ГлавнаяОбычно деляг полезные ископаемые на две группы — металлические и неметаллические или, по другой терминологии, рудные и нерудные. К первым относятся те, из которых обычно теми или иными металлургическими способами получается металл (руды железа, меди, цинка, серебра и т. д.). Кo вторым — такие, которые употребляются в непереработанном виде или в виде новых химических соединений, которые из них получаются, — солей, кислот; часто их перерабатывают только физическими методами (дробление, обогащение и т. д.).
В ряде случаев одно и то же полезное ископаемое может служить для извлечения из него металла и может употребляться без такой переработки. Так, бокситы служат для извлечения из них алюминия и в то же время являются источником абразивного сырья; точно так же каолины в настоящее время являются не только основным объектом фарфоровой промышленности, но могут быть также источником алюминия. По мере развития технических знаний постепенно в круг полезных ископаемых вводятся все новые и новые объекты с совершенно новыми перспективами. Так, например, если доломиты до сих пор играли роль неметаллического сырья, в настоящее время стоит на очереди вопрос об извлечении из них металлического магния. Точно так же бериллиевые руды используются и для получения окиси бериллия как ценного огнеупорного материала (заменяющего платину) и для извлечения из них металлического бериллия, более легкого и более ценного для воздухоплавания, чем алюминий.
Распространение как металлических, так и неметаллических ископаемых теснейшим образом связано с характером горных пород, в которых они находятся, прежде всего пород магматических, наиболее активных агентов в деле концентрации рассеянных элементов. Эта концентрация в отдельных участках земной коры создает такие большие скопления полезных ископаемых, что они могут получить важное промышленное значение.
Наряду с магматическими породами огромную роль в деле концентрации отдельных типов руд и определенных металлов или же металлических полезных ископаемых играют поверхностные агенты, среди них в первую очередь организмы. Насколько велика на глубинах роль магм для концентрации металлических и неметаллических полезных ископаемых, настолько же велика на поверхности земли роль организмов, в ряде случаев микроорганизмов (например, для концентрации CaCO3, фосфора, железа, марганца и др.).
Как концентрация элементов и их соединений, так и процесс их рассеяния протекали в зависимости от трех основных факторов — температуры, давления и времени; все три фактора играют роль и на глубинах земной коры, и на поверхности земли.
Степень рассеяния различных элементов в земной коре видна из таблицы Вернадского.
При чрезвычайной рассеянности имеющих важнейшее значение для современной техники металлов, идут процессы, ведущие к концентрации их в ряде мест не только в сотых или десятых долях процента, но и в единицах и десятках процентов, например Zn из V декады, Hg из VI декады, Sb из VII декады и т. д. Техника принимает меры к использованию не этих металлов и металлоидов, которые хотя и присутствуют в огромных количествах в земной коре, но слишком рассеяны в ней, а тех, которые присутствуют в значительно большей концентрации, к числу которых принадлежат главным образом элементы в I и II декадах (Al, Fe, Mg и др.).
На основании вышеизложенного можно выделить три основных цикла в образовании горных пород:I. Цикл охлаждения магмы (магматического бассейна). Процессы идут при высоких температурах, обычно выше 800°, иногда и несколько ниже, ври разных давлениях — от 3000—5000 атм на больших глубинах до 10—0 атм, на малых глубинах, когда магма выливается в виде лавы на поверхность земли.
II. Цикл перемещения элементов и их соединений на поверхности земли под влиянием климатических условий. При малом давлении и низкой температуре на поверхности земли идут процессы совершенно иного рода, чем на глубине. В результате образуются новые соединения, происходят новые процессы концентрации тех или иных элементов в зависимости от содержания воды в атмосфере, температуры, содержания солей в воде подвижных и неподвижных бассейнов на поверхности земли или в подземных водах. При этом органическое вещество играет огромную роль, меняющуюся в зависимости от климатических условий (крупные выделения CaCO3 в тропических и субтропических частях океанов, крупные выделения SiO2 в частях водных бассейнов, располагающихся ближе к полюсам).
III. Цикл метаморфический. Этот цикл связан с преобразованием горных пород, полезных ископаемых и их скоплений, образовавшихся в I и II циклах; с другой стороны, он ведет к накоплению в этих же породах новых веществ, главным образом в результате процессов I цикла — так называемых эпимагматических (пегматитовых, пневматолитических, гидротермальных).
С этими тремя циклами связан и процесс концентрации тех или иных элементов и их соединений.
