блоке УЩ. Раньше такие
образования принимались как коры выветривания на кристаллических
породах. Автором доказана их ледниковая природа. Они выделены в
самостоятельную "мазепинскую" свиту.
Кроме материалов
по личным исследованиям, в работе использованы многочисленные
литературные источники по рудным месторождениям в осадочных и
вулканогенно-осадочных толщах. Ключ к пониманию механизма
экзогенного рудообразования был найден при анализе материалов по
изучению процессов современного накопления урана в торфяниках и
в углистых песчаниках. Было выяснено, что рудообразование
зависит от деятельности живых микроорганизмов, и подчиняется не
химическим, а биохимическим законам.
Новое
в понимании роли микроорганизмов в рудообразовании
В "рудной
геологии" неоправданно долго бытует представление об отсутствии
жизни и о бескислородной атмосфере в дофанерозойский период.
Практически не учитывается особенность собственно биохимических
процессов, резко ускоряющих химические преобразования веществ,
что отчетливо видно на примере брожения или пищеварения и пр. По
В.И. Вернадскому "все бытие земной коры, по крайней мере 99 %по
весу массы ее вещества, в своих существенных с геохимической
точки зрения, чертах обусловлены жизнью". Микроорганизмы весьма
многообразны. Их жизнедеятельность необъятна для познания всех,
связанных с ними геологических процессов. Можно только исходить
из того, что без участия микроорганизмов вблизи поверхности
Земли ничто не создается и не изменяется. Они вездесущие и все
создающие.
Автор не ставит
своей задачей "объять необъятное" – разработать всеобъемлющую
теорию биогенного рудообразования. Сделана только попытка
объяснить природу наиболее распространенного на Земле
экзодиагенетического рудонакопления, и на этом примере привлечь
внимание науки к необходимости фундаментальных исследований по
проблеме биогенного образования полезных ископаемых и биогенной
геологии в целом.
При изучении
процессов современного рудонакопления на урановых месторождениях
гидрогенного типа было только зафиксировано участие
микроорганизмов. Учтены некоторые продукты метаболизма анаэробов
(сероводород, метан, водород), усиливающие восстановительную
обстановку на рудолокализующем геохимическом барьере. Рассмотрен
только окислительно-восстановительный процесс с участием
микроорганизмов. Это, конечно, далеко не полный учет полезной
"работы" микрофлоры, даже с учетом только химических
преобразований. Кроме окислительно-восстановительной, они
создают кислотно-щелочную зональность; продуцируя Н2S они
способствуют образованию сульфидов, создают многие органические
кислоты, металлоорганические комплексы и др.
Механизм
биогенного преобразования земного вещества остается пока мало
понятным, но по продуктам такого преобразования можно судить о
многих его элементах. В частности, это относится к наиболее
изученному гидрогенному типу рудонакопления. На его примере
можно сформулировать начало новой теории биогенного
рудообразования, альтернативной "эндогенным" гипотезам.
При объяснении
процессов современного экзогенного рудообразования
микроорганизмам отводится лишь вспомогательная роль. Учитываются
только некоторые их химические продукты метаболизма, поступающие
в подземные воды, влияющие на перенос металлов в растворах и их
высаживание. Основным же элементом, определяющим локализацию
руд, считаются вмещающие породы. Образование рудолокализующих
геохимических барьеров на путях циркуляции подземных вод
объясняется переходом растворов из окисленных пород, не
содержащих активных восстановителей, в неокисленные, богатые
минеральными или газовыми восстановителями. Благоприятность
среды для рудонакопления определяется величиной
восстановительной емкости пород. Универсальным восстановителем
считается угольное вещество в породе. Увеличение количества
микроорганизмов на геохимическом барьере рассматривается как
следствие наличия благоприятной среды в зоне барьера, т.е. как
следствие наличия самого барьера. Фактически же в объяснении
природы геохимического барьера необходимо поменять местами
"причину" и "следствие". Активизация жизнедеятельности бактерий
является не следствием наличия геохимического барьера, а
причиной его образования. Никакие природные сочетания пород на
путях циркуляции подземных вод не могут обеспечить резкие
перепады Eh такой высокой контрастности, которая необходима для
промышленного рудонакопления. Этот вывод опирается на описанные
результаты лабораторных опытов и натурных исследований. Ими
установлено, что в зонах современного рудонакопления на
выклинивании пластового окисления максимальное снижение Eh (до
минус 500–600 мВ) в подземных водах наблюдается в интервалах,
где интенсивную жизнедеятельность проявляют анаэробные
микроорганизмы, а далее по потоку подземных вод в неокисленные
богатые органикой и другими минеральными восстановителями
породы, где количество анаэробной микрофлоры резко снижается, Eh
вновь повышается до положительных значений, т.е.
