Железные породы

К железным породам относят природные образования, содержащие более 10% железа. Железистые (железные) породы бывают сложены гидрооксидами железа (гетит FeOOH, гидрогетит, или лимонит FeO·OH·xH₂O, при х=от 1 до 4), oксидами железа (в основном гематит Fe₂O₃, а в некоторых породах магнетит Fe₃O₄), реже фосфатами (вивианит Fe₃[PO₄]·8H₂O, керченит Fe₃²⁺Fe₆³⁺ (OH)₆[PO₄]·18H₂O), а также шамозитом или причислявшемуся к нему ранее бертьерином (Fe²⁺,Mg)_2,3(Fe³⁺,Al)_0,7(SiO_1,4,Al_0,6)O₅(OH)₁₀. Редко встречающиеся сидеритовые руды, сложенные одноименным минералом сидеритом FeCO₃, О.В. Япаскурт (2008) характеризует как один из видов карбонатных пород, залегающих чаще в виде конкреционных стяжений в глинах, аргиллитах, алевролитах, иногда в песчаниках и углях. Другие авторы Б.К. Прошляков, В.Г. Кузнецов (1991) рассматривают их в ранге железистых пород.

Железистые породы морфологически и генетически многотипны. Их структурно-текстурная приуроченность тоже различная. Наиболее контрастно различаются руды континентальных (включая окраинно-морские) и океанических блоков земной коры. Континентальные по своему составу и генезису группируются в три категории: 1) генетически связанные с вулканизмом; 2) чисто осадочные фанерозойские железняки; 3) осадочные глубокометаморфизованные докембрийские (джеспилиты, или железистые кварциты).

Железистые кварциты (джеспилиты) – метаморфизованные осадочные железные руды докембрия имеют в основном либо кварцево-гематитовый, либо кварцево-магнетитовый составы и крупнозернистые гранобластовые структуры. Признаки седиментогенных структур у них совершенно утрачены, однако текстуры сохранились отчетливо: характерная полосчатость, унаследовавшая первичную горизонтальную слоистость, представленная чередованием тонких слойков кварца обогащенного магнетитом, кварца и иногда чистого магнетита, гематита. Окраска полосчатая – чередование белых и цветных полос (розовых, вишневых, черных). Эти породы залегают среди различных кристаллических сланцев, порфироидов, порфиритоидов, мраморов, гнейсов.

Бурые железняки – представляют собой смесь гидроксидов железа (гетит, гидрогетит, лимонит), содержащих примесь глинистых минералов, кварца, окисных марганцевых минералов и др. Цвет бурый, красновато-бурый, оранжевато-желтый. Встречаются в виде землистых масс, оолитов, бобовин. Могут быть рыхлыми, пористыми, плотными, массивными. Образуются в озерах, болотах на континенте и морских условиях.

Сидеритовые породы – редкое железорудное сырье. Состоят из сидерита, содержат много примесей – песчаный, алевритовый и глинистый материал, карбонаты кальция, магнитя и т.д. Породы внешне плотные, тонкозернистой или оолитовой структуры. Окраска серая различной интенсивности. При выходе на поверхность окисляются и приобретают бурый цвет. Образуются на стадии диагенеза в щелочной, восстановительной обстановке морских и пресноводных водоемов.

Образование известных мощных залежей сидеритовых руд на Бакальском месторождении объясняется процессами метасоматического замещения известняков и доломитов на конечных этапах подстадии глубинного катагенеза (по Л.В. Анфимову, 1997). Мощные толщи рифейских глинистых пород изначально смектитового состава на этапе их превращения в аргиллиты и глинистые сланцы обеднялись Fe²⁺ и Mg²⁺ за счет массового выноса этих элементов из кристаллических решеток смектитов. Из этих же глин поступали массовые количества элизионной H₂O прогретой до 100°С и выше (высокие давления препятствовали фазовым переходам жидкости в пар). Сформированные таким образом металлоносные гидротермы устремлялись в область пониженных давлений – через зоны разрывов в пласты-коллекторы пористых известняков. Там, остывая, гидротермы обеспечивали реакции метасоматоза, которые и формировали рудные сидеритовые тела.

Силикатные шамозитовые породы, состоящие из минерала шамозита Fe₄Al(Si₃AlO₁₀)(OH)₆ nH₂O и примеси глинистого материала, карбонатов и оксидов железа. Серовато-зеленая, зеленовато-черная окраска при наличии оксидов железа коричневая, буровато-черная. Структура породы оолитовая, пизолитовая, тонкокристаллическая. Шамозит образуется химическим путем в прибрежноморских и континентальных условиях, в восстановительной обстановке.