В процессе дифференциации получаются два типа магм: 1) гранитные (кислые) и 2) габброидно-базальтовые (основные). Дифференциация такого рода сопровождается дифференциацией элементов, рассеянных в магме в ничтожных количествах; одновременно идет концентрация минерализаторов в гранитных магмах и уменьшение их содержания в магмах базальтовых.
Гранитные магмы, получившиеся как продукт дифференциации первичной магмы, скопляют в себе значительное количество минерализаторов, что вполне естественно в связи с малым удельным весом кислых магм, занимающих обычно более высокие горизонты в земной коре. Одновременно минерализаторы, дающие ряд легко подвижных соединений (например галоидных) с различными металлами, облегчают передвижение последних в места скопления кислых магм, среди которых H2O играет видную роль.
В результате происходит своего рода дифференциация ряда сильно рассеянных элементов по их подвижности: они распределяются характерным образом. Из числа наиболее важных для техники элементов одни скопляются в кислых, другие в основных магмах (могут быть в некоторых случаях и исключения, когда те или иные металлы задерживаются в магме, для которой присутствие их не свойственно).
Основные магмы: Cr, Pt, металлы группы платины, Ni, Co, V, Fe, Mn, Ti, Cu, Mg.
Кислые магмы: Pb, Zn, Ag, Au, Sn, W, Mo, Be, Sb, Hg, Cu, Ra, U, Nb, Ta, Ce, La, Di, Li, Rb, Cs, Ba, Ti и др., наряду с породообразующими Na, К, Al, Si, отчасти Ca.
В тесной связи с этим характерным распределением металлов по типам магм идет и распределение металлоидов, которые образуют ряд минералов, играющих роль неметаллических ископаемых. Часто с кислыми магмами связано присутствие таких металлоидов, как F, Cl, Br, В, выпадающих обычно в виде чрезвычайно трудно растворимых соединений (плавиковый шпат, барит и др.).
В основных магмах при малом количестве минерализаторов идут процессы концентрации тяжелых металлов (обычно в магмах габброидно-базальтовых). Так как в образующихся растворах тяжелые металлы или их соединения сравнительно мало подвижны, они накапливаются постепенно в самой магме, образуя в ней по большей части шлиры различной величины и обычно крайне неправильной формы, реже выходят за пределы магмы на большие расстояния. После остывания мы находим эти руды внутри основной горной породы.
В кислых магмах происходит концентрация полезных ископаемых частью внутри магмы, в особенности в пегматитах, частью в трещинах кристаллизующейся породы, в виде пневматолитовых образований. Обычно же легкоподвижные части магмы удаляются на более или менее значительные расстояния от магматического бассейна. В местах, непосредственно прилегающих к магме, они образуют в трещинах пневматолитовые месторождения, а если трещины отсутствуют, путем пропитывания окружающих пород они образуют контактно-метаморфические месторождення. Кроме того, они выполняют трещины в более отдаленных от магмы местах, образуя при температуре ниже 375° гидротермальные месторождения. Среди последних можно различать: 1) жильные — в случае выполнения трещин; 2) метасоматические — в случае выполнения пустот, которые образуются в более растворимых, но преимуществу карбонатных породах при их выщелачивании горячими водными растворами и в которых из этих растворов отлагаются те или иные полезные ископаемые.
В конце концов получается такая классификация полезных ископаемых как металлических, так и неметаллических:
I. Магматические месторождения
А. Связанные с глубинными породами
1. Рассеянные в дифференцированной магме (кристаллизационные диференциаты).
2. Дифференцированные и концентрированные в самой магме (продукты ликвации).
3. Пегматитовые.
Б. Эпимагматические (связанные с магмой и процессами ее охлаждения).
1. Инъекционные (отпрессованные) дифференциаты.
2. Контактно-метаморфические.
3. Пневматолитовые (700—375°).
4. Гидротермальные (ниже 375°):
а) гипотернальные (375—300°);
б) мезотермальные (300—200°);
в) эпитермальные (ниже 200°).
В. Связанные с излившимися породами
1. Образования внутримагматической стадии.
2. Вулканически-газовые.
3. Гидротермальные:
а) золото-серебряные;
б) свинцово-цинково-медные;
в) ртутно-сурьмяные.
4. Смешанные экструзивно-осадочные образования.
II. Осадочные месторождения
1. Первичные.
2. Россыпи.
