Происхождение железосодержащих осадков » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Происхождение железосодержащих осадков

31.07.2021

Происхождение железосодержащих осадков является одним из наиболее спорных вопросов петрологии осадочных пород (рис.11-26). До сих пор не существует приемлемой модели отложения железняков и железистых кварцитов, хотя все основные классы железосодержащих минералов отлагаются и в настоящее время, и изучение процессов, ведущих к их формированию, может дать ключ к разгадке происхождения крупных скоплений в древности. Сернистое железо в современных условиях обнаружено в некоторых черных илах, отложившихся в сильно восстановительной среде. Сидерит является компонентом некоторых болотных железных руд в озерах и болотах. Глауконит, очевидно, образуется в настоящее время в Монтерей-Бей, Калифорния. Окислы железа накапливаются в современных озерах и болотах, в латеритовых почвах тропиков (местами пизолитовые) и в виде оолитов на дне Северного моря. Ни одно из этих скоплений по масштабу не сопоставимо с отложениями древних геологических разрезов, как несопоставимы по объему современные отложения кремня или эвапоритов со скоплениями этих же материалов в геологическом прошлом. Однако современные отложения свидетельствуют о том, что возможны перенос железа и отложение его в виде сульфидов, силикатов или окислов, как это происходило в прошлом.
Происхождение железосодержащих осадков

Хотя можно считать общепринятым мнение о том, что обогащенные железом осадки являются химически осажденными породами (если не учитывать влияния биологического фактора, вероятно, в случае с сульфидами и окислами), существуют большие разногласия относительно химической обстановки их осаждения, их палеогеографического значения и источника поступления железа. Две господствующие точки зрения по вопросу об источнике железа можно кратко выразить так: снизу и сверху. Согласно первой концепции, железо (и кремнезем кремневых отложений) образовалось из вулканического источника либо в результате эксгаляций — пара и вулканических вод, либо при выпадении вулканического материала при подводных извержениях. Эта точка зрения, ранее сформулированная Ван-Хайзом и Лейтом и поддержанная Олдричем и другими, получила новое подтверждение в работах Тантона, Гилда, Гудвина, Офтедала, Хардера, Трендалла и Лa Бержа. Другая концепция, вероятно более актуальная, допускает, что извлечение, перенос и концентрацию железа из смежных материковых областей могли обеспечить поверхностные процессы. Эту точку зрения, ранее высказанную Грюнером, Муром и Мейнардом, в последние годы защищают Сакамото, Джеймс, Уайт, Александров, Хаф, Хьюбер, Лепп и Голдич и Говетт. Недавно Борхерт предложил теорию «изнутри», предусматривающую внутрибассейновое перераспределение железа в результате диагенетического процесса сегрегации — точка зрения, близкая к высказанной Кайе, считавшим железняки продуктом диагенетических изменений первичных известковых отложений.

Обращение к вулканизму как к источнику железа (и кремнезема) диктуется предполагаемым несоответствием масштабов обычных процессов объемам поставляемого и переносимого железа. Свидетельством в пользу вулканических источников служит предполагаемая тесная связь во времени и в пространстве осаждения железа и вулканизма. Существуют неоспоримые примеры переслаивания железистых кварцитов и вулканических пород и даже в отдельных случаях реликтовой оскольчатой структуры в некоторых стильпномелановых пластах, что дает основание предполагать образование этого минерала в результате выпадения богатого железом вулканического пепла. Большая часть более поздних железистых кварцитов и многие (если не большинство) докембрийские осадки не встречаются вместе с вулканическими породами того же возраста. Если можно доказать, что поверхностные процессы в состоянии обеспечить поступление железа (и кремнезема), тогда не будет необходимости связывать его с вулканизмом.

Как отмечали Грюнер, Джилл и Джеймс, содержание железа и кремнезема в водных потоках в тропических и субтропических регионах достаточно высокое, чтобы обеспечить отложение железистых кварцитов. Как отмечал Грюнер, Амазонка при содержании железа в воде 3 мг/л способна перенести 1 940 000 млн. т железа за 176 000 лет, количество, примерно равное содержанию в формации Бивабик в Миннесоте.

