Фосфатные породы

Размещено на http://allbest.ru

Фосфатные породы

Среди осадочных пород фосфориты не получили широкого распространения. Они одни из немногих пород, в которых главные компоненты (минералы фосфора) составляют меньше полезной массы.

Фосфоритами называют породы, содержащие 15-40 % фосфорного ангидрита (P₂O_5). В практике к фосфатным породам относят породы с содержанием P₂O₅ до 5 % (М.С.Швецов, 1958).

В 1974 г для обозначения скрытокристаллических разностей апатита. Р. Кирваном был предложен термин «фосфорит». Во второй половине XVIII века, в связи с открытием новых минералов, содержащих фосфор, «фосфоритами» стали называть фосфаты и фосфатные породы, сложенные скрытокристаллическими фосфатами кальция (Бушинский, 1958). В настоящее время установлено около 200 минералов, содержащих фосфорный ангидрит.

Существуют несколько основных осадочных фосфатных минералов: франколит (штаффелит) - Ca₁₀P_5,2C_0,8O₂₃F_1,8(OH),

каллофанит - Ca_n (PO₄)_1,2 (OH)p

курскит - Ca₁₀P₄,₈C_1,2O_22,8F₂ (OH)₁,₂

фторапатит - Ca₁₀F₂(PO₄)₆

хлорапатит - Ca₁₀C_l,2(PO4)₆

гидроксилапатит - Ca₁₀ (OH)₂(PO₄)₆

карбонатапатиит (даллит, подолит) - Ca₁₀CO₃(PO₄)₆

Кроме указанных выше компонентов, в состав фосфоритов могут входить в значительном количестве (до 60 %) разные примеси, отражающие условия среды, в которой происходило формирование породы. Это - глауконит, органическое вещество, окрашивающее фосфаты в темный, даже черный цвет и придающее специфический запах, являющийся отчасти поисковым признаком, глинистое вещество, песчаный и алевритовый материал. Аутигенные образования представлены кальцитом, кремнистыми минералами, редко гипсом, сидеритом, пиритом.

В зависимости от состава преобладающей примеси фосфориты выше могут быть похожи на различные осадочные породы - песчаники, глины, известняки и другие породы.

Для определения породы производят качественную реакцию на фосфор. Используют порошок молибденово-кислого аммония и 15-20 % азотную кислоту в отношении 1:1. Появление желтой окраски, в связи с образованием фосфата молибдена свидетельствует о присутствии фосфора.

Цвет фосфоритов зависит от примесей, содержащихся в них: окисное железо придает фосфоритам буроватый оттенок, железо закисное (глауконит и другие минералы) - зеленоватый оттенок, органическое вещество - темный, почти черный или синевато - черный цвет.

По текстурным признакам выделяются слоистые (слойчатые), линзовидно-слоистые (линзовидно-слойчатые), косослоистые (косослойчатые) и некоторые другие текстурные разности фосфоритов. Среди слоистых текстур наибольшим распространением пользуются параллельнослоистые, волнисто-слоистые и линзовидно-слоистые текстуры. Целесообразно также выделять тонкослоистые текстуры с мощностью слойков от долей миллиметроа до 1-3 см. Выделенные типы слоистости выражены: 1. чередованием прослоев фосфоритов различного состава; 2. наличием прослоев, состоящих из посторонних (нефосфоритных) пород - кремней, карбонатных пород, аргиллитов и глин и др.; 3. прослоями, существенно обогащенными примесями - слюдистыми минералами, органическим веществом, лимонитом, гематитом, пиритом и другими минералами и их ассоциациями. Во многих месторождениях распространены также неясно и неотчетливо слоистые зернистые фосфориты, несколько измененные катагенетическими и метаморфическими процессами. Весьма близки к ним фосфориты с массивной текстурой. Для конкреционных и желваковых фосфоритов характерны конкреционно-лучистые и конкреционно-желваковые текстуры.

К числу признаков, определяющих структуру фосфоритов, относятся:

1. форма, величина и строение зерен и оолитов фосфата или обломков фосфатных пород;

2. наличие фосфатных раковин и их обломков;

3. характер цемента, в том числе его состав и особенности строения;

4. присутствие в цементе породы, а также в фосфоритовых стяжениях обломков минералов не фосфатного состава;

5. присутствие аутигенных, метаморфических и гипергенных минералов, при их содержании выше 5 %;

6. характер взаимоотношений фосфатных и не фосфатных компонентов породы.