III. Метаморфические месторождения
Рассеянные месторождения в основных породах. Наиболее типичны из них месторождения платины и элементов платиновой группы (Os, Jr, Pd и др.), рассеянные в виде мелких, часто скелетных кристаллов в основных и ультраосновных породах. Известны на Урале в дунитах и в Южной Африке в районе Бушвельда (в норитах) и в Лиденбурге (в дунитах).
Алмаз присутствует исключительно в ультраосновных породах и их туфах: в кимберлитах Южной Африки и Арканзаса (CША), в серпентинитах Бразилии, в перидотитах Тасмании. К тем же породам должны быть приурочены, невидимому, и поиски алмазов.
В результате автометаморфизма в тех же ультраосновных породах при их серпентинизации происходит образование ценнейшего полезного ископаемого — асбеста, как, например, на Урале, в Канаде, Южной Африке и т. д.
Полезные ископаемые, диференцированные и концентрированные в основной магме. В ряде случаев в основных и ультраосновных породах происходит концентрация: 1) сернистых к 2) окисных соединений.
К сернистым соединениям принадлежит пирротин, используемый главным образом в связи с содержанием в нем никеля. К числу крупнейших месторождений колчедана, содержащего никель и одновременно наибольшие количества платины, кобальта, меди и других элементов, относится лополит норитовых нород в районе Седбери (Канада), в Норвегии. Очень часто в габбро-норитовых интрузиях наблюдаются первичные выделения в виде шлиров медного колчедана, обычно вместе с пиритом, содержащего медь с никелем и кобальтом. Характерно, что чистые выделения магнитного колчедана, медного колчедана, пестрой медной руды наиболее часто встречаются в габбро-норитовых породах, не содержащих оливина, иногда также в диоритах.
Окиснью соединения, также образующие шлиры, представлены хромистым железняком, широко распространенным в Среднем и Южном Урале, на Северном Кавказе л в других местах. Эти руды тесно связаны почти исключительно с габбро-норитовыми породами, содержащими либо гиперстен, либо оливин.
Титано-магнетиты иногда находятся в связи с габбро-норитовыми породами. Ho по большей части они связаны с более кислыми породами.
Для некоторых магнетитовых пород, связанных с габбро-норитовыми породами, характерно присутствие ванадия (Таберг в Швеции).
Инъекционные месторождения в связи с основными породами встречаются очень редко. К числу их принадлежат некоторые месторождення пирротина (Воденмайс в Баварии).
С основными породами и продуктами их преобразования теснейшим образом связаны месторождения магнезитов.
Точно так же талькиты и тальковые сланцы, играющие роль как прекрасный огнеупорный материал, благодаря своей мягкости легко поддающийся резке, образуются из основных и ультраосновных пород и находятся в областях их развития (огромные месторождения на значительной площади Урала). Особенно чистые белые разности талька высоко ценятся в парфюмерной промышленности для изготовления пудры, в писчебумажной и т. д.
Несравненно большее число полезных ископаемых, как металлических, так и неметаллических, связано с магмами кислыми и генетически близкими к ним средними, главным образом глубинными (гранитами, сиенитами), частью и излившимися (кварцевыми порфирами, ортофирами и др.).
В кислых породах мы иногда находим магматические месторождения, в которых полезные ископаемые рассеяны более или менее равномерно (например, оловянный камень в некоторых гранитах).
Чаще мы находим в этих породах окисные железные руды, именно магнетитовые. Ряд месторождений Урала связан своим происхождением с сиенит-порфирами, среди которых они образуют частью неправильной формы, частью как бы пластообразные шлиры.
В пегматитовых месторождениях, связанных обычно с кислыми магмами, находим в ряде случаев редкие металлы — Sn, Li, Rb, Cs, Ta, Nb, Ce, La, Di, U, Ra и др.
В других случаях в этих же месторождениях находим также неметаллические ископаемые, к которым относятся объекты, с одной стороны, керамической (фарфоровой) промышленности, с другой — электропромышленности.
К объектам керамической промышленности относятся прежде всего полевой шпат и кварц. Особенно высоко ценится более низкоплавкий калиевый полевой шпат, который почти не содержит ни слюды, ни окислов железа (не свыше 0,2%) и мало содержит кварца; кварц должен быть чисто белым. Крупные накопления нолевых пшатов и пегматитов имеются на Урале и в ряде мест Украины. Большое значение имеет для керамической промышленности нефелин.
