Выветривание минералов

11.07.2018
Большая часть рудных минералов, особенно сульфидов и сульфосолей, образуется при повышенных температурах и в восстановительной обстановке. Когда же эти минералы попадают в условия дневной поверхности, они химически разлагаются с образованием новых соединений или переходят в раствор. Точно так же неустойчивы и многие породообразующие минералы, которые в условиях земной поверхности претерпевают ряд последовательных химических превращений, пока не установится новое равновесие со средой. Металлы, содержащиеся в невыветрелой породе в небольших количествах, в процессе выветривания могут образовывать промышленные концентрации. Обогащение происходит в том случае, если металл в окисленном состоянии устойчив, а другие компоненты селективно выщелачиваются. Следовательно, процессы выветривания в зависимости от исходного материала среды и образующихся продуктов способны, во-первых, разрушить рудное месторождение; во-вторых, создать месторождение на месте пустой породы или убогой руды и, в-третьих, просто изменить минеральный состав месторождения.

Химическое действие метеорных вод на горные породы проявляется по-разному, в зависимости от состава минералов. Минеральные образования до некоторой степени растворяются даже в чистой воде, а метеорные воды содержат двуокись углерода, которая придает воде слабо кислую реакцию. В почвенных водах, кроме углекислоты, которая содержится в них в заметном количестве, обычно присутствуют гумусовые кислоты, что еще более понижает pH этих вод — иногда до 4 или 5. Такие кислые воды при медленном просачивании сквозь зону аэрации, на пути к зеркалу грунтовых вод или уже в самой зоне насыщения, вступают в реакцию с карбонатными породами или полевыми шпатами и другими силикатными минералами; в результате они приобретают нейтральную или слабо щелочную реакцию.

При благоприятных условиях могут растворяться все минералы, и поэтому на земной поверхности они в конце концов разрушаются или механически выносятся. Растворимость минералов весьма различна; независимо от этого меняется и скорость химических реакций. В результате мы имеем широкий диапазон эффективной устойчивости минералов. В атмосфере метеорные воды насыщаются углекислотой и кислородом; выпадая на землю, они вызывают окисление, гидратацию и карбонатизацию породообразующих минералов. Сульфиды превращаются в сульфаты, в большинстве своем растворимые, или же замещаются устойчивыми окислами, самородными металлами и карбонатами. Железо, марганец и алюминий образуют окислы и гидроокиси, относительно нерастворимые в условиях земной поверхности; свинец образует устойчивый сульфат; свинец, цинк и медь в определенных условиях сохраняются в виде карбонатов; медь, цинк, никель и хром остаются в виде силикатов; и, наконец, как устойчивые минералы в зоне выветривания могут сохраняться самородные металлы — золото, медь и серебро. Все эти элементы либо образуют остаточные концентрации, либо простые продукты окисления на выходах горных пород, в которых содержатся эти элементы и которые подвергаются выветриванию.

Подвижность ионов металлов в зоне выветривания определяется в основном составом вадозных вод и вмещающих пород. Метеорные воды, не содержащие сульфидной серы, выщелачивают из изверженных пород такие элементы, как цинк, молибден и уран; при этом остаются устойчивые продукты окисления железа, алюминия, титана, хрома, а в некоторых случаях — марганца, никеля, кобальта, меди, свинца или сурьмы. Для окисления сульфидов чрезвычайно важен состав вмещающих толщ, поскольку некоторые металлы будут выщелачиваться из силикатной вмещающей породы, но сохраняться в известняках. Молибден, цинк и серебро особенно хорошо растворяются в сульфатных растворах, а в известняках при благоприятных условиях они образуют устойчивые окисленные соединения. Точно так же медь, относительно подвижная в сульфатных водах, циркулирующих в изверженных породах кислого состава, в известковой среде образует практически нерастворимые карбонатные минералы. Железо и свинец окисляются до устойчивых соединений как в силикатных, так и в карбонатных породах, вследствие чего эти два металла хорошо сохраняются в зоне выветривания. Образование устойчивых соединений отдельных элементов зависит от присутствия или отсутствия в зоне выветривания каких-либо других элементов. Молибденит, например, в силикатных, богатых железом средах окисляется до относительно нерастворимого ферримолибдита [Fe2(MoO4)3*7/5Н2О], тот же молибден легко выщелачивается, если вмещающие породы бедны железом.