В желваковых фосфоритах структура может быть определена как неравномернозернистая. Во многих желваках присутствуют более мелкие желвачки или их обломки, сцементированные радиально-лучистым фосфатом.

Структуры ракушняковых фосфоритов биогенные. Они характеризуются присутствием фосфатных раковин и их обломков в различных количественных соотношениях, обломочных зерен кварца, редко глауконита. Цемент порового и базального типов, преимущественно карбонатный, реже крустификационный фосфатный и окисно-железистый.

Зернистые фосфориты состоят из зерен фосфата и фосфатных оолитов в различных соотношениях. Цемент поровый фосфатный, базальный и поровый кремнистый и (или) карбонатный, реже глинисто-карбонатный. Иногда наблюдается взаимопрорастание фосфатных, карбонатных и кремнистых компонентов пород. В этом случае возникают своеобразные мозаичные структуры.

Некоторые разности пластовых фосфоритов имеют оолитовую, бобовую структуру, форма и размер которых может быть различным. В центре оолитов присутствуют зерна кварца, тонкая смесь фосфата халцедона, редко обломки оолитов.

Фосфориты коры выветривания отличаются широким развитием корковых (крустификационных) и брекчиевых структур. Кроме того, встречаются каркасные («ящичные») и весьма разнообразные реликтовые структуры.

Обломочные фосфориты характеризуются гравелитовой, конгломератовой, брекчиевой, псаммито-алевритовой, алевро-пелитовой и другими структурами.

Классификация фосфоритов, их месторождений и фосфоритоносных формаций описана во многих работах.

В 1965 году Б.М. Гиммельфарб опубликовал детальную классификацию фосфоритов, где была сделана попытка обобщить достижения фосфатной геологии. В основу ее классификации положены условия образования, структурно-петрографические признаки, минеральный состав не фосфоритной части пород и особенности тектонического положения фосфоритов и их месторождений. Известны более поздние классификации фосфоритов Т.А.Красильниковой и Ю.М. Шмельковой , В.Л. Либровича и Л.М. Мызниковой, Н.С. Шатского и др.

В курсе лекций студентам предложена классификация фосфоритов М.С. Швецова (1958 ).

Класификация фосфоритов основана на генезисе, минеральном составе, текстурно-структурных особенностях по которым выделяют:

по генезису:

1. хемогенные и биохемогенные

а. морские

б. лагунно-заливные

в. континентальные

2. биогенные

а. морские

б. озерно-речные

в. пещерные

по минеральному составу:

1. гидроксилапатитовые

2. даллитовые (подолитовые, карбонатапатитовые)

3. каллофанитовые, штаффелитовые

по текстурно-структурным особенностям:

1. пластовые

а. геосинклинальные

б. платформенные

2. конкреционные

а. желваковые

б. лучисто-конкреционные

3. костяные брекчии.

Наибольшее распространение получили фосфориты пластового и конкреционного типов.

Пластовые геосинклинальные фосфориты можно принять за песчаники, яшмы, кремни, известняки, доломиты и другие породы. Они имеют серые, зеленовато-серые, желтые, бурые, темные цвета. Это твердые породы с раковистым изломом. Структура пород разнозернистая, оолитовая, пизолитовая. В разностях, состоящих из оолитов и пизолитов, последние сложены комочками микрокристаллического фосфата и представляют собой мелкие фосфоритизированные экскременты (копролиты). Сцементированы они зернистым фосфатом. В породах часто присутствуют кальцит, доломит, халцедон, кварц, органические остатки, выраженные спикулами губок и радиоляриями. Геосинклинальные фосфориты имеют мощность до 15 м.

Пластовые платформенные фосфориты резко отличаются от геосинклинальных. Чаще всего это белые, светло-серые породы, микро-, мелкозернистые, мягкие, редко прочно сцементированные, с раковистым изломом, массивные, тонкослоистые. Такие фосфориты можно легко принять за мелоподобные известняки, опоки, каолины.

Среди конкреционных фосфатных пород выделяются желваковые и лучисто - конкреционные.

Желваковыми фосфоритами называют скопления конкреций разной величины, часто округлой, но причудливой формы, черного цвета, с отпечатками или включениями фосфоритизированных раковин гастропод, пелеципод или растительных остатков. Поверхность первичных желваков шероховатая, а переотложенных - глянцевая. Они состоят из терригенного материала.