восстановительный барьер исчезает, несмотря на присутствие в
воде тяжелых углеводородов, метана и даже сероводорода.
Следовательно, присутствие минеральных и газовых восстановителей
не обеспечивает образование восстановительных геохимических
барьеров, необходимых для рудонакопления.
Упомянутыми в
первом разделе настоящей работы опытами по высаживанию урана из
растворов водородом положительных результатов не достигалось, а
сероводородом высаживание происходило, но значительно менее
интенсивно, чем в присутствии анаэробной микрофлоры. А.В.
Коченов за 90 суток не смог добиться осаждения урана
сероводородом из слабо концентрированных растворов, несмотря на
Eh равный – 265 мВ. Опытами Л.Е. Крамаренко по высаживанию из
растворов Мо, содержащегося в форме молибдат-иона, установлено,
что под влиянием жизнедеятельности сульфатредуцирующих
микроорганизмов в течение 15–35 дней инкубации Мо полностью
осаждался из растворов с содержанием этого элемента 0,5–49,5
мг\л. В то же время, "при химических реакциях при пропускании
H2S через растворы молибдатов образуются хорошо растворимые
тиомолибдаты. Молибденит не высаживается". Причину различия
автор объясняет более высокой химической активностью биогенного
H2S в момент его образования. Такое предположение противоречит
химическим "законам". Здесь явно видна активная роль живых
микроорганизмов, производящих биохимические, а не химические
процессы. Опытами по высаживанию золота также установлено, что
золото высаживают только живые клетки Chlorella vulg. Мертвые
клетки золота не осаждали. Исключительная роль именно живых
микроорганизмов в изменении геохимической среды в природных
водах хорошо подтверждается опытами, описанными в работе.
Результаты опытов показали, что не химические продукты
метаболизма анаэробов (сероводород, метан, водород) выполняют
главную роль в резком снижении Eh в воде, а непосредственно
живые бактерии.
Этот аргумент не
учитывается в существующих генетических концепциях. Объяснение
ведется с позиций только химических законов, В расчет
принимаются только химические продукты метаболизма. Не
учитывается особенность биохимических процессов, несравнимо
более активных чем химические.
Поскольку
рудолокализующим считается восстановительный геохимический
барьер, то в существующих генетических моделях учитывается роль
только анаэробных бактерий, продуцирующих сероводород, водород,
метан. "Работа" аэробной микрофлоры в образовании барьера
осталась практически не замеченной. Активная жизнедеятельность
аэробов установлена в предрудной зоне окисленных пород. Они
окисляют клетчатку, серу, железо и др. При этом образуются
органические кислоты и устойчиво растворимые металлоорганические
соединения, что приводит к повышению содержаний рудных элементов
в растворах, т.е. возникают богатые рудоносные растворы, в
которых содержание урана достигает сотен мг на литр. Эти данные
однозначно свидетельствуют, что металлы накапливаются еще в
растворах, а не только в процессе их высаживания. Аэробы
формируют богатые рудоносные растворы и тем обеспечивают
контрастное рудонакопление. Кроме того, окисляя органику, они
создают питательные вещества для анаэробов, образующих резко
восстановительную обстановку в растворах. Именно образующих, а
не повышающих уже имеющуюся, восстановительную обстановку. В
зоне рудообразования плотность аэробов резко снижается, а
анаэробов повышается. За зоной рудонакопления, в неокисленных
породах, количество анаэробов вновь резко снижается и Eh в
подземных водах повышается до положительных значений, несмотря
на обилие минеральных и газовых восстановителей.
Причина бурного
размножения анаэробной микрофлоры в зоне рудонакопления только
одна – присутствие там обилия "пищи" – продуктов метаболизма
аэробов. По мере их полного потребления анаэробы вымирают, что и
отражается в резком уменьшении количества живых клеток за зоной
рудонакопления. Следовательно, без аэробов не могут размножаться
анаэробы и не могут образоваться контрастные восстановительные
барьеры. В структуру рудолокализующего барьера органически
входит не только восстановительная, но и окислительная зоны. В
окислительной зоне тоже накапливаются металлы. Образуются
богатые рудоносные растворы, без которых рудонакопление было бы
невозможным. Таким образом, рудолокализующим является не
восстановительный, а окислительно-восстановительный, и не
геохимический, а биохимический (биогенный) барьер. В создании
такого барьера главную роль играют не минеральные восстановители
и не химические продукты метаболизма, а энергия живых бактерий.