В условиях тропического климата, где процессы выщелачивания особенно эффективны, на поверхности сохраняются лишь наименее растворимые окислы. Такие устойчивые соединения образуют железо и алюминии; этих элементов в земной коре так много, что их окислы накапливаются в виде остаточных концентраций. Эти богатые железом и алюминием почвы называются латеритами. Освобождаясь при разрушении ферромагнезиальных минералов и полевых шпатов, железо и алюминий образуют водные соединения, относительно нерастворимые в окислительной обстановке и поэтому остающиеся на выходах. В процессе окисления растворимые соединения рассеиваются, а железо и алюминий окисляются на месте или перераспределяются. Продукты их окисления могут перемещаться в растворе при низких значениях Eh и pH. Железо, например, растворимо в виде простого закисного иона или в виде органических, сульфатных и гидроокисных комплексов. Чаще продукты окисления железа и алюминия по мере их образования переотлагаются в связи с быстрым увеличением Eh и pH за пределами зоны окисляющихся сульфидов в коре выветривания. При этом текстуры минеральных агрегатов, очевидно, не сохраняются; продукты же окисления переходят в коллоидное состояние, что доказывается наличием округлых концентрических образований, известных под названием пизолитов. Поскольку пизолиты образуются не только из коллоидных растворов, их нельзя рассматривать как безусловное доказательство коллоидного происхождения новообразованных агрегатов. He все латериты имеют пизолитовые текстуры, но некоторые их разности почти нацело сложены глобулями.

Железистые латериты образуются на ферромагнезиальных породах в районах обильного выпадения осадков при сглаженном рельефе. В этом отношении идеальными являются равнинные участки и широкие болотистые низины, где вода задерживается столь долго, что начинает растворять силикатные компоненты почвы без эрозии остаточного материала. По-видимому, латериты легче всего формируются в интервале между годичными высоким и низким положениями уровня грунтовых вод; иными словами, для латеритизации наиболее благоприятна последовательная смена влажных и засушливых периодов. Латериты разрабатываются в небольших количествах как железные руды, если в них обильно развиты лимонитовые пизолиты при почти полном отсутствии мелкозернистых землистых частиц или глин. Огромные территории, покрытые латеритом этого типа, известны в Бразилии, на Кубе, в Индии, Центральной Африке, на Филиппинах и в иных тропических областях. Многие железистые латериты развиваются на телах серпентинитов или других пород, характеризующихся высоким первичным содержанием железа и низким — кремнезема. Чтобы железистые латериты могли успешно конкурировать с крупнейшими в мире осадочными железорудными месторождениями и с богатыми магнетитовыми месторождениями, они должны быть предельно чистыми и удобно расположенными для разработки. На стоимость разработки латеритов очень сильно влияет наличие связанной воды (10—30% веса), которую приходится транспортировать с рудой и удалять только в процессе плавки.

Если коренные породы богаты алюминием и бедны иными относительно устойчивыми компонентами, вроде железа и кремнезема, то в условиях тропиков и субтропиков могут возникнуть скопления бокситов. Подобные образования наиболее часто встречаются на сиенитах и нефелиновых сиенитах. Бокситы состоят из бёмита [AlO(OH)], гиббсита [Al(OH)3], диаспора [AlO(OH)] и других водных окислов алюминия. На промежуточной стадии разрушения некоторых полевых шпатов и фельдшпатоидов до боксита могут образовываться глинистые минералы. Кроме того, бокситы в ассоциации с остаточной глиной, известной под названием терра-росса, формируются на мергелистых породах; хотя такие концентрации алюминия обычно характеризуются высоким содержанием железа, они все же иногда разрабатываются (например, в районе Средиземного моря и на Ямайке). Во многих районах выявлены огромные запасы высокоглиноземистых глин, но из-за трудности отделения глинозема от кремнезема эти глины рассматриваются лишь как потенциальный источник алюминия.

Окислы марганца обычно образуют относительно чистые скопления на выходах горных пород, богатых марганцем и претерпевших глубокое выветривание. Гранат-спессартит и другие марганцевые силикаты и карбонаты содержатся во многих метаморфических породах; иногда эти минералы могут быть развиты в огромных количествах. Подобные спессартитсодержащие метаморфические породы в Индии называются гондитами. В иных местах они называются по-другому, но указанный термин распространен наиболее широко. Руда формируется на тех участках, где кремнезем и другие безрудные компоненты выносятся, а относительно нерастворимые марганцевые окислы остаются на поверхности.

