Фосфориты

ФОСФОРИТЫ (а. phosphorites; н. Phosphorite; ф. phosphorites; и. fosforitas) — осадочные горные породы, основным компонентом которых являются скрыто- или микрокристаллические фосфаты кальция из группы апатита. Нижний предел содержания P₂O₅ в фосфоритах условно принят 12%.

Наиболее распространённый фосфатный минерал фосфоритов — фторкарбонатапатит (франколит), главной особенностью которого является то, что в элементарной ячейке часть фосфора (PO₄^3-) замещена углеродом (CO₃^2-) с образованием непрерывного изоморфного ряда от фторапатита до курскита. Кроме углерода в фосфатных минералах фосфоритов нередки другие изоморфные замещения; кальций — стронцием, натрием и др.; фтор — группой OH, Cl, CO₃^2-и др.; анион PO₄^3-- анионом SO₄^2-.

Наиболее распространёнными формами нахождения фосфатного вещества являются микроконкреции (зёрна, оолиты, сферолиты), криптокристаллической афанитовый фосфат ("микросфорит"), изотропный и раскристаллизованный фосфатный цемент желваковых фосфоритов, фосфат, слагающий остатки организмов (преимущественно раковин), часть которых изначально состояла из фосфата кальция (ракушечные фосфориты), а др. часть образовалась в результате замещения фосфатом карбонатов (биоморфозы). Минералогическая природа и петрографические особенности фосфатного вещества существенно влияют на физико-химические свойства фосфоритов, их растворимость, технологические особенности и прочее.

Кроме фосфатов кальция в состав фосфоритов входят нефосфатные минералы: основные — доломит, кальцит, кварц, халцедон, глауконит; второстепенные — глинистые, алюмосиликатные, железистые минералы (пирит, гидроксиды железа), органические вещества. В ещё более низких концентрациях присутствуют уран, редкоземельные элементы (лантаноиды цериевой группы), стронций, реже примеси Pb, V, Sc, Zr, Se и др.

Фосфориты делятся на 2 генетические группы: морские и континентальные. Среди морских выделяются следующие литогенетические типы фосфоритов: микрозернистые, зернистые, желваковые и ракушечные. Названия типам даны структурно-петрографические, но их различия гораздо более глубокие: они приурочены к разным геологическим формациям, залегают на различных стратиграфических уровнях, концентрируются в разных фосфоритоносных провинциях.

Тип микрозернистых фосфоритов включает также оолитовые и афанитовые разновидности, связанные обычно с древними кремнисто-карбонатными формациями и распространённые преимущественно в фосфоритоносных провинциях Азиатской, Австралийской и Скалистых гор в Северной Америке. Это обычно плотные, крепкие, тёмно-серые до чёрных породы с размером микрозёрен и микроконкреций обычно 0,01-0,5 мм.

Зернистые фосфориты сложены фосфатными, обычно округлыми зёрнами (нередко биоморфозами по фораминиферам и др.) с преобладающим диаметром от 0,1 до 2-5 мм и более; содержат также фосфатный костный детрит, зубы рыб и др. органические остатки. Связаны с терригенно-карбонатными формациями верхнемелового и кайнозойского возраста и распространены преимущественно в Аравийско-Африканской фосфоритоносной провинции и Восточно-Американской фосфоритоносной провинции.

Желваковые фосфориты — конкреции, в которых фосфат играет роль цемента, скрепляющего обломочные и аутигенные зёрна др. минералов, связаны с глауконито-терригенной формацией преимущественно верхнеюрско-мелового возраста и распространены в фосфоритоносной провинции Восточно-Европейской платформы. Желваки фосфоритов темно- или буро-серые с шероховатой поверхностью или окатанные (гальки) размером от 3-5 до 50-150 мм.

Ракушечные фосфориты представляют собой фосфатные раковины беззамковых брахиопод и их детрит с примесью кварцевых зёрен; связаны с органогенно-терригенной формацией ордовика, распространены в Прибалтийском фосфоритоносном бассейне, в Сибири, в Аргентине и Боливии.

Среди континентальных фосфоритов выделяются фосфориты коры выветривания и органогенные — гуано (островные и пещерные). Вследствие выщелачивания карбонатов происходит остаточное накопление фосфатов, иногда до очень высоких концентраций P₂O₅ — 38-40% (месторождение Маукок, CPB). Обычно часть фосфата под воздействием инфильтрационных процессов растворяется и переотлагается с образованием остаточно-инфильтрационных фосфоритов. По физико-механическим свойствам выделяются рыхлые (песчанистые, глинистые) и каменистые (твёрдые), залегающие среди рыхлых. Другая группа фосфоритов коры выветривания образуется за счёт инфильтрационно-метасоматического взаимодействия гуано птиц и летучих мышей с подстилающими карбонатами, реже др. породами. Эти процессы распространены в тропиках, на коралловых и др. островах (островные фосфориты) и в пещерах, населённых летучими мышами (пещерные фосфориты).

Установлена стратиграфическая приуроченность главных накоплений фосфоритов в венде — кембрии, ордовике, перми, мелу — палеогене и неогене; литологическая связь с определенными формациями — кремнисто-карбонатной, терригенно-карбонатной, глауконито-терригенной, коры выветривания и др. Для морских фосфоритов установлены закономерности условий их образования: устойчивый тектонический режим (платформенный), аридные и полуаридные климатические условия, шельфовое мелководье с ограниченным карбонато-накоплением и пенепленизированной окружающей сушей.

Крупные участки земной коры, в которых концентрируются главные накопления фосфоритов, выделены как фосфоритоносные провинции: Азиатская, Австралийская, Скалистых гор (микрозернистые фосфориты), Аравийско-Африканская, восточно-Американская (зернистые фосфориты), Восточно-Европейской платформы (желваковые фосфориты). Внутри провинций, реже также и вне их выделяются фосфоритоносные бассейны, в которых концентрируются однотипные и одновозрастные фосфориты.

В пределах CCCP расположена северная часть Азиатской провинции (Каратауский, Алтае-Саянский бассейны, северная часть Хубсугульского бассейна), большая часть провинции Восточно-Европейской платформы (бассейны Волжский, Днепровско-Донецкий, Актюбинский), восточное окончание Аравийско-Африканской провинции (Кызылкумский бассейн).

Генезис морских фосфоритов изучается давно. В прошлом господствовала биолитная гипотеза. В 1930-х гг. её сменила принципиально новая хемогенная теория (А. В. Казаков), получившая широкое международное признание. Важнейшим положением этой теории явилось обоснование роли Апвеллинга. Об условиях образования фосфоритов высказаны также др. гипотезы — вулканогенно-осадочная (Н. С. Шатский), биохимическая (Г. И. Бушинский), биогенно-диагенетическая (Г. Н. Батурин) и др.

В геологической истории Земли отчётливо проявилась эволюция фосфатонакопления (Н. А. Красильникова, А. Л. Яншин), выразившаяся в смене преобладающего в венде — кембрии микрозернистого типа фосфоритов на зернистый и желваковый тип в мезозое-кайнозое. Ракушечные фосфориты образовывались только в ордовике.