Огромное значение для электропромышленности имеет мусковит, образующий крупные кристаллы, совершенно чистые и прозрачные, в несколько сантиметров и дециметров в поперечнике.
В контактах кислых пород с осадочными нередко образуются контактно-метаморфические месторождения, достигающие особенно крупных размеров, когда осадочные породы представлены известняками. Последние часто перекристаллизовываются в селикатные известняки, содержащие, как мы видели ранее, гранат, диопсид, амфиболы, минералы группы эпидота, везувианы, скаполиты и др.
В этих же месторождениях находим руды коренного золота — в частности там, где гранито-сиенит находится в контакте с известняком; магнетитовые руды этого типа (в контакте известняков с гранитами) имеются на Урале и в Закавказье. Руды медного колчедана имеются в ряде месторождений Урала.
К этому же типу месторождений относится и образование крупных кристаллов флогопита, ценного сырья для электропромышленности, также довольно крупное месторождение чешуйчатого графита в контактах между нефелиновыми сиенитами и кристаллическими известняками (в Восточной Сибири).
Пневматолитовые месторождения, связанные с кислыми магмами, главным образом с гранитами, содержат оловянный камень, вольфрамит, молибденит, берилл.
Крупное значение имеют связанные обычно с кислыми магмами гидротермальные месторождения, в которых присутствуют как металлические, так и неметаллические полезные ископаемые. В зависимости от глубины образования гидротермальные месторождения имеют различные типы, каждый из которых имеет характерный для него комплекс минералов.
В гипотермальных месторождениях нередко скопляется самородное золото в серном колчедане, в мышьяковом колчедане, медь в медно-турмалиновых рудах (Телемаркен в Норвегин и др.), серебро, свинец и цинк, ртуть (Австралия). Эти месторождения характеризуются большей частью присутствием в них турмалина, указывающего на образование этих руд при высокой температуре.
В мезотермальных месторождениях часто присутствует золото. К числу их относятся золото-кварцевые месторождения Калифорнии, связанные с огромными батолитами гранодиорита, золото-кварцевые месторождения в Сибири. Видную роль в образовании этих месторождений играли граниты (полиметаллические руды, со свинцом, цинком, серебром, медью и золотом). Также связаны с гранитными интрузиями месторождения ртути, олова.
С этими месторождениями связаны неметаллические ископаемые, именно барит (Урал, Грузия, Азербайджан), плавиковый шпат (Забайкалье и Средняя Азия).
К эпитермальным относятся месторождения ртути и сурьмы (Донбасс), золота с теллуром, селеном и др. в различных странах (США, Суматра и др.), серебра (Мексика), полиметаллических руд (Венгрия, США, Япония и др.).
При разрушении кислых и основных магматических пород образуются различные полезные ископаемые, в том числе первичные каолины, главным образом за счет гранитов, мигматитов, частью габбро-норитовых пород с тем отличием, что первые обычно содержат до 50% кварца, в то время как последние содержат иногда до 5% ильменита. Наиболее крупные месторождения таких первичных каолинов имеются в южной полосе России.
Среди осадочных пород в одних случаях третичного, в других — юрского возраста скопляются часто огромные количества оолитовых бурых железняков, в которых, наряду с марганцем и фосфором, присутствуют также и различные редкие элементы. При сравнительно малом (часто около 40%) содержании железа, эти месторождения обладают, однако, крупнейшими запасами железных руд (миллиарды тонн), так как пользуются чрезвычайно широким распространением.
К осадочным породам третичного возраста приурочены также крупнейшие месторождения марганцевых руд.
К осадочным отложениям приурочены и разнообразные другие руды — меди, золота, платины и т. д. Огромны запасы в осадочных породах горючих ископаемых (каменные и другие угли, нефть, горючие газы).
С осадочными породами тесно связаны разнообразнейшие виды каменных строительных материалов: известняки, мергели, в частности цементные, крайне разнообразного состава и качества, глины, пески, трепелы.
По существу, почти каждая осадочная порода при достаточно удобных условиях залегания может быть использована для той или иной отрасли промышленности.
С метаморфическими породами также связаны крупнейшие месторождения железных руд с неисчерпаемыми запасами в докембрийских образованиях. Разнообразны виды неметаллических полезных ископаемых, приуроченных к тем же породам. Таковы, например, крупнейшие месторождения графитов разных типов от тонкочешуйчатых до крупночешуйчатых. Ценнейшими среди этих ископаемых являются корунды, кианиты, изумрудно-биотитовые сланцы, асбест.