Латеритные глобули окислов марганца — не столь обычное образование, как лимонитовые пизолиты, но и они устанавливаются во многих местах. На Кубе такие глобули уже давно получили название гранзон, а теперь этот термин получает все более широкое признание. Гранзон обычно образует промышленные концентрации на дневной поверхности около выходов марганцевых руд.

Некоторые другие металлы, кроме железа, алюминия и марганца, также образуют устойчивые продукты окисления, которые концентрируются на отдельных участках и могут рассматриваться как руды. Чаще они присутствуют в железистых латеритах в виде дополнительной примеси. Так, во многих случаях серпентиниты содержат в небольшом количестве никель, кобальт и хром, которые концентрируются в железистых латеритах или в верхних частях выветрелых серпентинитов; в отдельных районах, например на кубинском месторождении Никаро, эти металлы извлекаются как побочные продукты. Никель концентрируется в серпентинитах непосредственно под горизонтом латеритов; в образующихся рудах содержится около 0,3—1,5% никеля. На отдельных выдающихся месторождениях типа Новой Каледонии содержание никеля в руде доходит до 6—10%. Количество хрома в латеритах достигает 1,5—2,5%, а кобальта — 0,2%.

Большая часть сульфидных минералов в зоне выветривания оказывается менее устойчивой, чем породообразующие силикатные, окисные и карбонатные минералы. Поэтому сульфиды окисляются, растворяются и вообще изменяются быстрее, чем разрушаются вмещающие породы, и на поверхностных выходах вместо сульфидов остаются лишь продукты их выветривания. Таким образом, предварительная оценка сульфидных месторождений часто заключается в интерпретации окисленных выходов, что позволяет решить вопрос о минеральном составе первичных руд на глубине.

Термодинамические соотношения в гипергенных процессах иллюстрируются диаграммами, подобными диаграммам Гаррелса (фиг. 18.1). Главнейший гипергенный процесс — это процесс окисления, а поскольку при окислении сульфидов образуются водородные ионы и сульфаты, этот процесс регулируется не только значением Eh, но и pH. Однако истинный механизм окисления и растворения сульфидов до конца не понят. Несомненно, что сульфидные минералы под воздействием поверхностных вод в ионной форме переходят в раствор, а затем вступают в реакцию с растворенным кислородом. Если же первичные минералы предварительно не перейдут в ионное состояние, то реакции окисления будут проходить значительно медленнее. Сато высказал предположение, что окисляющим агентом является перекись водорода H2O2, которая образуется как промежуточный продукт в процессе восстановления кислорода. Если окислительный потенциал среды превышает окислительный потенциал пары H2O2—O2, реакции любых присутствующих ионов металлов с перекисью водорода будут приводить к образованию окислов металлов и воды. Подобный механизм взаимодействия подтверждается теоретическими и экспериментальными данными. Более того, величины Eh и pH, измеренные в зонах окисления в полевых условиях, при нанесении на диаграмму попадают в узкую полосу чуть выше стандартного потенциала для пары H2O2—O2.

Наиболее распространенный сульфидный минерал — пирит; он присутствует почти во всех рудных сульфидных месторождениях. При окислении пирита и других сульфидов железа обычно остается лимонит или гематит и образуется серная кислота. В приведенном виде это уравнение пишется так:

В действительности железо переходит в раствор в виде двухвалентного закисного иона или в виде закисного сульфата, а уже закисное железо окисляется до нерастворимого лимонита или гематита:

Из колчеданных залежей железо, по-видимому, выщелачивается без образования больших скоплений гематита или лимонита, поскольку присутствующая серная кислота поддерживает низкое значение pH и может создать восстановительную обстановку, которая будет способствовать сохранению железа в растворимом закисном состоянии. Воды, богатые кислородом, напротив, могут вызывать изменение пирита непосредственно до сульфата окисного железа без промежуточной стадии сульфата закисного железа [уравнение (4)]. Отношение Fe2+/Fe3+ может меняться в широких пределах в зависимости от значений Eh и pH. Состав минералов, образующихся при определенной сопряженной серии значений Eh и pH, будет зависеть от относительных концентраций компонентов и от соотношения произведений растворимости соединений. В аридном климате часть железа сохраняется в обнажениях в виде сульфата окисного или закисного железа:

но в общем эти сульфаты отражают временные переходные состояния соединений железа. Железо будет мигрировать в растворенном состоянии в том случае, если растворы сохраняют сильно кислую реакцию или недосыщены кислородом; низкий окислительно-восстановительный потенциал благоприятствует устойчивости в растворе ионов закисного железа, а при pH раствора ниже 3 устойчиво существуют ионы окисного железа. Однако столь низкие окислительно-восстановительные потенциалы и чрезвычайно кислые среды необычны для близповерхностных условий выше уровня грунтовых вод.