Данный вывод не
означает полного отрицания абиогенных геохимических барьеров, в
том числе рудолокализующих. Их возможные типы рассмотрены, в
частности, в работах А.И. Перельмана и др. Но трудно
представить, и нет примеров, в каких природных экзогенных
условиях, лишенных живой материи, подобные барьеры могли бы
достигать такой высокой контрастности, какую легко обеспечивают
микроорганизмы в разнообразных природных условиях. (Как трудно
представить также отсутствие живой материи где либо у земной
поверхности). Биогенные рудолокализующие барьеры, несомненно,
являются преобладающими, важнейшими. Они многообразны. С ними
связано образование подавляющего большинства рудных
месторождений. И это подтверждается рассмотренными далее
примерами рудных объектов. На всех, без исключения,
рассмотренных примерах в рудах присутствует органическое
вещество в тонкоглобулярной форме. Оно именуется как "тухолит",
"кероген", "оксикерит", "твердый битум" или "асфальтит". Все это
– остатки былых колоний бактерий – свидетели биогенной природы
рудообразования. Они могут служить надежным отличительным
признаком экзогенных (или первично экзогенных) рудных объектов.
Модель
биогенного рудообразования
Принципиальная
схема рудолокализующей "работы" биохимического барьера
заключается в следующем: При поступлении кислородсодержащих
рудоносных вод в породы, содержащие органику угольного,
битумного или графитового ряда, создается благоприятная среда
для жизнедеятельности аэробной микрофлоры. Они преобразовывают
органические вещества, присутствующие в породе, образуют
органические кислоты, окисляя сульфиды, добавляют серную
кислоту; бактерии Pseudomonas fluorescens продуцируют перекись
водорода. В результате усиливается окислительная агрессивность
растворов. Eh в воде повышается от обычных 150–200 мВ до 500–600
мВ. Ускоряется разложение пород и их выщелачивание.
Обеспечивается перевод металлов в растворы. Благодаря обилию
органических кислот образуются хорошо растворимые
металлоорганические соединения. Вследствие высокой растворимости
таких соединений в окислительной зоне биохимического барьера
металлы накапливаются в растворах до сотен г\т. Таким экзогенным
(биогенным) путем образуются богатые рудоносные растворы. И
только из таких растворов образуются экзогенные месторождения.
Это важный новый вывод, дополняющий и развивающий теорию
экзогенного рудообразования. Без учета данной роли
биохимического барьера, без его окислительной зоны, без создания
богатых рудоносных растворов, концепция экзогенного рудогенеза
была неубедительной.
Вторая,
восстановительная, половина биохимического барьера, состоит в
том, что, по мере продвижения растворов в неокисленные породы,
свободный кислород в растворах полностью поглощается аэробными
бактериями, и они вымирают. Но продукты их метаболизма, в том
числе и металлоорганические соединения, служат обильной "пищей"
для анаэробных бактерий, которые на границе окисленных и
неокисленных пород начинают бурно размножаться. Они
преобразовывают металлоорганические соединения в менее
растворимые формы, продуцируют сероводород, метан, водород, а,
главное, резко снижают Eh в растворах: от плюс 500–600 до минус
500–600 мВ. Металлы выпадают в осадок.
Дальнейшее
продвижение растворов вглубь неокисленных пород приводит к тому,
что анаэробы полностью потребляют тот запас питательных веществ,
который им создали аэробы, и тоже вымирают. "Плотность" их резко
снижается, а окислительно-восстановительный потенциал в воде
повышается до положительных значений, несмотря на наличие там
метана, тяжелых углеводородов, водорода и даже сероводорода.
Этот факт убедительно доказывает, что геохимические барьеры в
подземных водах возникают не по причине смены состава вмещающих
пород, а вследствие бурной жизнедеятельности микроорганизмов в
условиях наличия питательной среды для них. Восстановительная
обстановка в подземных водах создается непосредственно живыми
анаэробами, а не их продуктами метаболизма. Точно так же и
повышение Eh до плюс 500–600 мВ производится живыми аэробами.
Тот же факт свидетельствует, что анаэробное окисление с резким
понижением Eh в растворах невозможно без аэробного окисления.
Для этого процесса необходим определенный симбиоз бактерий,
образующийся в описанных выше условиях. Анаэробные
микроорганизмы резко активизируются только в условиях обилия
питательных веществ, которые создаются для них аэробной
микрофлорой.
Таким образом,
восстановительный геохимический барьер такой высокой
контрастности, которая необходима для значительного
рудонакопления, не может образоваться без окислительного
барьера.
