Минералогия и классификация

Железосодержащие осадки богаты железом вследствие присутствия или преобладания одного или более железосодержащих минералов в аномальных количествах (табл. 11-2). Центральной задачей петрогра­фов является расшифровка сложного минерального состава железосо­держащих осадков и выяснение, какие минералы образованы первичны­ми седиментационными процессами, какие являются продуктами диаге­неза, какие обусловлены метаморфизмом и какие являются результатом выветривания как в современном цикле, так и в более ранние геоло­гические эпохи. Взгляды петрографов существенно расходятся, и эти

Таблица 11 -2

расхождения приводят к большим противоречиям и разногласиям. В^: этой работе мы рассматриваем минералы, являющиеся первичными или диагенетическими, хотя многие из них образуются также в процессе метаморфизма и выветривания. Эти минералы распадаются на четыре группы: окислы, карбонаты, силикаты и сульфиды. Многие железосодержащие осадки являются сложными; в них представлен не один тип железосодержащих минералов, а присутствуют и другие минералы (рис. 11-12).

Карбонаты железа. Единственно важный железосодержащий кар­бонат— это сидерит, FеСОз, который обнаружен в изобилии в желе­зосодержащих осадках всех возрастов; он также является второстепенным компонентом многих обычных осадков. В мо­лодых железняках он об­разует тесные ассоциа­ции с шамозитом, реже с лимонитом. Многие до-кембрийские железистые кварциты представлены преимущественно пере­слаиванием сидерита и кремня. Железные руды являются продуктом изменения этих отложе­ний; изменение заключается в окислении сидерита до гематита и в выщелачивании кремней. Сидерит в осадочных породах в большин­стве своем.очень тонкозернистый и образует однородную смесь с дру­гими материалами. Однако в некоторых случаях сидерит образует более крупные кристаллические сферолиты; во многих других случаях он образует крупные ромбы, замещающие шамози-товые оолиты. Химический анализ показывает, что сидерит содер­жит в твердом растворе небольшие и непостоянные примеси МnСОз, -МgСО₃ и СаСОз Сидериту свойственны обычные характеристики класса карбонатов, к которому он принадлежит: ромбические формы кристаллов, ромбическая спайность, очень высокое двойное лучепреломление (0,242), показатели преломления 1,603 и 1,875. В шли­фах он почти бесцветный, но по контуру и по плоскостям спайности он обычно окислен до появления пятен окислов, окрашивающих его в желтый или бурый цвет.

Сидерит известен также в глинистых железняках, которые пред­ставляют собой конкреционные тела, обнаруживаемые в некоторых глинистых сланцах, особенно в сланцах палеозойских угленосных толщ, где он залегает также в виде тонких прослоев так называемых блэкбендов. Поскольку сидерит легко окис­ляется, то он почти во всех обнаже­ниях изменен до лимонита.

Силикаты железа. К желези­стым силикатам явно первичного происхождения и первостепенной важности относятся только шамозит, глауконит и гриналит. Достаточно распространены тюрингит, миннесотаит и стильпномелан и по­этому они включены в эту группу, несмотря на диагненетическое или даже раннеметаморфическое проис­хождение. Рибекит также является компонентом некоторых древних железистых кварцитов, особенно в Австралии.

Шамозит, 3(Ре, Мg)О*(А1,Ре)2Оз*SiO2-nН2О, является наибо­лее распространенным первичным железистым силикатом в железня­ках последокембрийского возраста. Он слагает оолиты зе­леного материала в сидеритовом или кальцитовом матриксе и обычно ассоциирует с оолитами гетита: в некоторых случаях, как, например, в железняках Нортгемптон [293], оолиты состоят из переслаивающихся оболочек шамозита и гётита.

Уточнение природы минерала шамозита было объектом обширных исследований. Все известные материалы по этому вопросу обобщены Диром, Хауи и Зуссманом и Джеймсом. Шамозит по струк­туре и составу очень близок к хлоритам. Собственно шамозит харак­теризуется межплоскостным расстоянием 7 А, но он легко переходит в хлорит (тюрингит) с межплоскостным расстоянием 14 А. Шамозитовые оолиты мезозойских железняков Англии [130, 293] состоят из очень тонких пластинок.бледно- и. темно-зеленых, расположенных по каса­тельной таким образом, что в скрещенных николях фигура погасания в ооидах образует крест. Пластинки имеют положительное удлинение, коэффициент преломления, изменяющийся от 1,62 до 1,66, и низкое двупреломление — от 0 до 0,003. Изменение показателя преломления связано с соотношением закисного и окисного железа. Согласно Холи-монду [130], шамозит является первичнр осажденным минералом, возможно, в виде аморфного геля, из которого впоследствии образова­лась современная его форма. Он может также образовываться вслед­ствие прогрессивного замещения глины, в результате чего иногда мог­ли формироваться оолиты того же состава. По Деверину [69], шамозит в железняках доггера в Швейцарских Альпах не является первичным химическим осадком, а образовался в результате замещения карбонат­ных обломков, главным образом обломков иглокожих.

