20.11.2018
На сегодняшний день Бельгию вполне заслужено называют одним из самых крупных поставщиков продовольственных товаров, а также...


19.11.2018
В последние годы всё большее количество люде используют для обшивки фасадной части своего жилого здания металлический сайдинг (из...


19.11.2018
Горячекатаный швеллер в последние годы считается весьма популярным типом металлического проката. Он нашёл широчайшее во многих...


19.11.2018
Участие профессионального адвоката в уголовном производстве в настоящий момент считается важнейшим условием для того, чтобы моно...


19.11.2018
Наличие надежных дверных замков в рабочем состоянии — залог того, что квартира и все ее имущество останутся целыми. Это защита от...


17.11.2018
Сантехнические ревизионные люки являются технологичными углублениями или же, иными словами, колодцами, где располагаются счётчики...


Золоторудное поле Витватереранд (Южная Африка)

11.07.2018
Район Витватереранд, или, как его сокращенно называют, Ранд, находится в Южной Африке, около городов Иоганнесбург и Претория (фиг. 17.11). Ранд — самый крупный производитель золота в мире; к настоящему времени в этом районе добыто золота на сумму более 12 млрд. долларов, а имеющиеся в нем запасы еще огромны. Хотя среднее содержание составляет всего 0,2—0,3 унции золота на тонну руды, за один только год извлекается до 20 млн. унций золота, причем годовая добыча неуклонно возрастает. Co времени второй мировой войны, когда было открыто, что в качестве побочного продукта из руд можно извлекать значительные количества урана, этот район стал одним из главнейших источников расщепляющихся материалов. Большие работы по добыче руд в районе Витватерсранда начались в 1886 г., во время золотой лихорадки. С тех пор на протяжении 250 миль вдоль пластов витватерсрандских конгломератов возникло множество рудников. Некоторые из них достигли глубины более 9000 футов. Так, на руднике «Ист-Ранд-Проприетери», самом глубоком в мире, руды добываются на глубине свыше 11 200 футов. По падению рудоносный горизонт отрабатывается на протяжении 3,5 мили. Для охлаждения воздуха в некоторых шахтах применяются холодильные установки, так как температура горных пород на столь огромных глубинах достигает 125° F (примерно 52° С). Еще одной проблемой для Ранда являются рудничные воды, так как из рудников ежедневно приходится откачивать около 50 млн. галлонов воды.

Району Витватерсранда посвящена обширная литература. Геологию месторождений всесторонне изучали опытные геологи, но некоторые основные вопросы не решены до сих пор. Особый интерес для геологов-рудников представляет дискуссия относительно генезиса руд. Мы поместили месторождения Ранда в раздел россыпных месторождений потому, что к такому же мнению склоняются южноафриканские геологи, но другие авторы рассматривают Витватерсранд как гидротермальное образование. Пока не будет решен спорный вопрос о генезисе Ранда, неважно, какой классификации придерживаться, лишь бы этот знаменитый район рассматривался и были бы изложены соответствующие аргументы. Любая дискуссия по вопросу о происхождении рудных месторождений будет неполной, если в нее не включить золотые руды Витватерсранда.

Для объяснения происхождения золота выдвинуто три теории. Одна группа исследователей, в которую входит большинство геологов, длительное время проработавших на этих месторождениях, поддерживает представление о том, что руды Витватерсранда россыпные. Большая часть сторонников этой теории согласна с тем, что золото встречается не в виде простых крупинок; они доказывают, что золото было мобилизовано и перекристаллизовано в процессе метаморфизма вмещающих пород.

Вторая, значительно меньшая, группа геологов считает руды сингенетическими, но полагает, что золото осадилось химическим путем, а не путем механического накопления в россыпи. В несколько измененном виде эта теория изложена Михоличем; согласно этому автору, золото следует рассматривать как диагенетическую примесь к хемогенным сингенетическим ураноуглеродистым залежам. Сторонники этой теории также считают, что золото было преобразовано в процессе метаморфизма.

Согласно третьей теории, руды были отложены гидротермальными флюидами, поднявшимися непосредственно из глубинного магматического источника. Эта концепция одно время была популярной, но геологи Ранда с ней так и не согласились.