В процессе
рудообразования микроорганизмы играют важную роль также еще до
образования биохимических барьеров в подземных водах. Их
жизнедеятельность ускоряет выветривание пород и перевод в
растворы различных веществ, в т.ч. рудных элементов. Без участия
микроорганизмов можно допустить только образование собственно
россыпных месторождений. Но при этом разрушение пород –
источников, из которых поступали рудные компоненты в россыпи,
тоже происходило с участием микроорганизмов. В образовании
многих золотоносных "россыпей" видна их собственно биогенная
природа. Только этим можно объяснить рост самородков в россыпях.
Богатые россыпи известны в регионах, сложенных углеродистыми
сланцами с тонко рассеянным золотом без признаков жильных
объектов. Микроорганизмы извлекают тонкое золото из
выветривающихся пород и высаживают его, образуя самородки и
"крупное" золото.
С учетом
биогенной природы рудообразования убедительно объясняются все
особенности минерального состава руд и все околорудные
изменения. Рудные залежи в осадочных толщах, как правило,
сопровождаются ореолами околорудных изменений, иногда весьма
интенсивных. Характерным является аргиллизация, хлоритизация,
гематитизация, пиритизация, окварцевание или десилицификация
вмещающих пород. Такие изменения часто связываются с "предрудной
гидротермальной проработкой пород", Однако, они более логично
объясняются биогенными преобразованиями. Микроорганизмы
значительно ускоряют разложение пород. В зонах рудонакопления,
на биохимических барьерах, количество микроорганизмов на единицу
объема, как доказано выше, в тысячи и миллионы раз больше, чем
за пределами таких зон. Естественно, что интенсивность
преобразования пород в таких участках тоже пропорционально будет
более высокой. В окислительной зоне биохимического барьера
наиболее устойчивым конечным продуктом изменений пород является
каолинит, а в восстановительной зоне образуется хлорит,
монтмориллонит, иллит.
Тесное соседство
этих зон в пространстве приводит к образованию смешанной
минерализации: гематита с пиритом, хлорита с каолинитом и пр.
Биохимический барьер является подвижным. Он смещается по мере
развития зон окисления в углеродистых породах. На месте былого
его положения остаются интенсивно измененные породы, которые и
составляют ореолы околорудных изменений. Циркуляция подземных
вод происходит не только сверху вниз, но и по латерали. Поэтому
нередко интенсивно измененные породы залегают под неизмененными,
что часто воспринимается как явный признак гидротермальной
проработки.
Биохимические
барьеры образуются (зарождаются) в углеродистых породах, но ими
строго не ограничиваются. Частично они распространяются вместе с
подвижными растворами и микроорганизмами во вмещающие
безуглеродистые разности пород, и там тоже происходит
рудонакопление и соответствующие эпигенетические изменения. По
этой причине оруденение не подчиняется строгому литологическому
и стратиграфическому контролю. Оно распространяется в базальных
осадочных слоях и в подстилающих эти слои корах выветривания на
более древних безуглеродистых толщах; или в корах выветривания
углеродистых пород и в перекрывающих безуглеродистых песчаниках
(как на месторождениях несогласия).
Для образования
биохимического барьера требуется приток кислородных вод в
породы, содержащие органические вещества. Дискуссионным
считается вопрос – могут ли микроорганизмы "потреблять" графит?
Графит – инертное вещество. С позиций химических законов с ним
не предполагается образование геохимических барьеров. В
действительности биохимические барьеры в присутствии графита
закономерны, как и при других формах органики. "Выгорание"
графита в рудах и его окисление, затухающее с глубиной на
месторождениях несогласия, логичнее всего объясняется
воздействием на него плотных колоний бактерий, которые
"научились" использовать углерод графита для образования
необходимых им органических соединений.
В.И. Вернадский
объясняет особую химическую активность живого вещества его
способностью производить трансмутацию химических элементов,
необходимых для их жизнедеятельности. Он пишет: "можно считать
более чем вероятным, что изменение изотопического состава
элементов организмами – живым веществом – происходит в биосфере
при обыкновенном давлении и обыкновенной температуре поверхности
Земли, тогда как для косной среды аналогичный процесс происходит
только при высоком Р и Т в недрах метаморфической оболочки".
Если микроорганизмы способны производить даже трансмутацию
элементов, то использовать свободный углерод из графита им не
составит большого труда.