Перенос железа также представляет собой проблему. Необходимы какие-то способы выделения железа из почвы, переноса его на место отложения и отделения его от других материалов, которыми оно было соединено, — кластических обломков и известковых отложений. Соединения окисного железа обычно нерастворимы; окислы и гидроокислы железа имеют тенденцию накапливаться в почве и при некоторых условиях образуют латеритовые отложения,— нерастворимый остаток при выветривании. Несмотря на легкую растворимость солей закисного железа, таких как Fe(HCO3)2, они неустойчивы в присутствии кислорода и склонны к гидролизу и осаждению. Учитывая эти соображения, некоторые авторы для объяснения широкого переноса и осаждения сидеритового железа в докембрии предполагают существование восстановительной атмосферы. Такая крайняя точка зрения представляется ненужной, так как железо переносилось и отлагалось с образованием железняков в морских водах и в последующие геологические эпохи, когда, как показывает изучение окаменелостей, существовала богатая фауна и флора, для которой требовалось аэробная среда.

Myp и Мейнард показали, что железо переносится не в виде бикарбоната двухвалентного железа поверхностными водами, а преимущественно в виде гидрозоля трехвалентного (окисного) железа, стабилизированного органическими коллоидами, а также в меньшей степени в форме солей органических кислот или в адсорбированном органическими коллоидами виде. Почти 36 мг/л окисного железа может удерживаться в коллоидном растворе при наличии 16 мгм/л органического вещества. Весьма вероятно, что основная масса железа в настоящее время переносится в форме коллоидной окиси железа и большая часть ее неразрывно связана с фракцией глинистых минералов. Железо, перенесенное таким образом, может быть высвобождено в восстановительных условиях и может участвовать в образовании таких минералов, как глауконит и шамозит. Такая концепция переноса и высвобождения является, следовательно, аспектом процесса диагенетического перераспределения (изнутри) — процесса, который Джеймс считал количественно недостаточным для образования железистых кварцитов.

Джеймс отмечает, что в современных условиях железо, выщелачиваемое из пород смежной суши, переносится бикарбонатными грунтовыми водами с низкими Eh и pH в озера или болота, где оно осаждается с образованием сидеритовых или окисных отложений. Он считает, что с помощью этого механизма, действующего в более крупном масштабе, железо переносилось в до какой-то степени ограниченные бассейны прошлого и осаждалось в соответствии с превалировавшими условиями Eh и pH. Предполагается, что грунтовыми водами переносился кремнезем, за счет которого образовалась кремневая формация в бассейне оз. Магади в Центральной Африке; этот механизм предполагается даже для бассейнов накопления железосодержащих осадков докембрия. Этот механизм мог действовать во время осаждения фанерозойских железняков, но Джеймс считал, что для процессов таких масштабов и огромного объема кремня в докембрийских отложениях требуется другой способ образования.

Неясно, существует ли вообще проблема переноса железа, поскольку, как отмечал Джеймс, для скопления железистых кварцитов необходима только выдержанность химических условий, регулирующих их осаждение; ни повышенная концентрация, ни избыточное количество железа в водах в данное время не нужны. Аномальное скопление известкового карбоната на Багамских банках является продуктом локализованного химического (и биохимического) осаждения из морской воды, в которой содержание кальция очень мало отличается от содержания его на участках, где не происходило отложения этого элемента. Для широко распространенных отложений кремнистого ила на дне моря не требуется ни необычный источник, ни аномальная концентрация кремнезема. Железо присутствует в океанических водах и может вступать в реакции с образованием глауконита. Так происходило в меловое время, когда образовались пласты зеленого песка мощностью 12 м в Нью-Джерси. Нет оснований считать, что силикаты железа (гриналит или шамозит) не накапливались в прошлом, поскольку глауконит накапливается в настоящее время в пласты мощностью от 12 до 120 м, если геологически стабильная обстановка сохранялась достаточно долго.

Форма, в которой осаждается железо, даже в виде карбоната закисного железа, является функцией местных условий аккумуляции, а не способа переноса железа. Местные восстановительные условия, несмотря на кислородную атмосферу, в настоящее время широко распространены и даже известно образование сульфида закисного железа в этих условиях. Состав осажденного железа зависит от окислительновосстановительного потенциала (Eh). Эксперименты, проведенные Kacтеньо и Гаррелсом, и геологические наблюдения показывают, что стабильность некоторых железосодержащих минералов больше зависит от окислительно-восстановительного потенциала, чем от водородного показателя (pH) среды, с которой они контактируют (рис. 11-27). При наиболее низком потенциале образуется только сульфид железа, при несколько более высоком потенциале стабильным является закисный карбонат. В условиях полного окисления образуются гидроокислы окисного железа. Для образования магнетита требуется, по-видимому, более низкий потенциал, чем для других окислов. Стабильность различных железистых силикатов менее ясна. По-видимому, они образуются в широком интервале значений Eh, поскольку в них отмечается различное соотношение FeО/F2О3. Согласно Теодоровичу, хлориты железа образуются в нейтральной зоне, тогда как для образования глауконита требуется слабоокислительная обстановка.