Гриналит—кристаллический гидратированный железистый си­ликат, широко распространенный; первичным был железистый силикат в районах Мезаби и Ганфлинт региона оз. Верхнего, где он был впер­вые обнаружен и получил название [184]. Дир, Хауи и Зуссман (65) определили его как септехлорит.

В отличие от шамозита и глауконита гриналит распространен; только в докембрийских породах, хотя его присутствие отмечено и в более молодых отложениях. Он, как и глауконит, представлен округ­лыми или обломочными, изотропными, светло- и темно-зелеными пел-летами и обычно не обладает концентрическим строением, характер­ным для шамозита. Он обычно ассоциирует с магцетитом.

Глауконит, КМg(Fе, А1) (SiO₃)6*ЗН₂О, обнаружен в некоторых железняках более молодого, чем докембрий, возраста. Хотя глауконит представляет собой самостоятельную минеральную разновидность, он очень изменчив. Он встречается в виде ярко-зеленых гранул, нj также заполняет межгранулярное пространство, встречается в рассеянном ви­де, замещает фекальные пеллеты, заполняет пустоты в окаменелостях [284] и даже образует пленку на зернах тяжелых минералов [121]. Диаметр гранул колеблется от 0,01 до 0,50 мм. Гранулярный глауко­нит тесно ассоциирует с обломочным кварцевым песком/

Глауконит — компонент современных осадков во многих частях мира [57]. Он залегает как в прибрежных песчаных отложениях [103, 104], так и в глубоководноморских; более часто он встречается в ин­тервале глубин от 18 до 730 м. В некоторых древних осадках («зеле­ных песках») он накапливается в виде пластов мощностью несколько десятков футов, содержащих 75% или более глауконита [204]. По со­держанию железа глауконитовые пласты относятся к промышленным железнякам, хотя их редко разрабатывают с целью извлечения из них железа.

Тюрингит (бавалит), (Si4.5Al3.2) (Mg1.4Fe7.4Fe1.6Al1.7) (ОН)16О₂₀, широко распространенный минерал нижнесилурийских железняков в Тюрингии, ФРГ, где он образует оолиты в матриксе, представленном кварцем и магнетитом [84]. Тюрингит по составу очень близок шамо­зиту, из которого, как считают, он образовался в результате слабого метаморфизма.

Стилпномелан, 2(Ре, Мg)О*(Fе, А1)₂О₃-5SiO₂*ЗН₂О, пред­ставляет собой слюдоподобный минерал, внешне очень похожий на би­отит. Он является обычным компонентом многих железистых кварци­тов региона оз. Верхнего [159]. В других местах он известен как вторичный минерал. Как породообразующий минерал он сложен мак­роскопическими игольчатыми и пластинчатыми кристаллами, характе­ризующимися интенсивным плеохроизмом и абсорбцией. Он окрашен в оливково-зеленый или темно-коричневый цвет в зависимости от соот­ношения закисного и окисного железа. Показатель преломления также изменяется в широком диапазоне в зависимости от этого соотношения. Стильпномелан может залегать в виде жил, но чаще он рассеян в си­дерите или образует тонкие прослои.

Р и б е к и т представляет собой натровый амфибол, Ма₂Fе₃Fе2-(Si8О22)*(ОН, Ре)2, волокнистая разновидность которого известна как крокидолит. Хотя обычно рибекит является компонентом изверженных пород, однако он присутствует в массивнрй или волокнистой форме в слоистых железистых кварцитах Южной Африки и Австралии. В этих, формациях рибекит является диагенетическим, а в южноафриканских разрезах, вероятно, — продуктом метаморфизма низких ступеней; в. них рибекит представлен агрегатами и радиальными группами мелких волокон.

Сульфиды железа. Из сульфидов только пирит и марказит — игра­ют сколько-нибудь важную роль в осадочных породах, обогащенных железом. Эти сульфиды железа могут образоваться из менее стабиль-цых аморфных черных сульфидов железа, встречающихся в современ­ных нелитифицированных осадках. Пирит, Fе5₂, наиболее распрост­раненный сульфид, встречается в виде рассеянных изолированных кри­сталлов диагенетического происхождения. Иногда он образует слои,, состоящие из пеллет, округлых тел и замещенных обломков раковин. В одцих случаях пирит—исключительно тонкозернистый (0,003 мм) и рассеянный; в других — он накапливается в виде тонких слоев мощ­ностью несколько миллиметров.

Марказит, Fе5₂, редкий компонент железняков, он может пол­ностью отсутствовать в них. Обычно он встречается в виде желваков в угольных разрезах.

Обогащенные железом осадки могут содержать также другие ми­нералы. Одни железняки — высокоизвестковые и содержат большое ко­личество кальцита; другие — глинистые и содержат широкий набор глинистых минералов. Некоторые из них, особенно образовавшиеся в окислительной обстановке, представлены песчаными разновидностями и содержат большое количество обломочных зерен кварца.