Как видно из
изложенного материала, новые выводы о ведущей роли живых
микроорганизмов в образовании рудолокализующих барьеров
обоснованы фактами, ранее известными, но не учтенными при
разработке модели "гидрогенного" рудообразования. Были оставлены
без внимания следующие важные факты:
1) Что за
пределами зоны рудонакопления в неокисленных породах количество
анаэробов резко снижается и восстановительная обстановка
сменяется на слабо окислительную, т.е. что восстановительный
барьер исчезает, несмотря на присутствие в подземных водах
минеральных и газовых восстановителей.
2) Что
жизнедеятельность анаэробов зависит от продуктов метаболизма
аэробов.
3) Что благодаря
жизнедеятельности аэробов, продуцирующих обилие органических
кислот, образуются богатые рудоносные растворы, без которых
образование руд было бы невозможно.
4) Что только
живые микроорганизмы способны резко ускорять процессы
химического превращения веществ.
5) Не учтены
выводы В.И. Вернадского, что "сила живой материи по своей
мощности и непрерывности во времени ни с какой другой
геологической силой не может даже быть сравнимой".
Перечисленные
неучтенные факты не находят объяснения вне изложенной модели
биогенного рудообразования.
Для образования
биохимического барьера и для рудоотложения на таком барьере
требуются определенные сочетания природных условий.
Необходимые условия для образования биохимических
барьеров
Из рассмотрения
природы окислительно-восстановительного биохимического барьера
нетрудно определить, в каких природных условиях такие барьеры
могут образоваться на путях циркуляции подземных вод. Главным
условием для их образования является развитие процессов
окисления пород, содержащих органические вещества, подземными
кислородными водами. Естественно, что в наибольших масштабах
такие процессы можно ожидать в прибортовых зонах бассейнов, на
участках, где накапливаются осадки, богатые органическими
веществами. Прибортовые зоны расположены вблизи областей сноса,
откуда поступают кислородные воды. Эти воды приносят также
растворимые соединения металлов. Следовательно, прибрежные
формации в осадочных бассейнах являются благоприятными и для
образования биохимических барьеров, и для экзогенных
концентраций металлов. Закономерна при этом наибольшая
продуктивность русловых и дельтовых отложений, отображающих пути
наибольшего притока кислородных металлоносных вод в бассейны
осадконакопления. Наиболее универсальным признаком прибрежных
формаций служит размещение их в нижней части осадочных или
вулканогенно-осадочных толщ, у границы стратиграфического
несогласия, т.е. их базальное или прибазальное положение.
Собственно базальные слои нередко состоят из грубообломочных
пород, бедных органикой. В этих условиях биохимические барьеры
могут развиваться в углеродистых слоях, перекрывающих
конгломераты.
Базальными
являются не только слои, залегающие на породах фундамента, в
основании всей осадочной толщи, но и на любой межформационной
или внутриформационной границе стратиграфического несогласия. Во
все периоды образования поверхностей несогласия происходила
денудация нижележащих толщ, сменявшаяся накоплением осадков со
своими базальными слоями. Поэтому базальные слои любого возраста
и положения являются рудоперспективными, если они содержат
органику и при наличии других необходимых условий.
Процесс
изменения осадков с привносом в них растворенных веществ из
обрамления именуется "экзодиагенезом". Именно в эту стадию
породообразования происходит наиболее интенсивный приток
кислородных вод и наиболее обильный привнос растворенных
металлов в осадки. Следовательно, наиболее благоприятные условия
для рудонакопления характерны для стадии экзодиагенеза
континентальных осадков, когда они были наиболее проницаемыми и
не глубоко захороненными. С прекращением поступления кислородных
вод в погребенные слои жизнедеятельность аэробных, а,
следовательно, и анаэробных микроорганизмов затухает.
Биохимический барьер исчезает, и рудонакопление прекращается.
Поэтому на стадии прогрессивного диагенеза и метаморфизма
значительные рудные концентрации образоваться не могут. Только
стадия экзодиагенеза пород является наиболее продуктивной.
Рудолокализующие
биохимические барьеры образуются на стадии экзодиагенеза нижних
слоев осадочных толщ также при условии, когда эти слои не
содержат органику, но залегают на корах выветривания
углеродистых сланцев. (Примером служат месторождения
несогласия). Барьеры зарождаются в остаточных корах выветривания
и частично распространяются в перекрывающие осадки.
Нельзя
согласиться с авторами "теории" гидрогенного рудообразования,
утверждающими, что "для экзодиагенетических концентраций
обязательна приуроченность к континентальным отложениям, морские
отложения являются для них полностью запрещенными".