При выветривании сульфидов железа происходит окисление не только железа, но и серы. Сера в сульфидных минералах обычно имеет валентность (степень окисления), равную — 2; сера в FeS2, казалось бы, представляет исключение, но это не так, ибо она образует «молекулы» S2-, связанные с двухвалентным железом. Окисление до сульфатного радикала повышает валентность серы до +6. Сера в процессе окисления до сульфатного радикала проходит через промежуточную ступень самородного состояния. Например, растворы сульфата окисного железа вступают в реакцию с халькозином, что ведет к переходу меди в раствор и образованию самородной серы:

Этой реакцией объясняется присутствие самородной серы на многих выходах сульфидных залежей.

В результате окисления сульфидов железа образуются сульфат трехвалентного железа и серная кислота, которые действуют как потенциальные растворители для других сульфидов. Сульфат трехвалентного железа производит окисляющее действие на сульфидные минералы, изменяя их до растворимых сульфатов, а сам в это время восстанавливается до сульфата закисного железа. Обратное окисление сульфата двухвалентного железа до сульфата трехвалентного железа происходит быстро, вероятно за счет водородных ионов и кислорода:

Там, где кислотность вод, просачивающихся через рудное месторождение, повышается, выщелачиваются такие компоненты, как медь, серебро и цинк. В отсутствие сульфидов железа образование сульфата окисного железа и серной кислоты затруднено и, следовательно, продукты окисления прочих сульфидов преимущественно остаются на месте. Подобное явление сходно с процессом нейтрализации кислых вод при взаимодействии их с вмещающими породами, например с карбонатами, который обусловливает осаждение растворенных металлов в виде устойчивых минералов. Процесс окисления некоторых обычных сульфидных минералов представлен уравнениями (7)—(21). Твердые реагенты и относительно нерастворимые продукты реакций даны в виде стехиометрических формул; растворенные компоненты изображены в виде ионов.

У равнения (8) и (9) описывают две реакции с участием халькопирита; этот минерал может разлагаться прямо до окисла железа и кислого раствора сульфата закисной (одновалентной) меди или же будет переходить в раствор в результате реакции с сульфатом трехвалентного железа. Серная кислота, образующаяся вследствие этих реакций или при окислении сульфидов железа, способствует переходу меди в раствор в виде двухвалентного сульфата. Подобным же образом ведет себя борнит:


Простые сульфиды, не содержащие железа, окисляются непосредственно или растворяются вследствие реакций с сульфатом трехвалентного железа и серной кислотой, образованных при окислении имеющихся в рудах сульфидов железа:

В присутствии карбонатных пород галенит окисляется до относительно нерастворимого карбоната — церуссита:

Этот процесс может протекать в две стадии — сначала окисление до англезита (15), а затем превращение англезита в церуссит:

Геологические свидетельства этих двух стадий с уверенностью устанавливаются в церусситовых рудах, где галенитовые ядра местами окружены переходной зоной англезита. В иных местах англезит отсутствует, т. е. в этом случае галенит, по-видимому, непосредственно замещается церусситом. Сульфиды цинка и серебра также растворяются в присутствии сульфата трехвалентного железа:

Если вмещающие породы представлены известняками, раствор сульфата цинка вступает с ними в реакцию и выпадают смитсонит и гипс:

Растворенный сульфат трехвалентной меди точно так же взаимодействует с карбонатными породами, в результате чего образуются водные карбонаты меди — малахит и азурит.

Окислы железа и сульфат свинца — относительно нерастворимые соединения — преимущественно сохраняются на выходах рудных тел, но продукты окисления других металлов почти всегда переходят в раствор и уносятся в глубь зоны окисления. Если вмещающие породы представлены пластами известняка или другими породами с сильными основаниями, кислые растворы нейтрализуются и из них выпадают более устойчивые карбонаты меди и цинка. В чрезвычайно засушливых районах, типа пустыни Атакама в Чили, в зоне окисления сохраняются также растворимые в воде минералы — сульфаты и хлориды меди и железа.