У геолога, который незнаком с геологией Ранда, под влиянием обширной литературы и массы противоречивых утверждений может создаться впечатление, что достичь непредвзятой оценки в этом вопросе почти невозможно. Имеющиеся данные столь противоречивы, что они могут свидетельствовать в пользу как сингенетического россыпного происхождения золота, так и эпигенетического гидротермального. Ho с позиции любой гипотезы трудно понять, почему распространение столь огромных количеств золота ограничено лишь маломощными пластами конгломерата, развитыми на площади в несколько сот квадратных миль. Какова бы ни была гипотеза происхождения золота, его концентрация в пластах конгломерата, залегающих в безрудных кварцитах, является функцией первичного характера осадочной породы. Если золото россыпное, оно должно было концентрироваться в более крупнозернистом материале ближе ко дну протоков; если же золото привносилось эпигенетическими флюидами, все равно его миграция и отложение должны были контролироваться более проницаемыми, крупнозернистыми породами.

Древнейшие породы региона представлены докембрийскими кристаллическими сланцами и гранитоидами. Фундамент, сложенный этими породами, перекрывается системой Доминион-Риф, маломощной пачкой базальных конгломератов и лав. В этой пачке открыта одна золотоносная зона (фиг. 17.12). Несогласно перекрывая породы системы Доминион-Риф и породы фундамента, залегают отложения системы Витватерсранд, в которой выделены две свиты — верхняя и нижняя. Нижняя свита представлена глинистыми сланцами, кварцитами, крупнозернистыми песчаниками и конгломератами; среди последних один пласт является продуктивным. Эти осадочные породы формировались в постепенно опускающемся озере или внутреннем море.

По мере накопления обломочного материала в центре бассейна края этого бассейна поднимались и подвергались эрозии. Соответственно ко времени образования осадков верхней свиты, представленных в основном кварцитами и конгломератами, бассейн отложения сократился. Верхняя свита системы Витватерсранд содержит большую часть золотоносных конгломератов, причем наиболее продуктивный горизонт находится в его основании. Воздымание и эрозия системы Витватерсранд, мощность которой составляет примерно 25 000 футов, сопровождались магматической деятельностью, в результате чего сформировалась система Вентерсдорп, представленная лавами и слоистой толщей пластических осадков. Мощность системы Вентерсдорп сильно колеблется; местами она достигает 10 000 футов. Вслед за эрозией и погружением системы Вентерсдорп в новом бассейне отложилась мощная толща обломочных пород и доломитовых известняков — система Трансвааль. Завершение этого периода отмечено дальнейшим проявлением магматизма, складкообразования и образованием надвигов. В центре бассейна Витватерсранд произошло воздымание пород фундамента, образовался купол, а вышележащие осадочные толщи были смяты и опрокинуты в характерную складчатую структуру, известную как купол Вердефорт или кольцо Вердефорт. С вершины купола осадочные породы в процессе эрозии были смыты, а выход системы Витватерсранд на поверхность принял форму двух концентрических овалов. В конце палеозойской эры на всей площади района произошло отложение системы Карру — мелководных морских осадков и угленосных формаций; эти породы до сих пор перекрывают половину или большую часть системы Витватерсранд. Осадочные породы Карру прорваны дайками и небольшими интрузивными массивами пород основного и среднего состава, которые предположительно связываются с вулканогенными породами Вентерсдорп и с бушвельдским периодом магматической деятельности; однако гранитные породы, более молодые, чем породы системы Витватерсранд, не установлены. (Ранние сообщения о наличии глубинных интрузивных пород, более молодых, чем конгломераты Ранда, были опровергнуты.)

Система Витватерсранд слагает огромный структурный прогиб длиной около 250 и шириной 90 миль, вытянутый в северо-восточном направлении. Основные тела рудоносных конгломератов залегают не по внешней границе бассейна, а по внутренней, образуя относительно меньший овал, длинная ось которого равна 180, а короткая — всего 70 милям (фиг. 17.12). Рудники расположены в основном вдоль северо-западной стороны синклинальной структуры и на обоих ее концах. В общем на краях синклинальной структуры осадочные породы падают круто внутрь, но на больших рудниках установлено, что с глубиной углы падения более пологие. Часто встречаются почти вертикально стоящие пласты, а по северной стороне кольца Вердефорт — и опрокинутое залегание. Синклиналь нарушена рядом разрывов. Имеются крупные надвиги и сбросы, очень широко развиты небольшие сбросовые нарушения. Некоторые рудники были оставлены в связи с тем, что проведение горных работ из-за сбросов затруднялось настолько, что добыча золота становилась невыгодной.

Вопрос о происхождении конгломератов и кварцитов системы Витватерсранд служил темой почти столь же большой дискуссии, как и вопрос о происхождении золота. Уже выявлены некоторые особенности среды осадконакопления, в том числе линия берега моря, крупная дельта, замкнутый бассейн, предгорная или пойменная терраса, а также район аллювиальных конусов выноса. Большинство исследователей соглашаются в том, что обломочный материал сносился с пород фундамента в северо-западном направлении.