Прибрежно-морские отложения тоже формируются вблизи областей
сноса и подвергаются экзодиагенезу. Зарождение морских бассейнов
и начало осадконакопления в них происходит в континентальных
условиях. По мере трансгрессии моря, площадь базальных
континентальных отложений расширяется. Периодические регрессии и
трансгрессии моря приводили к перерывам осадконакопления с
образованием поверхностей несогласия. На каждой такой
поверхности накапливались базальные слои континентальных
формаций, подвергавшиеся экзодиагенезу, в том числе с
образованием биохимических барьеров.
Выводы о наиболее
частой связи рудолокализующих биохимических барьеров
(рассмотренного типа) с экзодиагенезом базальных осадков
объясняются тем, что эти осадки накапливаются вблизи| областей
сноса и потому наиболее интенсивно подвергаются соответствующим
изменениям. Другие возможные условия образования контрастных
биохимических барьеров имеют более локальное распространение. В
частности, такие условия создаются при денудации пород,
содержащих органические вещества. У их поверхности образуются
площадные, линейные или межпластовые коры выветривания. При этом
образуются эпигенетические месторождения кор выветривания
трещинно-инфильтрационного или пластово-инфильтрационного типа,
иногда крупные (в условиях, когда денудации подвергались богатые
источники металлов).
Необходимые и достаточные условия для
рудонакопления на окислительно-восстановительном биохимическом
барьере
Из содержания
изложенной модели биогенного рудообразования видны три основных
условия, необходимых для образования месторождений.
1) Необходимы
местные источники металлов. Ими служат породы, первично
обогащенные рудными элементами, подвергающиеся выветриванию и
денудации в период рудонакопления.
2) На путях
циркуляции рудоносных подземных вод должны присутствовать
породы, содержащие органические вещества угольного, битумного
или графитового ряда, где бы могли образоваться контрастные
биохимические барьеры.
3) Требуется
интенсивный приток рудоносных кислородных подземных вод. Он
зависит от наличия водопроницаемых зон, способных
концентрировать потоки, собирая их с больших площадей
распространения кор выветривания на породах – источниках
металлов (по типу речных русел с их бассейнами). Такими
структурами служат палеодолины в рельефе поверхностей несогласия
и зоны повышенной трещиноватости в породах фундамента.
Необходимость
перечисленных условий: источников рудных элементов, путей их
привноса и среды, благоприятной для высаживания металлов, никем
не оспаривается. Однако, конкретное содержание требований к этим
условиям понимается по-разному, что приводит к существенным
различиям в поисковых критериях, применяемых в практике
геологического прогнозирования и поисков. Так, например, в
"теории гидрогенного рудообразования" утверждается, что
пластово-инфильтрационные месторождения образуются за счет
привноса урана региональными потоками вод с фоновым содержанием
металлов. Естественно, что отвечающие таким представлениям
поисковые критерии будут резко отличаться от критериев,
содержащих в основе требование наличия местных источников
металлов, которыми служат породы, расположенные вблизи областей
рудообразования, на удалении доступном не только для притока
рудоносных вод, но и для привноса терригенного материала из кор
выветривания этих пород–источников.
Породы–источники
имеют многократно большую площадь распространения, чем рудные
залежи. Соответственно, их легче выявлять, что позволяет
ограничивать поисковые площади. Отрицание ведущего значения
местных источников ориентирует поиски на выявление
непосредственно рудных залежей на обширных площадях, что,
естественно, приводит к неэффективным затратам.
При поисках
пластово-инфильтрационных месторождений поисковые площади
ограничивались областями распространения зон пластового
окисления. Но и они распространены значительно шире, чем местные
источники металлов, учет которых мог бы снизить затраты на
поиски. Экзодиагенетическое рудонакопление происходит вслед за
отложением осадков, а эпигенетическое – при последующей
денудации рудосодержащих пород. В обоих случаях источниками
рудных элементов могут быть только коры выветривания местных
пород. Другие источники могут составить лишь редкие исключения.
Второе
необходимое условие – присутствие органических веществ во
вмещающих толщах – тоже понимается по-разному, в основном без
учета их роли в биохимических процессах. С позиций "химических
законов" графит не может способствовать образованию
восстановительной обстановки, а органика угольного, битумного и
нефтяного ряда всегда создает такую обстановку. Фактически
восстановительная обстановка создается только там, где
проявляется бурная жизнедеятельность микроорганизмов, для
которых приемлемой является любая форма органического вещества,
а также графит.
Палеодолины на
поверхностях несогласия тоже не всегда вмещают рудные залежи.
Рудоконтролирующими они могут быть только в присутствии двух
других условий, т.е. если они собирают подземные воды,
промывающие обширные площади кор выветривания на
породах–источниках металлов, и если они выполнены породами,
содержащими органику.