Самородная медь обычно находится в ассоциации с купритом (Cu2O) в верхних частях окисленных залежей медных руд. Действительно, сонахождение этих двух продуктов окисления настолько характерно, что редко можно найти куприт без вкрапленности самородной меди. Реакцию, приводящую к образованию самородной меди и куприта за счет халькозина, можно представить следующим образом:

При дальнейшем окислении самородной серы и куприта образуется тенорит (CuO):

Серебро в зоне окисления ведет себя аналогично меди, но его продукты окисления менее устойчивы. Аргентит, простой сульфид серебра, окисляется, а следовательно, и растворяется в растворе сульфата трехвалентного железа (20); так же разлагаются и сульфосоли серебра. Поэтому серебро, содержащееся в сульфидных жилах, метеорными водами обычно выносится. Однако в условиях относительно засушливого климата в зоне окисления остаются такие слабо растворимые галогениды как кераргирит (AgCl), бромирит (AgBr), иодирит (AgI) и эмболит [Ag(Br, Cl)]. Наличие галоидных соединений серебра в аридных и полуаридных регионах связано с недостатком воды для растворения этих минералов: необходимое количество солей для реакций образования этих минералов приносится ветром. Карбонаты и окислы серебра не имеют промышленного значения, но самородное серебро добывается. Оно образуется в результате восстановления иона серебра, возможно, при взаимодействии с закисным железом. Реакция между сульфатом закисного железа и сульфатом серебра идет согласно уравнению (24):

Сульфаты цинка отличаются высокой растворимостью, в результате чего цинковая составляющая большинства окисленных рудных тел рассеивается в системе подземных вод. Однако в аридном или полуаридном климате в зоне окисления цинк может сохраняться в виде смитсонита, гидроцинкита [Zn5(CO3)2(OH)6], гемиморфита [Zn4Si2O7(OH)2*H2O] или входить в состав прочих карбонатных и силикатных минералов.

Галенит растворяется в воде в присутствии сульфата окисного железа, но эта реакция протекает так медленно, что в тех местах, где другие сульфиды уже окислены или выщелочены, галенит часто остается еще неокисленным. Столь медленное выщелачивание галенита объясняется тем, что обычные продукты его окисления — англезит и церуссит — также устойчивы в зоне выветривания.

Самородное золото в различных окислительных условиях, как правило, инертно, но имеются геологические данные, свидетельствующие о растворении и переносе золота на небольшие расстояния при благоприятных условиях. Иногда золото переходит в раствор в виде хлоридного комплекса. В кислых растворах и в присутствии сильного окислительного агента, например MnO2, золото окисляется до Au3+; этот ион связывается с ионами хлора и образует устойчивый комплекс AuCl4-. Действительно, марганец, этот широко распространенный компонент земной коры, присутствует во многих месторождениях золота. Обогащение руд золотом около дневной поверхности указывает на то, что оно растворяется и переотлагается еще до механической эрозии. Процессы растворения и переотложения золота проявляются в образовании крупных золотинок в открытых трещинах и небольших полостях в верхних частях жил и прилегающих боковых породах.

Сурьма встречается в виде относительно устойчивых окисленных соединений: валентинита (Sb2O3), биндгеймита [Pb1-2Sb1-2(О, ОН, Н2О)6-7] и стибиоконита (называемого также сервантитом). Эти минералы трудно определимы, и из-за их сходства с окислом железа их часто принимают за лимонит. Тем не менее они установлены в зоне окисления на многих месторождениях. Если сурьма находится в сложных сульфоантимонидных минералах, то продукты окисления скорее всего тоже будут сложными. Реакция окисления антимонита протекает, вероятно, согласно следующим уравнениям:

Почти все соединения мышьяка в отличие от соединений сурьмы относительно растворимы и, следовательно, выносятся из зоны выветривания. Ничтожные количества редких арсенатов типа конихальцита [CaCuAsO4(OH)], устанавливаемые в окисленных медных рудах, отражают присутствие сульфоарсенидов в первичной руде, но в гумидном климате эти минералы растворяются вместе с сульфатами.

Окисные минералы также изменяются в процессе выветривания, но обычно скорость этих изменений меньше, чем у сульфидов. Хромит и ильменит сохраняются на выходах до тех пор, пока не выносятся механическим путем. Однако со временем они заметно окисляются или растворяются. На выходах магнетитовых месторождений обычно образуются мартит (Fe3O3), гематит и лимонит; во многих латеритных почвах устойчив магхемит (Fe2O3).

