Бутвиловский В.В.

Лейбниц-Институт полимерных исследований, Германия; КузГПА, Россия

Выветривание и денудация горных пород играют большую роль в формировании экзогенных месторождений различных металлов и нерудного сырья. Ход этих процессов во многом определяется рельефом земной поверхности. Эмпирически известно, что рельеф развивается двумя главными способами: отрывом, сносом (денудацией) частиц горных пород с одних ее участков и накоплением (аккумуляцией) этих частиц на других участках. Участки аккумуляции и денудации разделяет базис денудации. Ниже базиса денудации идет аккумуляция и вертикальное наращивание элементов седиментационного рельефа, у базиса денудации происходит выполаживание и образуются новые элементы деструктивного или седиментационного рельефа, а выше их идет денудация и латеральное перемещение-отступание элементов деструктивного рельефа с сохранением подобия своей формы [Бутвиловский, 2009]. Эти геоморфологические условия во многом определяют процессы выветривания «подстилающих» рельеф горных пород.

Выветривание (гипергенез) есть физико-химическое и биохимическое преобразование горных пород воздействием внешней среды, свойственной земной поверхности. В итоге формируются коры выветривания (элювий) – биокосные литолого-минеральные комплексы различно преобразованных исходных горных пород. Элювиальным образованиям свойственна вертикальная и географическая зональность, определяемая внешними условиями. Строение, особенности и прикладное значение кор выветривания достаточно подробно представлены в научной литературе [Поверхности…, 1974; Добровольский, 1969; Перельман, 1977; и др.]. Известно, что процессы выветривания играют огромную роль в высвобождении, переотложении и концентрации металлов и минералов [Крейтер и др., 1958; Коры…, 1977, Желнин, 1979; Петров, 1990; Калинин и др., 2006; и др.]. При этом наибольшая относительная концентрация полезных компонентов происходит в корах выветривания на участках субгоризонтальных приводораздельных и придолинных поверхностей, где доминирует химический вынос растворимых веществ. При достаточных запасах коренных источников в корах выветривания могут образовываться весьма продуктивные месторождения. Поэтому одной из задач геоморфологических исследований является определение мест в рельефе, где создавались наиболее благоприятные условия для элювиальной концентрации полезных компонентов и где могли эти компоненты сохраниться от денудации. На мой взгляд, наиболее важна оценка выветрелости коренных оруденелых пород в пределах деструктивного рельефа; выветрелость отложений, оформленных седиментационным рельефом менее интересна в прикладном отношении, т.к. они являются продуктом сортировки и переотложения коренных пород и резко обеднены рудной минерализацией. 

Влияние рельефа на гипергенные процессы сказывается опосредовано, главным образом через обусловленные им микро-гидроклиматические условия и денудационные склоновые процессы. При этом при определенных параметрах крутизны склонов происходит качественная смена состава продуктов выветривания [Толстых, Клюкин, 1976; Бутвиловский, 2009; и др.]. Еще В. Пенк [1924] указывал, что угол склона и свойства выветрелых пород хорошо коррелируются между собой. Логично утверждать, что в пределах одного элемента рельефа (геофацетты) элювий находится в условиях одинакового энергетического воздействия, следовательно имеет достаточно одинаковые условия для своего образования и развития [Бутвиловский, 2009]. Выделяя на земной поверхности различные элементы рельефа, мы тем самым обособляем различные элювиальные однородности. Разнообразие рельефа и горных пород обуславливает различные ареалы, типы и мощности элювия. Исследования морфолитогенеза земной поверхности показывают, что выветривание различного типа идет в континентальных условиях непрерывно и практически повсеместно, но наиболее отчетливо фиксируется мощными корами лишь в условиях пологосклонного рельефа и жаркого, достаточно влажного климата.

Было бы весьма полезно реконструировать положение таких участков и выявить геоморфологическую ситуацию благоприятных для выветривания периодов. Актуальный рельеф как объективная реальность состоит из разных элементов (склонов) и представляет собой гетерогенное и гетерохронное образование. Одни его подразделения (деструктивные склоновые пояса, седиментационные морфокомплексы) образовались раньше, другие позже (соответственно принципу Докучаева: ниже-моложе) [Бутвиловский, 2009]. После образования шло развитие элементов рельефа, более длительное у древних, меньшее – у более молодых. При этом все они испытали соответствущие пространственные перемещения: деструктивные склоны, подвергаясь выветриванию и денудации, перемещались по латерали от места своего образования в сторону водоразделов; седиментационные склоны понижали свою поверхность, оставаясь на месте до тех пор пока конформные им седименты не снесены денудацией. Тем самым, большинство элементов актуального рельефа в настоящее время находятся вовсе не в том месте, где они образовались, а в том месте, куда их переместила денудация, причем каждый склон на свое, отличное от других расстояние, определяемое скоростью и длительностью денудации (возраст склона, устойчивость подстилающих горных пород, условия внешней среды).