Простота перечня
природных условий, необходимых для образования месторождений,
является только кажущейся. Практически для оценки перспектив
рудоносности площади или региона требуется внимательный анализ
палеофациальных, палеогеографических, структурно-тектонических,
геохимических и других особенностей истории их развития.
Все еще
дискуссионным считается вопрос: можно ли модель экзогенного
рудообразования, разработанную на примере современных процессов,
распространять на месторождения в древних формациях? Для
выяснения этого вопроса в данной работе приведено сопоставление
экзодиагенетических месторождений урана в толщах различного
возраста (от четвертичного до раннепротерозойского), которое
показало сходство их геологических позиций, вещественного
состава руд, околорудных изменений, закономерностей локализации.
В рудах всех месторождений обнаружены следы былой
жизнедеятельности микроорганизмов. Детальными исследованиями
микробиологов и геологов доказано господство микроорганизмов и
присутствие кислорода в атмосфере, начиная, по меньшей мере, с
раннего протерозоя. Следовательно, препятствий для биогенного
рудообразования в древних формациях не было.
Период
рудонакопления обычно считается кратким и дискретным. Поскольку
этот процесс зависит только от притока рудоносных
кислородсодержащих вод, то его продолжительность определяется
тем", насколько быстро рудовмещающие слои захороняются на
глубины, куда уже не поступают такие воды. Период образования
рудной залежи может быть длительным. Кроме того, в пределах
осадочного бассейна рудные залежи образуются не одновременно. По
мере прогибания впадины и расширения ее границ, в прибортовых
зонах накапливаются все более юные базальные слои, а с ними и
все более юные рудные концентрации. Общая длительность процесса
биогенного рудонакопления во впадине может быть близка ко всему
периоду заполнения ее осадками. Например, в Атабасском бассейне
установлен разный радиологический возраст месторождений: от 1000
до 1580 млн. лет. Наиболее юные объекты размещены у борта
впадины, а с удалением от борта и с увеличением глубины
залегания возраст руд закономерно повышается.
Таким образом,
можно допускать, что экзодиагенетическое рудонакопление
происходило в Атабасской впадине 500 млн. лет, а, возможно, и
дольше, так как на больших глубинах поиски еще не проведены.
Устанавлимая часто разница в возрасте руд и вмещающих пород не
может служить неопровержимым свидетельством позднего
эпигенетического рудогенеза.
Природные условия
биогенных концентраций рудных элементов многообразны. Они не
укладываются в рамки экзодиаггенетических и эпигенетических
моделей. Но экзодиагенетические месторождения являются наиболее
распространенными и крупными. Их вес в промышленных ресурсах
экзогенных руд не менее 90 %.
Поэтому важным
является выяснение условий образования именно таких
месторождений. Равное внимание к другим генетическим типам
способно лишь осложнить поисковые критерии и снизить
эффективность прогнозных и поисковых исследований. В этом автор
видит целесообразность выделения и обоснования только главных
природных условий, необходимых для экзогенного рудообразования.
Их перечень и содержание отвечают модели биогенного
рудообразования и из нее вытекают. Для подтверждения этих
выводов ниже приводится анализ геологического строения наиболее
известных месторождений в континентальных и прибрежно-морских
формациях различного возраста. Рассмотрены, в основном, примеры
многочисленных урановых месторождений. Но "законы" экзогенного
(биогенного) рудообразования верны и для иных стратиформных
месторождений в осадочных и вулканогенно-осадочных толщах –
медных, полиметаллических, золоторудных и др. Даже беглый анализ
их геологических позиций показывает тесную связь рудолокализации
с границами стратиграфического несогласия, с толщами,
содержащими органику, с формациями, содержащими аномальные
(вышекларковые) концентрации металлов и т. д.
Заключение
В работе обобщен
52 летний опыт автора, выполнявшего поиски и разведку
месторождений урана на различных территориях Союза и за рубежом.
"Практика"
убеждает, что преобладающее большинство как урановых, так и
других месторождений, образуется экзогенными процессами, и
размещается в континентальных и прибрежно-морских формациях.
Однако из-за недостаточно разработанной теории экзогенного
рудообразования многие фактически экзогенные месторождения
большинством исследователей принимаются за гидротермальные. За
этим следует перечень поисковых критериев, которые из-за своей
ошибочности не помогают, а мешают прогнозированию и поискам
месторождений, приводят к лишним затратам сил и средств.