Породы Витватерсранда претерпели метаморфизм, поэтому, за исключением кварцевых галек, конгломераты Ранда имеют мало общего с первичными конгломератами. Это плотная, крепко сцементированная порода. Многие гальки во время метаморфизма были сплющены, хотя местами сохранилась высокая степень сферичности гальки (фиг. 17.13). Пространство между гальками занято пиритом (иногда весьма обильным), зернами кварца, серицитом, рутилом, хлоритом, углистым веществом и изредка встречающимся турмалином. Местами значительная часть кварцевой гальки имеет голубоватый, опалесцирующий оттенок. На этих месторождениях крупночешуйчатое золото встречается редко; большая его часть находится в виде тонкозернистой почти микроскопической вкрапленности в крупнообломочной, более чистой фации конгломератов. Как и следовало ожидать, согласно предположению о дельтовом или пойменном характере осадков, слои конгломерата развиты не по всей площади, хотя они удивительно выдержанны. Общую стратиграфическую последовательность крупнообломочных осадков можно видеть во всех частях района Витватерсранда.

В районе Витватерсранда горизонты рудоносных конгломератов известны под названием рифов или банкетов (последний из этих терминов по-голландски означает «миндальный торт», на который очень похожи конгломераты). В пределах системы Витватерсранд известно шесть главных рифовых горизонтов: в нижележащей системе Доминион-Риф также имеется одна рудная зона. Золотоносные рифы главным образом заключены в пачке кварцитов и конгломератов верхней свиты общей мощностью 2 мили. Предпринимались попытки разработать унифицированную номенклатуру и провести корреляцию рифов между участками различных рудников. Это непростая задача, поскольку некоторые рифы состоят из нескольких маломощных пластов, расположенных на разных горизонтах по всей мощности толщи кварцитов. Например, Главная группа рифов, наиболее важная рудная зона района, состоит из нескольких пластов золотоносных конгломератов. В районе Центрального Ранда около Иоганнесбурга в эту группу входят Главный риф, Лидер Главного рифа и Южный риф; примерно в 20 милях восточнее, в рудном поле Восточного Ранда, прослеживается лишь Южный риф; вдоль линии Уэст-Ист (минерализованной зоны, находящейся примерно в 25—50 милях юго-западнее Иоганнесбурга) богатый пласт золото- и ураноносного конгломерата, известный под названием Кабон-Лидер, включает почти все богатство группы Главного рифа; в то же время в районе Клерксдорпа, на расстоянии около 85 миль юго-западнее Иоганнесбурга, группа Главного рифа состоит из двух пластов конгломератов, называемых Коммонэдж-Риф и риф Ада-Мей. На отдельных участках развиты рудоносные конгломераты, которые образовались в результате эрозии ранее отложившихся пород системы Витватереранд; примером может служить Блэк-Риф в районе Западного Ранда (чуть западнее рудного поля Центрального Ранда), представленный базальными конгломератами системы Трансвааль, несогласно залегающей на системе Витватереранд и лавах Вентерсдорп.

Рудоносные рифы отличаются непостоянной мощностью; как общее правило, их средняя мощность измеряется несколькими футами, а продуктивные пласты по мощности редко превышают 10 футов. Некоторые богатейшие рифы обладают мощностью всего в несколько дюймов. Самые высококачественные золотые руды в основном залегают у подошвы конгломератовых пластов, поэтому весьма возможно, что конгломераты представляют собой отложения трансгрессирующей береговой линии или эрозионные намывы, образование которых обусловлено колебательными движениями бассейна осадконакопления.

Наличие в рудах Ранда уранинита отмечалось еще в 1923 г. Ho в то время это открытие не произвело особого впечатления, поскольку рынок сбыта урана был небольшим и сообщалось о низких содержаниях уранинита. Однако перед окончанием второй мировой войны, когда интерес к расщепляющимся материалам начал возрастать чрезвычайно быстро, установили, что часто встречаемое в рудах Ранда «углистое вещество» в действительности представляет собой агрегат уранинита и угля, известный под названием тухолит. Изменение экономического значения урана заставило геологов по-новому взглянуть на Ранд как на источник этого элемента. Оказалось, что содержание урана в руде намного превышает ранее предполагавшееся. Средние руды содержат около 0,03% урана. Из относительно бедных руд уран может извлекаться после обогащения как побочный продукт золотодобычи; вместе с тем часть урана добывается из незолотоносных рифов, а на таких участках ценность руд должна определяться содержанием урана. Таким образом, выявляются различные сорта урановых руд.