Скорость процессов окисления колеблется в широких пределах. Киноварь окисляется настолько медленно, что практически ее можно считать устойчивой на поверхностных выходах, хотя в термодинамическом отношении в поверхностных условиях она неустойчива. Галенит обычно предохраняется от окисления рубашкой англезита. В отличие от киновари и галенита отдельные сульфиды окисляются так быстро, что воспламеняются при соприкосновении с воздухом. На месторождениях массивных сульфидов, особенно пирротиновых и марказитовых, случаи горения колчедана не редкость; это происходит в результате самовозгорания. Горняки рудников Айрон-Ривер в штате Мичиган на собственном опыте поняли, что нужно оставлять слой железной руды на стенках очистных блоков, чтобы предотвратить загорание сильно пиритоносных черных сланцев. Окисление сульфидов вызывает повышение температуры горных пород и воздуха, что заставляет на некоторых шахтах для облегчения труда горняков подавать в горные выработки охлажденный воздух. При горении колчеданов процессы окисления и конечные продукты ничем не отличаются от процессов и результатов окисления сульфидов на поверхностных выходах. Вследствие окисления сульфидов образуются кислые воды; в некоторых районах рудничные воды бывают настолько кислыми, что разъедают рельсы и прожигают одежду горняков, сильно затрудняя работу людей и механизмов. При горении сульфидов, кроме того, образуются огромные количества ядовитых и сильно корродирующих паров двуокиси серы; в чрезвычайных случаях приходится затапливать шахты или замуровывать отдельные их штреки до тех пор, пока не израсходуется весь кислород или не догорят все горючие вещества. Горелые вмещающие породы обычно оказываются осветленными и измененными так, как если бы они в течение длительного времени выходили на дневную поверхность.

Выщелоченные, окисленные выходы выветрелых сульфидных залежей называются госсанами (т. е. железными шляпами, как и будем их называть ниже. — Ред.). Для геологов-рудников чрезвычайно важно знать о происхождении железных шляп как можно больше, так как в этих образованиях могут сохраниться весьма важные особенности, присущие нижележащим сульфидным телам. Например, можно узнать, залегают ли на глубине под железными шляпами сульфиды и, далее, представлена ли первичная минерализация только пиритом или же в пирите содержатся медные, цинковые, серебряные или какие-либо другие ценные сульфиды в концентрациях, представляющих практический интерес. Поэтому естественно, что предпринимались многочисленные попытки количественного изучения железных шляп. Критерии, по которым производится оценка железных шляп, не очень определенны и не всегда понятны. Здесь учитываются такие особенности, как форма полостей, ранее занятых сульфидами, текстура, структура и цвет лимонита, количество каолинита и других глинистых минералов, и, наконец, наличие небольших количеств продуктов окисления ценных металлов. Обычно особое внимание обращается на цвет лимонита и конфигурацию ящичных текстур (сетчатая текстура пористого вещества железной шляпы повторяет строение выщелоченных первичных сульфидных агрегатов). Уверенное применение результатов изучения железных шляп оказалось весьма ценным при разведке в некоторых районах; однако, чтобы уверенно применить эти данные, надо быть большим мастером и более детально знать рудные месторождения изучаемого района. Экстраполяция характерных признаков железных шляп из одной геологической обстановки на другую может привести к печальным результатам. Районные геологи или другие исследователи, изучавшие определенные районы в течение многих лет, при оценке железных шляп используют цвет и структуру лимонита, но редко производят количественное их изучение. Большинство геологов согласно с тем, что железные шляпы следует изучать со всей тщательностью; польза такого подхода очевидна. Ласи изучил продукты окисления на месторождении Яурикоча в Перу и смог связать отдельные окисленные минералы с исходными первичными минералами. Среди продуктов окисления он выделил остаточные и перемещенные вещества, которые в свою очередь подразделил по структурным признакам и по минералам, за счет которых они сформировались. В результате Ласи определил, какие железные шляпы развиваются на сульфидных телах, сложенных свинцово-цинковыми рудами, свинцово-цинково-медными рудами и медно-пиритовыми рудами, и какие — на массивных пиритовых залежах.