Всё это имеет важное значение, к примеру, для оценки прикладных перспектив элювиальных образований террасоувалов, педиментов и пологих долинообразных участков (так называемых древних долин). В частности, в горах юга Сибири выделено множество фрагментов поверхностей выравнивания, террасоувалов и пологих приводораздельных долинообразных участков, которые считаются перспективными на полезные ископаемые [Бутвиловский и др., 2011]. Однако поисковые работы в пределах этих участков далеко не всегда оказываются успешными. Почему? Очевидно потому, что поисковики не задумываются о возможном изменении местоположения этих пологонаклонных форм. В том месте, где они находятся сейчас, их не было в прошлые эпохи; они, также как и содержавшиеся в их пределах полезные ископаемые, закладывались на большем удалении от водоразделов; причем, чем древнее террасоувал или педимент, тем больше было это удаление. К примеру, палеогеновый долинообразный участок в период своего образования должен был находиться в 2-5 км ниже по течению от того места, где он находится сейчас. В любом случае, после своего образования его борта и днище продолжали подвергаться выветриванию и денудации. За счет этого участок «уходил» в сторону и вверх по течению от того места, где образовался, оставив там созданное россыпное или гипергенное месторождение. Отсюда следует: чтобы более эффективно вести поиск экзогенных месторождений, необходимо сначала реконструировать рельеф на те или иные эпохи, благоприятные для образования месторождений, и определить исходные местоположения вмещавших их элементов рельефа, а также их соотношения с актуальным рельефом. Реконструированные местоположения склоновых поясов врезания и выполаживания (педиментов), эрозионных террасоувалов и подрезов определяются «отсчетом назад», исходя из законов самоподобного параллельного отступания деструктивных склонов, средних скоростей денудационного сноса и обусловленного им латерального отступания, выведенных из региональных эмпирических данных.

Такая работа была проведена для нескольких районов Кузнецкого Алатау и Горной Шории, для которых была закартирована структура актуального рельефа и на этой основе составлены карты виртуального (реконструированного) рельефа на поздний плиоцен и на поздний эоцен. По геологическим данным в этом регионе выделяются три особых эпохи выветривания и корообразования: триасовая (латеритная), мел-палеогеновая (кремнисто-каолинитовая) и миоцен-плиоценовая (железисто-карбонатная), датированные по соотношениям осадочных толщ и неоэлювия [Казаринов 1958; и др.]. В актуальном рельефе также закартированы три разновозрастных уровня педиментов (таскыльский, кийский и еланский склоновые пояса), возраст которых коррелятен эпохам корообразования [Бутвиловский и др., 2011]. Однако на большей части этих древних педиментов мощных зрелых кор выветривания обычно нет, т.к. фронтальные краевые части педиментов всё время перемещались денудацией на менее выветрелые породы подножий крутых склонов. Чем дальше участок педимента находится от краевой фронтальной части (шовной линии), тем больше времени он мог подвергаться выветриванию, тем более свойственны ему зрелые коры выветривания. Тем самым создается своеобразная латеральная зональность размещения элювия на педиментах. По нашим данным, коры выветривания плиоцен-миоценовой эпохи встречаются не ближе 120-500 м от фронтальной части, мел-палеогеновые коры – не ближе 2-3 км. И если в пределах этих мало подвергавшихся выветриванию участках наблюдаются аномально измененные и дезинтегрированные на большую глубину породы, то эти изменения созданы скорее всего не выветриванием, а другими метасоматическими процессами, которые обычно недооцениваются или зачастую даже не принимаются в расчет.

