Цветная металлургия Оренбургской области полностью обеспечивается медью за счет собственных месторождений. На востоке области имеется даже целый ряд районов месторождений меди: Медногорский, Гайский, Джусинский, Домбаровский, Светлинский, разработка которых ведется более полувека [1].
Представляет интерес на примерах более представительных месторождений рассмотреть минералогию почвенного покрова основных ландшафтно-геохимических участков этих месторождений: Южно-Гайского в Гайском рудном районе, Джусинского в Джусинском рудном районе, Весеннего в Домбаровском рудном районе [1, 2].
Целью данного исследования является изучение минералов и минеральных соединений почвенного покрова месторождения меди Оренбургской области.
Материалы и методы исследования
Здесь и были проведены наши полевые работы и минералогическое опробование. Лабораторные исследования полученных материалов включали исследования, представленные в таблице.
Южно-Гайское месторождение расположено в 4 км к югу от современного г. Гая.
На территории Южно-Гайского месторождения сложилась достаточно сложная ландшафтно-геохимическая обстановка благодаря изрезанности рельефа [3]. От краевых приподнятых частей к центру депрессий между ними происходит смена ортоэлювиального-параэлювиального-супераквального ландшафтов.
Большая часть территории Южно-Гайского месторождения представлена параэлювиальным ландшафтом, сложенным отложениями мезокайнозойского возраста. Для указанного ландшафта наиболее типичными являются черноземы южные в комплексе с солонцово-солончаковыми разновидностями. Для почв в этом случае характерен полноразвитый профиль, где содержание гипса не превышает 0,02 %.
Мелкозернистая фракция этих почв – кварц (50 %), полевой шпат (10 %). В наибольшем количестве по сравнению с другими терригенными минералами находятся ильменит и эпидот. Уменьшение стабильных минералов с глубиной происходит следующим образом: ильменита в городе А до 6,5 % в городе С до 1,5 %; циркона до 13,2 и 4,7 соответственно. Отмечается хромит – 10,0 %, магнетит 10,0 %.
Обратное явление было выявлено для нестабильных минералов: их количество существенно возрастает на глубине до следующих отметок: эпидот в городе А до 23,2 %, в городе С до 30,6 %; гранат до 5,2 и 7,0 % соответственно. Кроме этого, нами было обнаружено, что хлорит и глауконит в городе C остаются.
Результаты исследования и их обсуждение
В мелкой фракции этих почв, а также на прилегающих территориях преобладает монтмориллонит. Данное утверждение подкрепляется данными анализа силикатов (отношение диоксида кремния к полуторным окислам составляет более 4), а также результатами исследований предельной гигроскопичности (предельное поглощение влаги наблюдается в интервале от одних до четырех суток).
Микроморфологический анализ глин показал, что грубообломочная часть представлена кварцем, полевым шпатом. Тонкодисперсная часть (60 %) находится в виде агрегатов. Последние неправильной, но в целом изометричной формы. Часть агрегатов имеет пустоты в центре. В тонкодисперсной массе также встречаются пустоты размером до 1 мм. Хорошо развита сложная система сообщающихся пор размером от 0,03 до 0,2 мм. Глина скоагулирована карбонатами. Последние имеют криптокристаллический облик и равномерно распространены по всей массе глины. Встречаются кристаллы гипса вытянутой и ромбической формы. Размер кристаллов 0,5–0,8 мм, иногда крупнее. Приурочены они в основном к трещинам.
В минеральном составе преобладает легкая фракция – 95 %. В составе легкой фракции основным компонентом является кварц – 75 %. Минерал окатанный или угловато-окатанный, в отдельных зернах отмечаются игольчатые включения турмалина и циркона. Вторым по распространенности – 10 % является плагиоклаз кислого состава, серицитизированный, форма угловатая. Далее следует хлорит – 5 %, форма – чешуйки, иногда округлые, цвет зеленовато-желтый. Остальное 15 % – это слабодиспергированная масса. Тонкодисперсная часть не имеет четко выраженного минералогического облика и состоит из смеси гидрослюды, монтмориллонита и каолинита.
Новообразования особенно богаты гидроксидами железа и марганца. Их формы очень разнообразны. Их количество становится больше с глубиной. Кроме вышеуказанного, необходимо упомянуть о криптокристаллическом кальците. Он способствует коагуляции тонкодисперсной части.
Включения кальцита округлой и овальной формы обусловлены растительными остатками, которые этот минерал выполняют. В изобилии отмечается гипс, привнесенный грунтовыми водами. Марганцовистые (железистые) новообразования представлены дендритами, реже округлыми образованиями, мелкими натечными включениями. Размер зерен гидроокислов до 0,2 мм.
Соотношения в почвенном профиле стабильных и неустойчивых минералов указывают на зрелость верхних горизонтов [2]. Данное утверждение подтверждается корреляцией профиля оксида кремния и полуторных окислов, который в городе А снижается с 7,8 до 6,3 в городе C.
Максимальное содержание карбонатов – 13,19 % наблюдается на глубине примерно в 200 см, гипс обнаруживается глубже.
Наличие карбонатов – типичный признак четвертичных глин. В почвах этих видов их содержание одинаково высокое.
В мелкообломочной фракции здесь преобладают кварц и полевой шпат в виде плохо, реже среднеокатанных зерен. Отдельные зерна кварца достигают 0,8 мм. Обломки кварцита еще больше – до 1,0 мм. Продолжает уменьшаться доля устойчивых минералов: ильменита – 1,5 %, циркона – 4,7 % и т.д. Доля неустойчивых минералов растет: эпидота – 30,6 %, граната – 5,2 % и т.д. Указанная закономерность свидетельствует о большей зрелости почв. Среди минералов в рассматриваемом горизонте сохранились такие, как глауконит, малахит, хлорит и т.д.
С целью установления состава глинистых минералов, были исследованы термическим и рентгеноструктурным анализами, суспензии сфотографированы на электронном микроскопе. Одновременно пробы подверглись силикатному анализу. На основании этих материалов можно сделать вывод, что в сравнении с нижележащими мезокайнозойскими образованиями глины почв имеют менее сформированный минеральный облик. Их диагностику к тому же затрудняют многочисленные примеси (органические соединения, солевые новообразования и т.п.). По совокупности аналитических данных можно сказать, что преобладающая часть глин представлена минералами монтмориллонитовой группы. В подчиненном отношении находятся гидрослюды и каолинит. О преобладающем значении монтмориллонита говорят также данные силикатного анализа. Этот же факт подтверждается высоким значением емкости поглощения данных почв. Минеральный состав тонкодисперсной фракции почв свидетельствует об относительной молодости рассматриваемых образований и об их формировании в условиях засушливого климата.
Обширное развитие в условиях параэлювиального и связанных с ним ландшафтов имеют солончаковые почвы. Монтмориллонит присутствует также был обнаружен в этих почвах.
Супераквальный ландшафт типичен для центральной и юго-восточной частей области исследования. Озеро Купоросное можно назвать наиболее интересным в этой области. Несмотря на близость к поверхности подземных вод, в этой области не было постоянного заболачивания. Почва и растительность здесь очень сложны. Луговые и лугово-болотные почвы имеют небольшую толщину, развитую на промытой глине и песке. Они представлены торфяно-иловым материалом с множеством переплетенных древесных корней и остатками травяной растительности. Вся масса насыщена гипсом. Содержание карбоната не превышает 0,1 %, рН почвы уменьшается до двух. В этих условиях Cu и другие рудные элементы не концентрируются в больших количествах и продолжают следовать дальше. Результаты исследований показали наличие корок квасцов и солей сульфатов имеющих желтоватую ими красноватую окраску. Помимо вышеуказанного, в грунте, вблизи озера и на его берегах, обнаружены следующие оксиды: Fe, Al, Mg. В отличие от ранее исследуемых, в этих почвах были обнаружены гипергенные рудные минералы (малахит), количество которых увеличивается с глубиной.
В условиях ортоэлювиального ландшафта на молодых корах выветривания развиты не до конца сформированные, щебневатые виды чернозема. С глубиной в них увеличивается содержание щебня. В минеральной части больше всего обнаруживается фрагментов коренных пород. Мелкодисперсная фракция представлена гидрослюдой. Помимо этого, можно отметить достаточно высокое содержание гидроксидов железа, что объясняется большим количеством минерала пирита в подстилающих породах.
Джусинское колчеданнополиметаллическое месторождение расположено в 3 км к югу от станции Тересай.
Вследствие того, что Джусинское месторождение располагается в пределах зоны южных черноземов, здесь сформировался определенный тип растительности. Еще один немаловажный фактор – река Джуса. По данному району она движется и меандрирует в направлении с севера-востока на юго-запад. Это способствует накоплению аллювиальных отложений. Здесь наблюдается ортоэлювиальный ландшафт с сильно колеблющимся аллювиальным покрытием. Вместе это определяет разнообразие почвенного покрова. Это дополняется значительным солончаком и щелочностью, которая имеет сложное происхождение. Первую роль играет южная черноземная почва, подчиненная роль связана с болотными лугами [4, 5].
Более эродированным является северо-западный район месторождения. Границы ландшафта на маломощном элювии (около 0,2 м) обладают вытянутой формой по простиранию пород, наиболее стойких к выветриванию. Границы последних обрамляют ландшафты толщиной до пяти метров и более корой выветривания. В общем ортоэлювиальные ландшафты занимают не менее 30 % площади вышеуказанного участка.
Северо-западную часть участка представленного ортоэлювиальным ландшафтом и характерными для него южными маломощными черноземами [6, 7].
При общей текстуре, ориентированной на профиль текстуры в городе C показывает максимальное содержание глины, что составляет 69,1 процента.
Второй наиболее распространенный тип ландшафта – супераквальный. Данный тип ландшафта включает в себя понижения, поймы. Почвы здесь следующие: луговые, болотные, и т.д.
Содержание солей в разрезе сравнительно маленькое: карбонат около 1 %, гипса – 0,13 %, расположенный ниже.
Из-за снижения уровня воды возник современный пятнистый вид почвы, когда соли были распределены по микро и мезоуровням. Эрозионные процессы также вызвали перераспределение компонентов почвы, как соли, так и минерала.
Весеннее серноколчеданное месторождение, расположено в 4 км южнее района Домбаровки.
Почва здесь тонкая из-за значительной эволюции эрозии. Она обнажил почву до иллювиальной горизонта соли и привел к обширному развитию пятен солонца и солончака. Окрашивание последнего связано с перераспределением влаги, источником солей в микро- и мезорельефных элементах. Эрозионные процессы и значительное содержание соли ухудшили физические свойства почвы и условия роста растений.
Наследуя каолинитовый, реже монтмориллонитовый состава основной коры выветривания, тонко измельченная часть почвы представлена смесью этих минералов. Этот факт подтверждают данные теплового анализа и размер молекулярного отношения диоксида кремния к полуторным окислам. Последние очень сильно изменяются. В верхних горизонтах почвы содержание двуокиси кремния удваивается из-за почвы, которая была недавно обработана.
Вместе со стабильной окисью кремния в городе А накапливается FeO. В городе С движутся более подвижные полторы оксидов алюминия и железа [1]. Содержание Al2O3 удваивается, Fe2O3 увеличивается в 5 раз. СаО накапливается в нижнем горизонте в количестве 2,42 %. В нижних горизонтах сосредоточены гипсы. Рост данных соединений вниз по разрезу было аналогично обнаружено в минералогических анализах.
Кроме вышеперечисленного, исследования проводились и на участках почв с малой мощностью. Было обнаружено, что их основной состав – лимонит, кварц и эпидот. В меньших количествах найдены: рутил, кианит, силлимонит. Важно также упомянуть про наличие хромита. В почвах участка часто наблюдается повышенное содержание хрома.
Около 20 % участка занято органическим материалом в виде редких участков крупной растительной ткани и главным образом аморфным темно-коричневым материалом. Широко распространены округлые поры каолинита и мелкозернистый кальцит по периферии; в некоторых случаях они полностью представлены агрегатами кальцита. Кальцит в разных вариантах поглощает до 5 % тонкой секции. Наблюдается ожелезнение.
Все небольшие впадины в рельефе подстилающих пород (коры выветривания) покрыты тонким выщелоченным песчано-суглинистым материалом. На этих породах развиваются темные каштаново-коричневые, средние по мощности, солонцеватые почвы.
Образование почвенного покрова исследуемого участка идет уже давно и соответствует четвертичному периоду. Такое продолжительное время их образования опровергается морфологическим описанием и информацией о составе вышеупомянутых почв. Естественные процессы регионального плана в условиях данной области усугублялись влиянием ветровой и водно-эрозионной сил. Эти явления не только определяют минеральный вид, но также и их солевой состав. Физический и химический виды выветривания поспособствовали переносу солевой массы из разрушенного субстрата в почвенный покров. Климат, эрозия, а также высокий уровень грунтовых вод в прошлые геологические эпохи увеличили соленость почвы. В том же направлении оказывали влияние и осадки.
В конечном итоге это привело к широкому развитию комплексов солонцеватых почв.
Лабораторные исследования материалов, полевых работ и минералогических опробований
|
№ п/п |
Вид исследования |
Количество отобранных проб / шлифов |
|
1 |
Силикатный анализ на 14 компонентов |
69 |
|
2 |
Определение карбонатов по методике Голубева |
321 |
|
3 |
Определение гипсов по методике Голубева |
122 |
|
4 |
Петрографический анализ |
240 |
|
5 |
Микроморфологический анализ |
43 |
|
6 |
Минералогический анализ |
110 |
|
7 |
Электронный микроскопический анализ |
34 |
|
8 |
Термический анализ |
87 |
|
9 |
Рентгеноструктурный анализ |
20 |
Выводы
1. На участках месторождения меди в восточной части Оренбургской области фиксируются все основные типы геохимических ландшафтов либо на древних корах выветривания, либо на современных четвертичных отложениях.
2. Минералогический состав почвенного покрова полностью наследует состав подстилающих пород.
3. Основными минералами почвенного покрова остаются кварц и полевой шпат из числа основных; гранат, ильменит, магнетит, ставролит, хромит, эпидот из числа терригенных минералов; каолинит, монтмориллонит, гидрослюда из числа глинистых минералов; гидроокислы железа, марганца из числа новообразований.
4. На распространение минералов и минеральных соединений по профилю почв участков существенное влияние оказывают неотектонические процессы и ксеротермичность климата.