11. Докембрийские железорудные формации

В последние годы в качестве возможного индикатора отсутствия кислорода в атмосфере стали использовать также осадочные породы другого типа, а именно докембрийские железорудные формации. Как и рассмотренные нами докембрийские золото-урановые "рифы", железорудные формации имеют экономическое значение.

Железорудные формации - это сформировавшиеся на поверхности отложения железа, всегда приуроченные к осадочным породам. Существуют и другие месторождения железа в виде рудных жил, разрабатываемых сейчас или уже исчерпанных. Такие месторождения возникли путем осаждения железа из растворов, поднявшихся с глубины, - так называемых гипогенных растворов. Почти все месторождения железа, имевшие экономическое значение в ранние периоды истории цивилизации и в средние века, были именно такими месторождениями. Содержание железа в них часто очень высоко, а это как раз было очень важно при неразвитой технологии выплавки. В осадочных железорудных формациях содержание железа обычно ниже, в среднем менее 30%.

Сейчас добыча железа из рудных жил продолжается только в области Зигерланд, ФРГ. В других районах почти вся добыча железа сосредоточена в осадочных месторождениях. Их недостаток - сравнительно низкое содержание железа - в наши дни перевешивается большим преимуществом - их значительным объемом. Но различие по богатству руды еще сохраняется кое-где в названиях. В Лоррене (Франция) осадочные железорудные формации издавна называются "minette", т. е. руды, невыгодные для разработки^*. Породы североамериканских докембрийских железорудных формаций долго считались весьма убогим материалом, непригодным для добычи железа. Минеттовые руды стали разрабатываться лишь после того, как была изобретена доменная печь, а североамериканским отложениям пришлось подождать развития современных способов обогащения руд^**.

^* (От mine (франц.) - рудник, рудная жила. Уменьшительный суффикс имеет здесь пренебрежительное значение. - Прим. перев.)

^** (Мы, конечно, оставляем в стороне железные руды с более высоким содержанием Fe (до 60%), которые до недавнего времени составляли основную часть разрабатываемых железных руд. Они постепенно образовались из осадочных полосчатых железорудных формаций в результате процессов окисления и обогащения.)

Обычно докембрийские железорудные формации представлены очень тонкими пластами; богатые железом пласты перемежаются с бедными или совсем не содержащими железа. В противоположность более молодым минеттам при возникновении таких формаций смена условий происходила настолько быстро и отдельные слои так тонки, что их называют пластинами (фото 38).

Фото 38. Полированная плитка породы из докембрийской полосчатой железорудной формации вблизи Ишпеминг, на севере штата Мичиган. Очень тонкие прослойки, заметные простым глазом в таких тонкозернистых сланцевых породах, возможно, возникли в результате сезонных изменений процесса седиментации. Более толстый пласт в середине - песчанистая порода. Беловатые прожилки образовались при замещениях, происходивших позднее

Но это не единственное различие между более молодыми и докембрийскими железорудными формациями. Между ними есть гораздо более существенное различие: первые всегда связаны с карбонатом, главным образом с СаСО₃, а вторые - с кремнистым сланцем, т. е. с очень мелкозернистыми кремнистыми породами. Эти последние встречаются и в более молодых железорудных формациях, но их происхождение здесь всегда вторично - кремнезем заместил содержавшийся здесь ранее карбонат.

Все молодые железорудные формации с преобладанием известняка сейчас классифицируются как формации "типа минетт", а докембрийские, кремнистые, относят к "типу формации Верхнего озера" независимо от того, где они находятся. Различия в составе пород этих двух типов видны из фиг. 74 и 75.

Фиг. 74. Распространенность SiO₂ и CaO + MgO в докембрийских (вверху) и более молодых (внизу) железорудных формациях. А - 354 анализа; Б - 124 анализа; В - 70 анализов; Г - 64 анализа

Фиг. 75. Содержание FeO, SiO₂ и СаО + MgO в докембрийских и более молодых железорудных формациях [19]. Докембрийские железорудные формации по своему составу явно отличаются от молодых; совпадения встречаются лишь изредка (небольшое перекрывание на рисунке). Существуют небольшие, но заметные различия и в содержании других веществ. В докембрийских железорудных формациях гораздо меньше Al, P и Ti, но больше Мn; так, в древних формациях содержится всего 1,6% Аl (в молодых - 6,1%), 0,26% Р (в молодых - 0,86%); 0,15% Ti (в молодых - 0,45%) и 1% Мn (в молодых - 0,34%)

В докембрийских железорудных формациях железо содержится главным образом в виде первичных минералов - сидерита (FеСО₃), пирита (FeS), магнетита (Fe₃O₄) и силикатов железа. Есть в этих породах и самая окисленная форма железа - гематит (Fe₂O₃), но неизвестно, какая часть гематита присутствовала здесь с самого начала и сколько его появилось позже, в результате окисления. Но считается, что большая часть гематита возникла при последующем окислении магнетита, хотя какое-то небольшое его количество, видимо, присутствовало в породе первоначально.

Сравнивая эту ситуацию с тем, что наблюдается для докембрийских золото-урановых "рифов", мы видим, что различие между докембрийскими и более молодыми железорудными формациями выражено не так резко, как в случае рифов. Мы находим в древних песчаниках только восстановленное железо в форме пирита, а в более молодых - только окисленное, например гематит.

Но в железорудных формациях, каков бы ни был их возраст, мы всегда находим окисленное железо. Правда, в отложениях докембрия встречается магнетит - менее окисленная форма, а в более поздних - гематит, полностью окисленная форма, но главное различие между ранними и поздними железорудными формациями связано не с минералами железа, а с сопровождающими минералами: в древних отложениях это кремнезем, в более поздних - карбонат.

Итак, различные осадочные породы докембрия отличаются от более поздних, однако их различие между собой не связано с возрастом. Как явствует из данных, приведенных в табл. 18, в позднем и среднем докембрии возникали и золото-урановые "рифы", и кремнистые железорудные формации. Мы вернемся к этому различию в одном из следующих разделов, обсуждая происхождение железорудных формаций.

Таблица 18. Стратиграфическое строение и хронология докембрия Миннесоты^* [12]

^* (В Миннесоте найдены три основные железорудные формации. Это (в порядке прилижения к нашим дням) Соуден, Эгейва (в средней части серии Найф-Лейк) и Бивабик (или Ганфлинт). Золото-урановые "рифы" Блайнд-Ривер (Онтарио), относящиеся по местной стратиграфии к нижнему гурону, примерно соответствуют по возрасту кварциту нокегама из Миннесоты. Горообразование Кивино (местный миннесотский термин) можно соотнести с канадским гренвиллским горообразованием (фиг. 99).)

Возвращаясь к докембрийским железорудным формациям, отметим, что основные сведения о них получены для Северной Америки. Здесь, в Канаде и на севере США, интенсивно изучались железорудные формации Канадского щита. Но и на других древних щитах встречаются подобные формации. Местные наименования этих пород, такие, как таконит и итабирит, широко употребляются в геологической литературе. Как и в случае докембрийских золото-урановых "рифов", между докембрийскими железорудными формациями разных древних щитов существует поразительное сходство, можно даже сказать - совпадение. Более того, до-кембрийские железорудные формации резко отличаются от более молодых. Следовательно, мы вправе взять наиболее изученные железорудные формации Канадского щита в качестве примера всех этих докембрийских пород. Карта (фиг. 76) показывает распределение железорудных формаций Канадского щита. Их стратиграфическое положение указано в табл. 18.

Фиг. 76. Схематическая карта Канадского щита [19]. Черным показано распространение докембрийских железорудных формаций типа формации Верхнего озера. Отмеченные формации относятся главным образом к трем различным стратиграфическим горизонтам среднего и нижнего докембрия (см. табл. 18)