Тухолит, или углистое вещество, уже давно рассматривается как близкий спутник золота, и во всем районе его используют как поисковый признак богатых руд; где больше углистого вещества, там скорее всего и будет более высокое содержание золота. Часть золота обволакивает скопления углистого вещества. В так называемой бакшотной пиритовой руде — конгломерате, содержащем обильный пирит в виде округлых, галькообразных зерен, — пирит, углистое вещество и золото, по-видимому, выделялись в порядке перечисления, образуя концентрические слои. В связи с этим уран подвергся самому пристальному изучению, и проблема генезиса руд снова приобрела значительную остроту. «Гидротермалисты» и сторонники теории россыпного происхождения золота в поддержку своих представлений взяли на вооружение закономерности распределения урана в рудах.

В пользу гидротермальной теории происхождения золота и урана выдвинуты самые разнообразные аргументы. Дэвидсон показал, что тухолит и уранинит неустойчивы в поверхностных условиях и что вряд ли они могли сохраниться при эрозии коренных материнских пород и транспортироваться до места отложения. Тухолит находится в виде округлых зерен и на первый взгляд его можно принять за обломочный материал, но аналогичные формы выделения можно встретить и в жилах несомненно гидротермального происхождения. Предполагают, что тухолит формировался в процессе полимеризации газообразных углеводородов под влиянием радиоактивного излучения. Метан в изобилии встречается в районе месторождений, а ассоциация углеводородов с ураном может означать, что тухолит является вторичным продуктом, образованным там, где эти газы встречаются с уранинитом. Таким образом, ассоциация золота и углистого вещества в действительности отвечает прежде всего ассоциации урана и углеводородов и затем уже уранинита и золота. Кроме перечисленных доводов, «гидротермалисты» обращают особое внимание на то, что золото редко встречается в виде самородков. Золото обычно образует тонкие чешуйки и листочки в основной массе между гальками, а не в основной массе и гальке одновременно. Более того, золото во всем районе Витватерсранда очень тонкозернистое; размер же крупинок россыпного золота должен постепенно уменьшаться с удалением от его источника. Среди нерудных минералов развиты такие типичные гидротермальные минералы, как хлорит, серицит и турмалин. Обычно россыпное золото связано с черными песками, но в месторождениях Витватерсранда магнетит и ильменит практически отсутствуют. Сторонники теории гидротермального происхождения указывают также на то, что после отложения осадочных пород Ранда имела место вулканическая деятельность; известно, что в соседних районах отрабатывались золотоносные жилы несомненно гипогенного происхождения; следовательно, возможность генетической связи золота с изверженными породами не лишена основания. Некоторые геологи утверждают, что обильное развитие пирита должно означать соответствующий привнос серы. Приуроченность золота к конгломератам «гидротермалисты» рассматривают как следствие повышенной проницаемости этих пород; наиболее проницаемыми каналами для эпигенетических флюидов могли оказаться пласты конгломератов, в которых интерстициальные поры были больше, чем в кварцитах, а содержание глины — минимальным.

Данные изучения отношения золота к серебру в рудах, казалось бы, прежде всего свидетельствуют в пользу гидротермальной теории, поскольку проба золота с глубиной в общем повышается. Такая зональность означает, что золото отлагалось из восходящих гидротермальных флюидов. Проба россыпного золота обычно увеличивается с удалением от источника вследствие селективного растворения серебра. Подобное явление в рудных полях Витватерсранда не обнаружено. Наблюдаемая здесь зональность должна быть результатом либо первичной гидротермальной деятельности, либо гидротермального выщелачивания россыпного золота. Если справедливо последнее предположение, проба золота находится в функциональной зависимости от выщелачивающего действия восходящих гидротермальных флюидов в процессе регионального метаморфизма. Итак, основную проблему генезиса золота решить на основании вертикальной зональности нельзя.