Наличие железной шляпы еще не означает, что на глубине будет залегать тело первичных сульфидов. При относительно низких значениях Eh и pH железо переходит в раствор в закисном состоянии и перемещается на значительные расстояния из зоны окисления. Там, где растворы сульфата закисного железа встречают известняк или какую-либо другую породу, содержащую сильные основания, кислота нейтрализуется, а железо осаждается в виде окиси или гидроокиси. Зоны перемещенных окислов железа данного типа называются ложными железными шляпами. Отсюда ясно, насколько важно различать ложные и истинные железные шляпы.

Еще одна немаловажная проблема для геологов-рудников — это глубина распространения процессов окисления. В тектонически стабильных регионах зона окисления обычно развивается до уровня грунтовых вод, особенно в том случае, когда вмещающие породы проницаемы. Ho современные тектонические движения, колебания уровня грунтовых вод или же слабая проницаемость окружающих пород обусловливают разнообразие в общей картине явлений окисления. Наиболее существенным фактором оказывается положение и постоянство уровня подземных вод, поскольку сульфиды, как правило, устойчивы в слабо щелочной, умеренно восстановительной обстановке, возникающей ниже уровня грунтовых вод. В гумидном климате зона сульфидов может оказаться всего лишь в нескольких футах ниже дневной поверхности. В условиях засушливого климата, когда зеркало подземных вод находится на большей глубине, нижняя граница окисления может отодвинуться на глубину до двух или трех тысяч футов. В отдельных случаях быстрое понижение уровня грунтовых вод приводит к тому, что часть сульфидов оказывается изолированной значительно выше зоны окисления. Такое явление особенно часто наблюдается в засушливых районах, где для окисления и растворения сульфидов не хватает воды.

Примером, характеризующим влияние проницаемости вмещающих пород на развитие процессов окисления, может служить месторождение Цумеб в Юго-Западной Африке. На этом месторождении имеется вертикальное трубообразное рудное тело, которое пересекает крутопадающие осадочные породы. Руды окислены на верхних и нижних горизонтах, а на средних — сохранились неизмененными. В данном случае глубинное окисление было вызвано подземными водами, циркулирующими по проницаемому, сильно трещиноватому пласту, который выходит на поверхность на некотором расстоянии от месторождения, а на глубине пересекается трубообразным рудным телом (фиг. 4.21). Неокисленная часть трубы защищена от подземных вод относительно непроницаемыми горизонтами осадочных пород. Хотя сульфиды и сохраняются в участках окисления, все же установлен довольно резкий скачок в величине отношения окисленных минералов к неокисленным. Между горизонтами 1200 и 2400 футов руды представлены главным образом сульфидами, тогда как выше и ниже этих уровней руды окислены. Окисление вдоль глубинного горизонта брекчированной породы настолько значительно, что нижние части трубы оказались окисленными в значительно большей степени, чем руды в приповерхностной зоне выветривания.

Нисходящие воды с растворенными в них компонентами распределяются по вертикали в соответстви и со своими плотностями, что приводит к возникновению своего рода стратификации воды. Вот почему в определенных местах, где трудно допустить возможность глубинной циркуляции подземных вод, образуются концентрации продуктов окисления. Примером могут служить тяжелые минерализованные и, вероятно, насыщенные кислородом воды, залегающие ниже уровня подземных вод.

Считается, что многие тонкозернистые окислы, силикаты и карбонаты зоны окисления были перенесены в виде коллоидов. К типичным образованиям этого типа относятся опал и халцедон, смитсонит, почковидные гематит и лимонит, гидроокислы алюминия и окислы марганца. Хорошим примером служит вад, аморфная или скрытокристаллическая разность окиси марганца, которая часто встречается в остаточных месторождениях. Отдельные разности вада не вызывают дифракции рентгеновских лучей, и, таким образом, они все еще находятся в коллоидном состоянии. Вад не имеет определенного состава, поскольку коллоидный гель стремится адсорбировать многие элементы. В отличие от большинства окисных коллоидов коллоидные окислы марганца несут отрицательный заряд и, следовательно, могут захватывать из раствора катионы других металлов. Во многих месторождениях вада обычно устанавливается в небольшом количестве никель; отмечалось также присутствие меди, кобальта и барита. В марганцевых окислах округа Токантинс (Бразилия) содержится до 4% кобальта. Согласно Хьюитту, наличие вольфрама, стронция и некоторых других металлов указывает на связь подобных образований с гидротермальными, и что наиболее вероятно, магматогенными процессами.