Генезис железных пород по Н.В. Логвиненко (1984). Выветривание кристаллических пород с минералами железа и переходом его в гидроокись. Гидроксиды (Fe(OH)₃)железа перемещаются в виде механических взвеси и коллоидов. Частично перенос происходит в виде сульфатов и бикарбонатов закисного железа. Последующее осаждение в водоемах по законам механической дифференциации и гидродинамики бассейна. Из-за малых размеров взвесей и коллоидов железа наибольшие концентрации в глинистых осадках.

В лагунно-заливных условиях в восстановительной среде возникают хлоритовые и сидеритовые руды. В озерах и болотах севера окисные бобовые руды. В болотах и торфяниках в восстановительной обстановке сидеритовые стяжения и конкреции. Оолитовые гидрогетит-лептохлорито-сидеритовые руды образуются в речных, дельтовых и лиманных осадках, например, олигоценовые руды Приалалья.

О.В. Япаскурт (2008) дает следующую трактовку в формировании фанерозойских осадочных железняков, приуроченных к корам выветривания (некоторые обогащенные Fe³⁺латериты причисляют к железной руде), а чаще – к отложениям болотно-озерных, аллювиально-дельтовых, лагунных и мелководно-морских фаций, с остатками флоры и фауны, свойственной гумидному климату (не обязательно тропическому; нередко к умеренному или холодному). Они отличаются от иных типов железных руд преимущественно оолитовым строением. Оолиты состоят в основном из гетита, бертьерина или обоих этих минералов. В виде редких тонких слойков может присутствовать сидерит, слагающий кристаллически-зернистый цемент выполнения пор между оолитами, а иногда вторично замещающий гетит или берьтерин внутри их.

Типичными представителями таких руд служат Керченские и Приаральские (Казахстан) железняки соответственно миоценового и олигоценового возраста, залежи юрского возраста на северо-западе ФРГ, Франции и в Великобритании, девонского возраста в Ливии, силурийского – в Аппалачском бассейне и ордовикского возраста в бассейне Вабана и др.

Академик Н.М. Страхов сделал следующие выводы. Гидрогетит-шамозит-сидеритовые руды значительно сдвинуты в море сравнительно с бокситами даже морского происхождения, а это указывает, несомненно, на миграцию рудного компонента в значительно более транспортабельной форме, каковой естественно считать растворы.

Перенос железа в конечный бассейн седиментации осуществлялся в форме раствора бикарбонатов железа (Fe(НCO₃)₂) в грунтовых водах с дефицитом кислорода (поскольку закисная форма гораздо более растворимая, чем гидроокисная, но может накапливаться только в восстановительной среде), тончайшей механической взвеси минеральных частиц в поверхностных водах и в коллоидной фазе.

Английским исследователем генезиса осадочных руд различных металлов Дж. Мейнардом (1985) сделана палеогеографическая реконструкция прибрежного участка морского ордовикского палеобасейна Вабана (рисунок). На блок-диаграмме отчетливо видно, что там имелись благоприятные условия для выщелачивания железа из субстрата болот (закисная форма бикарбонатов железа) прибрежной равнины и для его переноса оттуда подземными водами ко дну лагуны, где зарождались шамозитовые (бертьериновые) оолиты. Они в свою очередь, под воздействием штормов и течений переотлагались на отгородивших лагуну барах и среди осадков приливно-отливной зоны. Н.М. Страхов ране констатировал, что излюбленными участками оолитовых руд являются заливы, бухты и островные и моря со сложными очертаниями береговой линии. Это подтвердили исследования в 1990 г Е.А. Голубовской керченских железных руд и многих зарубежных литологов на иных рудных объектах.

Большая часть железа, переносимого речными водами, поступает в форме гидрозолей оксидов железа, стабилизированных коллоидным органическим веществом и адсорбированных на глинистых минералах. Эти коллоидные частицы имеют положительный заряд и могут переноситься на большие расстояния без осаждения при условиях, что концентрация электролитов в речных водах низкая, а отрицательно заряженные коллоиды не присутствуют в таких количествах, которые могли бы привести к осаждению этих частиц. При впадении в море такие суспензии флоккулируют и вскоре осаждаются в виде шамозита или бертьерина.

Кроме химических и механогенных процессов осаждения железосодержащих компонентов, по мнению многих ученых огромный вклад в механизмы концентрирования железистых оолитов вносит бактериальный фактор. Ныне стали хорошо известны виды бактерий, концентрирующих в своих клетках или вокруг них гидрооксиды железа (железобактерии), серу (серобактерии) и другие элементы.

Позднедиагенетические и катагенетические преобразования приводят к тому, что бертьерин подвергается частичной или полной метасоматической сидеритизации, а осадочные гидроксиды железа дегидратируются в конечный продукт – гематит по следующей схеме: Fe(OH)₆ → FeО(OH) → Fe₂O₃. Он в рудных телах кайнозойского и мезозойского возраста редок, а в палеозойских отложениях, которые прошли через стадию катагенеза, гематит стал преобладающим минералом, а кое-где в небольших количествах появилась примесь магнетита.