В настоящей
работе проанализированы геологические позиции большого
количества рудных месторождений. На этой базе определены главные
природные условия образования месторождений. В работе доказано,
что рудные месторождения образуются, главным образом, в
прибортовых зонах водных бассейнов на стадии экзодиагенеза
осадков. При этом требуется обязательное наличие: местных
источников металлов; структур, способных концентрировать потоки
рудоносных растворов; и углеродистых вмещающих пород, где бы
могли образоваться рудолокализующие геохимические барьеры. Эти
обязательные условия являются "законами" экзогенного
рудообразования. По ним определяются основные поисковые
критерии, а также отличительные признаки экзогенных объектов.
Знание "законов"
помогло автору доказать экзодиагенетическую природу канадских
месторождений несогласия и объяснить отличительные особенности
природных условий образования особо богатых руд.
Убедительные
факты, свидетельствующие о преобладании экзогенного
рудообразования, в том числе в образовании ультрабогатых руд,
вызвали необходимость в теоретическом объяснении такого явления.
На базе детального анализа и обобщения материалов изучения
процессов современного рудонакопления в торфяниках и углистых
песчаниках автором разработаны основы новой теории
рудообразования – теории биогенного рудообразования. Главным в
ней является признание ведущей роли живой материи в
рудонакоплении. Концентрация рудных веществ происходит в
результате биогенных процессов, вызываемых живыми бактериями,
подобно брожению и пр. Доказано, что биогенному рудообразованию
нет возрастных пределов. Месторождения в раннем протерозое
образовывались так же, как и в кайнозое. Аналоги месторождений
Витватерсранда или несогласия, Мурунтау, Колара, Олова и др.
могут встречаться в любых стратиграфических подразделениях, при
том условии, что будут в наличии все необходимые фациальные
предпосылки. Не "время", а фациальные условия определяют и
место, и время образования месторождений.
С учетом
биогенных процессов находят убедительное объяснение все
особенности состава руд и все околорудные изменения без
привлечения гипотез. Тем самым устраняется главная причина
частых ошибок в определении генезиса месторождений.
Новая теория
биогенного рудообразования помогает также по иному понимать
природу и законы локализации эндогенных месторождений. Не может
вызывать сомнений, что при попадании в зоны ультраметаморфизма и
расплавления первично биогенные руды преобразовываются в
жильные, метасоматические или магматические, т.е. в "эндогенные"
месторождения. Биогенный источник рудного вещества для
"эндогенных" объектов был, несомненно, наиболее
распространенным. Отпадает необходимость в гипотезах о
"мантийных" источниках, "глубинных разломах, "плюмажах" и прочих
недосягаемых для наблюдения геологических явлений, якобы
влияющих на образование "эндогенных" месторождений.
Такое понимание
природы "эндогенных" месторождений меняет представление о
закономерностях их локализации и поисковых критериях. Эндогенные
(а точнее – это ультраметаморфогенные) месторождения не
отрываются далеко от первоисточников. В метаморфизованных толщах
рудное вещество полностью сохраняется в пределах первичного
контура. Сохраняется возможность использования поисковых
признаков тех же, что и в неметаморфизованных толщах.
В качестве
главного поискового критерия рекомендуется учитывать контроль
локализации месторождений границами стратиграфического
несогласия и наличием местных источников металлов.
Рассмотренный
механизм рудонакопления на окислительно-восстановительном
биохимическом барьере является важнейшим, поскольку с ним
связано образование преобладающего количества рудных
месторождений, но, безусловно, не единственным из биогенной
природы. Микроорганизмы весьма многообразны по условиям
жизнедеятельности: по способам питания, дыхания, использования
видов энергии, средам обитания, биоценозного жизнеобеспечения,
по составу образуемых ими продуктов метаболизма и т.п. Так же
многообразны должны быть и условия биогенного образования как
рудных, так и нерудных полезных ископаемых.
В рудной геологии
продолжают господствовать старые гипотезы о строении земной коры
и мантии и о процессах в них протекающих. Прогрессивные идеи
В.И. Вернадского о роли биосферы в формировании земной коры до
сих пор не находят должного признания, а, следовательно, и
внимания. "Геология" – пожалуй, единственная из естественных
наук, которая до сих пор не признает биохимические процессы.
Фундаментальное
изучение роли микроорганизмов в дифференциации земного вещества
и в образовании различных полезных ископаемых несомненно будет
способствовать повышению эффективности геологоразведочных работ.
Когда правильность теории устанавливается, то одновременно
выясняются и границы ее применения, а также открываются новые
горизонты дальнейших исследований.
Источник:
Виниченко П.В. Теория биогенного рудообразования на примере
урановых месторождений. – Иркутск: «Сосновгеология», 2004. – 216
с.
К оглавлению |