Таковым может быть так называемый глубинный (или подземный) гипергенез— комплекс явлений и процессов, связанных с воздействием глубинных подземных вод, движущихся по водоносным горизонтам или восходящих по проницаемым зонам. Выходы глубинных, нередко минерализованных и теплых подземных вод достаточно широко известны в регионе, и они несомненно оказывали и оказывают большое влияние на вмещающие породы. Кроме того, В.Н. Разумовой [1977] приводится достаточно данных в пользу того, что в формировании многих так называемых линейных кор выветривания участвовали (и участвуют) восходящие глубинные гидротермально-вадозные растворы, с которыми связаны выщелачивание, ожелезнение, дезинтеграция, глинизация горных пород, миграция химических элементов и метасоматическое замещение одних минералов другими. Такие образования обычно приурочены к разломам и зонам повышенной трещиноватости, где наблюдается и наибольшая мощность преобразованных пород, уходящих в недра глубокими «карманами». Кроме того, для этих измененных и дезинтегрированных пород характерно особенное строение, отличающееся от упорядоченной вертикальной зональности кор выветривания. Глинистые метасоматиты (структурные или псевдоморфные глины) – это разуплотненные образования, состоящие в основном из каолинита, монтмориллонита, мелких зерен кварца, хлорита, гидрослюд, смешаннослойных минералов. Они нередко участвуют в строении зональных ореолов метасоматического замещения, конфигурация которых имеет вид субвертикально ориентированных, вложенных друг в друга конусов-линз, центральная из которых выполнена глинистыми метасоматитами, а периферийные – аргиллизитами,  кварцитами, пропилитами, грейзенами – следствиями более раннего высокотемпературного воздействия гидротерм подводящего канала, обусловленного трещинной тектоникой и повышенной пористостью пород.  В.Н. Разумовой [1977] показано, что древние коры выветривания, считавшиеся генетически однотипными образованиями гипергенного происхождения, нередко полигенны и наряду с собственно почвенно-элювиальными образованиями включают глинистые породы выщелачивания, созданных воздействием напорных термальных вод. Формирование таких гидротермальных-вадозных образований связано с орогенными этапами развития платформенных (и геосинклинальных) областей и зонами тектонической и тектоно-магматической активизации. Не исключено, что они имеют достаточно широкое развитие в регионе и должны выделяться как особые образования (эпитермальные метасоматиты), не связанные с процессами выветривания и педиментами. В отличие от кор выветривания для металлоносных (золотоносных) глинистых метасоматитов характерно то, что рыхлые руды сохраняют форму и элементы залегания первичных рудных тел. Существенного перераспределения золота и многих других металлов в зоне окисления и глинизации не наблюдается. Богатые окисленные руды образовались по богатым же рудам первичным. Это также свидетельствует о том, что данные образования не подвергались глубокому биохимическому выветриванию.

Литература

Бутвиловский В.В. Введение в теоретическую геоморфологию – альтернативные представления. — Новокузнецк: Изд-во КузГПА, 2009. 185 с.

Бутвиловский В.В., Аввакумов А.Е., Гутак О.Я. Россыпная золотоносность гор юга Западной Сибири: историко-геологический обзор и оценка возможностей. — Новокузнецк: Кузбасская государственная педагогическая академия, 2011. 241 с.

Добровольский В.В. География и палеогеография коры выветривания СССР. -М.: Наука, 1969. 341 с.

Желнин С.Г. Условия образования аллювиальных россыпей золота на Северо-Востоке Азии. — М.: Наука, 1979. 120 с.

Казаринов В. П. Мезозойские и кайнозойские отложения Западной Сибири. – М.: Гостоптехиздат, 1958. 148 с.

Калинин Ю.А., Росляков Н.А., Прудников С.Г. Золотоносные коры выветривания Сибири. — Новосибирск: «Гео», 2006. 338 с.

Кора выветривания и гипергенное рудообразование. — М.: Недра, 1977. 247 с.

Крейтер В.М., Аристов В.В. и др. Поведение золота в зоне окисления золото-сульфдных месторождений. – М.: Госгеотехиздат, 1958. 268 с.

Пенк В. Морфологический анализ. Пер с нем. — М.: Географгиз, 1961. 359 с.

Петров В.Г. Условия золотоносности северной части Енисейского кряжа. —  Новосибирск.: Наука, 1974. 138 с.

Перельман А.И. Биокосные системы Земли. — M.: Наука, 1977. 160 с.

Поверхности выравнивания и коры выветривания на территории СССР// Под ред. И.П. Герасимова и А.В. Сидоренко. — М.: Наука, 1974. 549 с.

Разумова В.Н. Древние коры выветривания и гидротермальный процесс. — М.: Наука, 1977. 156 с.

Толстых Е.А., Клюкин А.А. Выветривание // В кн.: Современные геологические процессы на Черноморском побережье СССР. — М.: Недра, 1976. С. 33-49.