По составу примесей желваковые фосфориты разделяются на три типа: 1) глинистые - глинистые породы, в которых фосфаты присутствуют в виде микроскопических зерен; 2) глауконитовые - наряду с зернами глауконита содержат огромное количество фосфатных зерен, вероятно копролитов; 3) песчаные - сложены кварцем, полевым шпатом и другими минералами песчаной размерности и цементируются фосфатом. Здесь встречаются остатки радиолярий, спикулы губок.

Лучисто-конкреционные фосфориты отличаются от обычных правильной, иногда почти шаровидной формой, большой чистотой состава, радиально-лучистым строением и центральной радиальной полостью, в которой иногда наблюдаются выделения каолинита, кальцита, сульфидов свинца и цинка, железа. В виде включений присутствует аутигенный кварц.

Костяные брекчии представляют собой породы желтовато-серого, бурого цвета, пористые, с небольшой плотностью, состоят из позвонков рыб, реже других костей, которые сцементированы карбонатным, песчано-глинистым или фосфатным цементом. Кости сложены гидроксилапатитом. Они залегают в виде прослоек и линз незначительной мощности, как правило, среди терригенных и карбонатных пород.

Костяные брекчии не имеют практического значения, так как в ископаемом состоянии они встречаются довольно редко.

По представлениям А.В Казакова фосфориты образуются в морских водоемах. После отмирания пелагических планктонных организмов, остатки опускаются на дно, при этом содержащийся в них фосфор переходит в раствор. Вот почему содержание P₂O₅ с глубиной увеличиваются, так на глубине 500 м - концентрация P₂O₅ составляет 300мг/м³ , а в поверхностных водах морей и океанов составляет всего лишь 5-10 мг/м³ . Известно, что на глубине температура падает, но давление CO₂ достаточно высокое, в результате чего не происходит осаждение фосфора.

Образование фосфоритов связано с апвеллингами - восходящими течениями, характеризующимися высокой биогенной продуктивностью.

При подъеме богатых фосфором глубинных океанических вод в области шельфа (50-250м) происходит падение давления углекислоты, в результате этого на дно выпадают фосфорнокислые соли, а также выпадает кальцит.

Концентрация фосфора в образующихся осадках зависит от ширины шельфа, чем по ширине уже (для геосинклинальных районов), тем больше фосфора в донных отложениях.

В пределах платформенных областей фосфориты ассоциируют с песчано-глинистыми породами, в геосинклинальных областях - с карбонатными и кремнистыми.

Вопросы происхождения фосфоритов также изучались Г.И.Бушинским (1979, 1980). По его мнению, хемогенная гипотеза А.В. Казакова, в которой отмечается связь образования фосфоритов с апвеллинговыми течениями, не отражает факты, характеризующие палеогеографическую обстановку фосфоритоносных бассейнов. Некоторые ученые (Либрович, 1980) считает биохимическую гипотезу образования фосфоритов в иловых водах в процессе диагенеза Г.И. Бушинского наиболее аргументированной, так как процессы диагенеза и переотложения играют важную роль при образовании промышленных залежей фосфоритов.

Пластовые фосфориты известны в кембрии Казахстана; в пермских отложениях Скалистых гор (США); в верхнем мелу и палеогена Северной Африки.

Конкреционные фосфориты встречены в силуре (первичные); мелу (вторичные) - Московская область; в меловых и палеогеновых образованиях Днепровско-Донецкой впадины и окраин Донбасса; в меловых и третичных отложениях Поволжья, Северного Казахстана.

Месторождения костяных брекчий отмечены в неоген - палеогеновых отложениях в Харьковской области (кости рыб, во многих пещерах, кости млекопитающих). Скопление костей позвоночных описаны в девонских отложениях Московской области; в пермских отложениях бассейна Северной Двины; в мезозойских отложениях Монголии.

Фосфориты используются для производства минеральных удобрений, а также для получения фосфорной кислоты и элементарного фосфора. Хорошим удобрением являются фосфоритовая мука, которая получается в результате размола фосфоритов.

Другой вид удобрений - суперфосфат - получают в результате разложения фосфоритов серной кислотой.

Для изготовления фосфоритовой муки содержание P₂O₅ должно быть не менее 8 %; для суперфосфата - не менее 25 %.

Внутренними примесями в фосфоритах являются соединения железа, магния, алюминия.

К бедным фосфоритовым рудам относятся те, в которых содержание фосфоритного ангидрита составляет 12 - 15%, к богатым - с содержанием P₂O₅ - 25 - 30%.

фосфорит минерал осадочный

Размещено на Allbest.ru