Южноафриканские геологи настолько едины в своем стремлении защитить гипотезу россыпного происхождения руд, что относятся к ней как к «делу национальной чести». Ее сторонники не отрицают воздействия гидротермального флюида на осадочные породы Витватерсранда, но они связывают это явление с региональным метаморфизмом, а не с инфильтрацией рудоносных растворов. Эти геологи утверждают, что источником материала осадков системы Витватерсранд были породы фундамента, в которых, как известно, содержатся многочисленные небольшие золотоносные кварцевые жилы. Более богатые руды концентрируются в гравии, обычно более крупном и чистом, тогда как в кварцитах, часто тоже чистых и проницаемых, золота в общем не бывает. Платиновые минералы (главным образом иридосмин — природный сплав иридия и осмия), алмазы, цирконы, турмалин, хромит и прочие тяжелые остаточные минералы присутствуют в виде самородков в характерных, с точки зрения «россыпников», местах, например в глинистых карманах, где эти самородки не подверглись разрушению во время метаморфизма. Некоторые возражения, выдвигаемые «гидротермалистами» против гипотезы россыпного происхождения золота, можно отвести, учитывая возможное метаморфическое преобразование, происходившее при температурах порядка 300° С. Структуры замещения и чешуйчатая форма золотинок могут быть результатом мобилизации и перекристаллизации в процессе метаморфизма. Отсутствие магнетита и ильменита может быть обусловлено процессами диагенеза или метаморфическими реакциями с участием железа и серы, причем последняя в изобилии поступала из черных сланцев; присутствие в этих месторождениях рутила обусловлено разрушением ильменита под воздействием тех же процессов. При тщательном опробовании не было обнаружено ни обогащения, ни увеличения количества золота в рифах около даек, хотя небольшая часть золота переотлагалась в интрузивно метаморфическом ореоле, а зальбанды секущих даек и рубцовых (gash) жил минерализованы. Следы гидротермальной деятельности связаны с трещинами; заметно, что интенсивность изменения постепенно снижается с удалением от трещин, но содержание золота от степени гидротермального изменения не зависит. Приверженцы гипотезы россыпного происхождения золота также указывают, что интрузивный источник золота не установлен и что руды нигде не выполняют четкие и выдержанные секущие трещины. С первого взгляда может показаться, что ассоциация урановых минералов с золотом свидетельствует в пользу эпигенетической теории, но последние исследования заставляют прийти к обратному заключению. Первое возражение против гипотезы россыпного золота, которое может быть выдвинуто в связи с наличием урана, основано на предположении, что уранинит и урановая смолка неустойчивы в поверхностных условиях; Дэвидсон и Боуи, например, отмечали, что уран выщелачивается из рудничных отвалов метеорными водами. Против этого довода «россыпники» возражают на том основании, что рудничные воды имеют необычную кислую реакцию и что для совместного присутствия обломочных зерен пирита и уранинита необходима низкая окислительно-восстановительная обстановка, которая должна способствовать химической устойчивости уранинита. Согласно результатам лабораторных исследований, уранинит физически устойчив против абразии во время переноса в водном потоке, поэтому он должен сохраняться в россыпях наряду с монацитом и другими обычными обломочными минералами. Более того, сходные концентрации урана установлены в районе Блайнд-Ривер в Онтарио, где они, по-видимому, имеют обломочное происхождение. В обоих этих районах уранинит присутствует в виде округлых зерен со всеми признаками истирания, которые нисколько не напоминают колломорфные образования. В некоторых выделениях тухолита из руд Витватерсранда установлена реликтовая октаэдрическая спайность кристаллического уранинита, а иногда эти выделения катаклазированы под действием сжимающих сил; вряд ли такие особенности могли возникнуть в случае коллоидного, эпигенетического происхождения урановой смолки. Кроме того, указывалось, что ассоциация золота и «угля» может быть результатом метаморфического перераспределения золота; углистое вещество могло быть продуктом вторичного изменения уранинита, который в процессе метаморфической мобилизации действовал как осадитель золота. Данные изучения парагенезисов подтверждают подобную интерпретацию. Один из самых современных и наиболее мощных аргументов против гипотезы гидротермального происхождения урановых минералов основан на определениях абсолютного возраста по радиогенному свинцу в галените и по обломочному монациту. Первичный уранинит, согласно результатам анализов радиогенного свинца в образцах галенита, и обломочные зерна монацита оказываются древнейшими из известных здесь веществ (им около 3000 млн. лет); этот возраст совпадает с возрастом гранитов фундамента. Абсолютный возраст системы Витватерсранд неизвестен, но полагают, что он близок к 2200 млн. лет.

Каким бы ни было происхождение золотых и урановых руд, их локализация зависит от строения осадочных пород. Рудные концентрации непосредственно приурочены к конгломератам и не зависят от наложенных структур. Пока сторонники гидротермального происхождения руд не представят бесспорных доказательств своей теории, геологи Южной Африки будут продолжать руководствоваться в своих разведочных работах гипотезой россыпного происхождения золота, поскольку она подтвердилась крупными успехами, достигнутыми в прошлом. Однако посторонние наблюдатели будут считать эту проблему нерешенной до тех пор, пока одна из теорий на будет убедительно опровергнута.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: