![logo1](../images/logo3.png)
Литология
Р. А. Щеколдин
Конспект лекций
![кафедра ИДГ-лого](../images/HistGeol01.gif)
Фосфатные породы
Общая характеристика фосфатных пород
Фосфоритами называют породы, больше чем на 50% сложенные фосфатными минералами. Фосфориты представляют собой биогенно-хемогенные образования, состоящие либо из фосфатизированных скелетных остатков, либо (чаще) из скопления конкреций и пластовых тел аморфно-криптозернистого строения (Япаскурт О.В., 2008).
Минеральный состав
- Аморфный коллофан,
- фторапатит Ca5(PO4)3F,
- гидроксилапатит Са5(PO4)30Н,
- подолит Са10(РO4)6(СO3),
- курскит Са8( PO4)4 · (CO3) · F2,
- карбонатапатит (франколит) Ca10(PO4)6 · [F2(OH)2(CO3)O]
Большинство фосфоритов имеют смешанный состав. Одни содержат примесь глинистого вещества,
глауконит, обломки кварца, полевых шпатов и слюд алевритовой и песчаной
размерности.
Другие – кристаллически-зернистыe агрегаты доломита, кальцита, аморфный опал и
криптозернистый халцедон. В качестве второстепенной примеси присутствуют пирит,
галенит и другие сульфиды. В современных океанских фосфоритах Г.Н. Батуриным и другими
исследователями выявлен барит.
Содержание Р2O5
Нижний предел содержания Р2O5 – 18%. Однако фосфоритами часто называют руды с содержанием Р2O5 всего 5%. При открытой разработке из рыхлых пород легко получить концентрат, пригодный для промышленного использования.
Химический состав
Химический состав чистого фторапатита: СаО – 55,5%, Р2O5 – 42,3%, F – 3,8%.
Однако фосфориты имеют изменчивый химический состав. Помимо СаСO3, Са(OH)2, присутствуют VO4, As2O4, SO2, замещающие РO4, а также Сl, ОН, замещающие F, и Mg, Mn, Sr, Pb, Na, U, Ce, V, в небольших количествах замещающие Ca.
Ванадий и уран в фосфоритах нередко представляют промышленный интерес. Редких земель в среднем 0,06—0,10%. Бериллия до 10 г/т, а в фосфоритах из кор выветривания – до сотен граммов на тонну. В составе сульфидов, в окислах железа и в «рассеянном» виде встречаются также в повышенных количествах Zn, Cu, Se, V, Pb и др.
Структурная классификация фосфоритов
(В.Т. Фролов, 1993)
А. ПЕЛИТОМОРФНЫЕ
- Биоморфные: радиоляриевые, фораминиферовые (?), водорослевые.
- Абиоморфные:
- Бесструктурные аморфные.
- Микрозернистые:
- 1) микросфероагрегатные:
- а) микропеллетовые,
- б) микрооолитовые,
- в) микросферолитовые и др.;
- 2) микрообломочные — алевритовые.
- 1) микросфероагрегатные:
Б. ФАНЕРОМЕРНЫЕ (ЯСНОЗЕРНИСТЫЕ)
- Биоморфные:
- Ракушняковые:
- 1) брахиоподовые (оболовые и др.);
- 2) аммонитовые;
- 3) пелециподовые;
- 4) смешанные моллюсковые.
- Губковые.
- Строматолитовые.
- Костяные брекчии.
- Ракушняковые:
- Абиоморфные:
- Сфероагрегатные:
- 1) оолитовые,
- 2) пеллетовые (копролитовые),
- 3) сферолитовые,
- 4) конкреционные,
- 5) желваковые.
- Обломочные:
- 1) грубообломочные (псефитовые):
- а) брекчиевые,
- б) конглобрекчиевые;
- в) конгломератовые;
- 2) крупнообломочные:
- а) дресвяные,
- б) гравийно-дресвяные,
- в) гравийные;
- 3) среднеобломочные (псаммитовые) – песчаные,
- 4) смешанные, несортированные.
- 1) грубообломочные (псефитовые):
- Сфероагрегатные:
Классификация фосфоритов по примесям
(В.Т. Фролов, 1993)
- A. Чистые (примесей <5% или <10%).
- Б. Кремнистые (примесей 5—20%) и сильнокремнистые (кремневые, 20—40%).
- B. Карбонатные: известковистые и известковые; доломистые и доломитовые.
- Г. Глинистые и сильноглинистые.
- Д. Песчаные: глауконитовые, кварц-глауконитовые и кварцевые.
- Е. Углеродистые.
Классификация фосфоритов по форме залегания
(В.Т. Фролов, 1993)
- A. Рассеянно-зернистые: оолитовые, конкреционные, желваковые, обломочно-зернистые.
- Б. Линзовидные, жильные, гнездовые, крупножелваковые.
- B. Пластовые: пелитоморфные, зернистые, конкреционные, желваковые, крупно-грубообломочные, биоморфные.
Петротипы и литотипы
(В.Т. Фролов, 1993)
Фосфориты петрографически очень разнообразны. Цвет чистых фосфоритов белый, но чаще черный, темно-серый или коричневый, обусловленный примесью ОВ. Текстура чаще всего неслоистая. Структура – основной признак, по которому выделяются петро- и литотипы фосфоритов.
- Ф1. Фосфориты белые и светло-серые пелитоморфные однородные, неотличимые внешне от мела, опок, каолина, чистые по составу, слабой крепости или крепкие, фарфоровидные, с раковистым изломом, коллофановые, курскитовые или франколитовые, в верхнем мелу Русской платформы.
- Ф2. Фосфориты светло-серые и буроватые пелитоморфные и тонкозернистые, четко тонкослоистые, часто плитчатые, по структуре алевритовые обломочные, по составу – коллофановые и курскитовые, содержат микропрослойки известняка и доломита, следы радиолярий, спикул губок и обломки раковин. Широко распространены от рифея до современности.
- Ф3. Фосфориты зернистые, песчаной структуры, темно-серые, черные, бурые, серые и светло-серые, красные, желтые и зеленовато-серые, обычно из округлых, часто окатанных зерен – оолитов, копролитов, обломков, коллофановые, курскитовые и фторапатитовые, К этому литотипу относится большинство зернистых фосфоритов венда—кембрия, перми, юры, мела и палеогена.
- Ф4. Фосфориты конкреционные подольского типа V-(Є?), залегают в глинах и алевролитах. Конкреции сферические, радиально-лучистые, диаметром 5—15 см, а также мелкие (2—5 см), с центральной полостью, занятой каолинитом, кальцитом, гипсом и сульфидами железа, свинца, цинка, часто с крупными (до 2 см) кристаллами галенита, сфалерита.
- Ф5. Фосфориты конкреционные, сгруженные в виде маломощных (<1 м) конгломератов с
песчаным кварцево-глауконитовым заполнителем. Залегают в основании мелового разреза вблизи мест выхода
коренных вендских глин и алевролитов, из которых они были вымыты и накоплены. Конкреции-гальки аналогичны
вендским.
Конкреционные фосфориты венда (кембрия?) Подолии (а) и сгруженные при перемывании
в виде конгломерата конкреции в основании верхнего мела (б), там же (В.Т. Фролов, 1993) - Ф6. Фосфориты желваковые темно-серые, темно-коричневые и черные, несортированные или плохо сортированные, рыхлые и крепкие, превращенные в панцири-плиты, с песчаным заполнителем. Мощность 0,1—0,5 м, редко до 1—2 м. Примеры – многочисленные фосфориты мела Русской платформы, Кавказа, Крыма.
- Ф7. Фосфориты черные песчано-алеврито-глинистые, неоднородные, неслоистые, несортированные, коллофановые, с курскитом, карбонатапатитом, переполненные раковинами аммонитов, двустворок, рострами белемнитов, мощностью свыше 1—2 м. Пример – верхневолжские подмосковные фосфориты.
- Ф8. Фосфориты обломочные светло-серые и серые, иногда темно-серые, с дресвяно-песчаной структурой, несортированные или плохо сортированные, неслоистые, нередко с большой примесью кварца, глауконита, обломки белые, землистые, пелитоморфные (аналогичные Ф1), мощностью до 1—2 м и больше. Часты в верхнем мелу и палеогене Сирии, Египта и других стран Африки.
- Ф9. Фосфориты ракушняковые – брахиоподовые створковые, сложенные мелкими (0,5—2 см) тонкостенными черными створками беззамковых фосфатных брахиопод-оболид, с обильным заполнителем – кварцевым песком. Встречаются в нижнем ордовике Прибалтики и Сибирской платформы.
- Ф10. Фосфориты губковые светло- и темно-коричневые, с песчаным глауконито-кварцевым, известковым, меловым или алеврито-глинистым заполнителем, с фосфатизированными ядрами моллюсков, костями рыб и других позвоночных (ихтиозавров, китов), копролитами и отолитами. Распространены в верхнемеловых карбонатных отложениях Русской плиты.
- Ф11. Костяные брекчии коричневые, сложенные костными остатками рыб, морских млекопитающих, ихтиозавров и других животных, гидроксил- и карбонатапатитовые, с песчаным, глинистым или известковым заполнителем. Распространены в Египте, Мали, Франции и других странах, преимущественно в мелу и палеогене.
- Ф12. Фосфориты типа «гуано» – светло- и коричневато-серые и темно-коричневые, коллофановые и гидроксилапатитовые, неслоистые, пелитоморфные и зернистые, копролитовые с экскрементами наземных животных, главным образом птиц. Образуют гнезда, линзы и пласты мощностью до нескольких метров в известняках. На о. Науру, о. Рождества, в Чили имеют большое промышленное значение.
- Ф13. Фосфориты метасоматические по известнякам, светлосерые и бурые, землистые, неслоистые, часто с реликтами структур и текстур замещаемых известняков. Форма тел гнездовая, неправильно линзовидная. Образуются при наземном выветривании, например при карстовом процессе, и сопровождают фосфориты гуано.
- Ф14. Алюмофосфориты зеленоватые землистые, возникающие при выветривании и поверхностном метасоматозе, неслоистые, гнездовые, мощностью до многих метров. Крупное месторождение их в Сенегале – Палло. Разрабатываются на удобрения и уран в крупном Флоридском бассейне.
Геологическое положение
Фосфориты весьма характерны для платформенных карбонатных и кварц-глауконитовых формаций. Все фосфориты залегают в наиболее маломощных платформенных формациях. Обычно фосфориты залегают в виде единичного пласта или серии из двух-трех пластов неравной мощности.
В наиболее богатых фосфоритовых формациях пластов свыше 10. Например, в пермской формации
Фосфория (США) свыше 20 промышленных фосфоритовых пластов суммарной мощностью 22 м.
Площадь формации Фосфория свыше 225650 км2.
В одном из крупнейших тунисских месторождений – Гафса – насчитывается 9 пластов
общей мощностью свыше 30—40 м. Площадь богатой фосфоритовой фации свыше 7000 км2.
Практически все средние и богатые месторождения фосфоритов ассоциируются с эвапоритовыми или другими аридными формациями. Гумидные формации заключают малые месторождения и в основном бедные желваковые фосфориты. В истории Земли образование фосфоритов отчетливо коррелируется с развитием жизни.
![](../images/phosphate_res.png)
1 – гидросфера; 2 – стратисфера; 3 – залежи фосфоритов; 4 – гранитно-метаморфическая оболочка; 5 – базальтовая оболочка; 6 – мантия.
Содержание Р2O5 (%): в стратисфере – 0,14; в гранитно-метаморфической оболочке – 0,87; в базальтовой оболочке – 0,15, в том числе в габбро – 0,24; в периодитах – 0,05; в щелочных периодитах – 0,38.
Происхождение фосфоритов
Фосфаты составляют лишь небольшую часть осадочных пород, причем среднее содержание P2O5 в них равно всего 0,15%.
Наиболее благоприятные условия для осаждения фосфатов существуют на неглубоких континентальных шельфах, а также на океанских плато, где происходит подъем глубинных океанских вод. Фосфат осаждается в виде фторапатита или как продукт замещения СаСО3 в результате увеличения по направлению к берегу температуры, рН и солености.
![Схема осаждения фосфатов](../images/upwelling.png)
в результате подъема глубинных вод
(апвеллинга) на шельф (по А.В. Казакову, 1937)
Первый этап от 90-х гг. XIX в. до начала 30-х гг. XX в. – господство гипотезы о биогенном
происхождении фосфоритов.
Второй этап решения проблемы фосфатогенеза наступил в 30-х гг. XX в.
А.В. Казаков отверг биогенную гипотезу, заменив ее хемогенной. Суть гипотезы А.В. Казакова:
пассаты отгоняют от материков поверхностные океанские воды и вызывают компенсационные потоки глубинных вод
вверх по континентальному склону на шельф (апвеллинг).
Г.И. Бушинский и Г.Н. Батурин вновь указали на роль фитопланктона как концентратора
фосфора.
Г.Н. Батурин: «фосфориты не выпадают сразу же из воды на дно, а как бы «дозревают» в
иловых водах внутри осадка на стадии диагенеза»
Во многих фосфоритах существенную роль играют черные халцедоновые породы, тоже содержащие органику. Там фосфатом замещаются кремневые остатки организмов, в частности губки.
Сам по себе биос, его отмершие остатки, их ОВ служат своего рода катализаторами и активизаторами осаждения
фосфата из насыщенных им придонных вод.
Для генерации фосфатных руд необходим комплекс благоприятных
условий:
- наличие мелководного шельфа на границе с литоралью, с широким развитием карбонатных осадков;
- тектоническая стабильность и равнинность соседней суши;
- режим морской трансгрессии;
- тепловодность;
- замедленные темпы седиментации;
- последующее обогащение в условиях активной гидродинамики.
Фосфатонакопление – очень сложный комплекс биохимических процессов и благоприятствующих им геологических
условий. Они не всегда совпадают. В геологической истории Земли известно немного эпох
фосфоритообразования.
По данным А.С.Соколова, современное распределение учтенных мировых запасов фосфоритов
таково:
- 26% в венд-кембрии,
- 40% – в мел-палеогене;
- 14,6% – в неогене,
- 13% – в перми.
Фосфоритоносные бассейны рассредоточены по земному шару.
В венд-кембрийское время их было 10:
- два – в Южной Америке,
- один – в Африке (Верхняя Вольта),
- один – на юге Казахстана (Каратау);
- Предгималайский,
- Алтае-Саянский,
- Удско-Селенджинский;
- Окино-Хубсугульский в Монголии,
- Янцзынский и Лаокайский в КНР
- и Дорджина в Австралии.
Практическое применение
Практическое значение фосфоритов огромно – это необходимые удобрения. Основными фосфоритдобывающими странами являются Марокко, Алжир, Тунис, США, Россия, Казахстан, Узбекистан, Египет, Австралия, Науру, Китай, Монголия. Мировые запасы фосфатов оцениваются в 65 миллионов тонн.
Фосфориты идут на производство фосфорной кислоты и элементарного фосфора. Фосфориты – концентраторы редких и рассеянных элементов (ванадия, урана и др.), и они могут добываться из них.
Выводы
- Фосфоритами называют породы, больше чем на 50% сложенные фосфатными минералами.
- Большинство фосфоритов имеют смешанный состав.
- По структурным признакам выделяются 14 литотипов фосфоритов.
- Все фосфориты залегают в наиболее маломощных платформенных формациях.
- Богатые месторождения фосфоритов ассоциируются с эвапоритовыми или другими аридными формациями.
- В образовании фосфоритов важнейшую роль играют апвеллинги.
- Фосфатонакопление – очень сложный комплекс биохимических процессов и благоприятствующих им геологических условий.
- Практическое значение фосфоритов огромно – это необходимые удобрения.