Встречающиеся в природе ассоциации (минеральные фации) подтверждают экспериментальные данные и теоретические построения. Сульфиды встречаются в чистом виде или в ассоциации с сидеритом; силикаты ассоциируют с сидеритом и магнетитом; окислы встречаются или сами по себе, или с силикатами (как в случае магнетита). Окислам (и некоторым силикатам, таким как глауконит) присущи такие особенности, как оолиты и гранулы и ассоциация с зернами кварцевого песка, которые указывают на турбулентность — условие, более вероятное в аэробной, чем в анаэробной среде. Отсутствие этих признаков или ассоциаций в сульфидных либо карбонатных фациях явно указывает на то, что фации окислов и силикатов не являются простыми диагенетическими модификациями сульфидов и карбонатов; это также свидетельствует о том, что сульфиды и карбонаты были образованы в совершенно разных фациальных условиях. Ряд исследователей показали связь, между несколькими фациями железняков и физико-химическими условиями. Пока не создано полной схемы основных фаций, латерально переходящих одна в другую, как показано на рис. 11-28, однако для многих площадей выявлены частичные схемы, заключающиеся в изохронном переходе одной фации в другую: окислов в шамозит в Клинтоне, гематита в магнетит, силикат и карбонат на участке Уобаш-Лейк.

Трудно оценить роль организмов в формировании железняков и. кремней. Хотя известно, что бактерии участвуют в осаждении железа, нет точных доказательств того, что они играли определяющую роль в формировании железосодержащих формаций. Хардер связывал многие отложения гидроокислов железа с деятельностью бактерий. Хотя некоторые болотные руды могут быть бактериальными по происхождению и некоторые сульфиды железа являются продуктом деятельности сульфатовосстанавливающих бактерий, однако бактерии не осаждают железистые карбонаты или железистые силикаты. А, поскольку главными компонентами наиболее крупных железосодержащих отложений являются карбонаты и силикаты, роль бактерий в формировании богатых железом осадков может быть довольно незначительной.

Как отмечено в предыдущем разделе, радиолярии и другие организмы осаждают кремнезем. Неясно, какую роль они играют (если играют) в осаждении кремня, ассоциирующего с железистыми кварцитами. В этих породах не было обнаружено неоспоримых радиоляриевых остатков, хотя они содержат предполагаемые примитивные водорослевые формы. По-видимому, кремневые строматолиты имеют органическое происхождение, но, какую роль играют водоросли в осаждении кремнезема, неясно.

Главной проблемой в осаждении железа, по-видимому, является определение условий, которые позволяют осаждаться соединениям железа, но препятствуют осаждению извести и замедляют привнос пластических осадков в бассейн осадконакопления. Отсутствие или малый объем кластического материала объясняется, если рельеф местности очень сглаженный или если материал отложился где-либо еще, т. е. если бассейн был «угнетенным». Отсутствие окиси кальция, вероятно, связано с низким PH. Седиментация железа частично отмечена в прибрежных зонах, где вода была солоноватая или по меньшей мере более пресная, чем в открытом море.

Большие дискуссии велись по вопросу об установлении природы бассейна отложения. Многие железняки были образованы в близких к морским, если не полностью морских условиях, на что указывают содержащиеся в них окаменелости. По некоторым из них предполагается, что докембрийские полосчатые железистые кварциты отложились в совершенно пресноводном озере; этот вывод объясняет механизм образования ритмического залегания различных железистых минералов и кремня. Переслаивание объяснялось сезонными перемешиваниями озерных вод, в которых кремнезем осаждался в нижних более кислых слоях воды в летнее время, а железо осаждалось в зимнее время, когда озерные воды перемешивались и становились насыщенными кислородом. Сакамото также объяснял слоистость сезонными изменениями химического состава вод, при этом железо осаждалось в сухой период, а кремнезем отлагался в сезон дождей. Большинство исследователей, однако, ратуют за морские условия, несколько ограниченные или изолированные от открытого моря барьером. Происхождение ритмичности кремневых слоев удовлетворительного объяснения пока не получило. Подобная ритмичность обнаружена также в кремнях верхнемеловой толщи в Англии, в пластовых кремнях она считается результатом диагенетической сегрегации.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: