В геологии рудных месторождений супергенные процессы или обогащение - это те, которые происходят относительно близко к поверхности в отличие от глубоких гипогенных процессов. Супергенные процессы включают преобладание циркуляции метеорных вод (т. е. воды , полученной из осадков ) с сопутствующим окислением и химическим выветриванием . Нисходящие метеорные воды окисляют первичные (гипогенные) сульфидные рудные минералы и перераспределяют металлические рудные элементы. Супергенное обогащение происходит в основании окисленной части рудного месторождения. Металлы, выщелоченные из окисленной руды, переносятся вниз просачивающимися грунтовыми водами и реагируют с гипогенными сульфидами на границе супергена и гипогена. Реакция производит вторичные сульфиды с содержанием металлов выше, чем в первичной руде. Это особенно заметно в месторождениях медной руды, где минералы сульфида меди халькозин (Cu2S ) , ковеллин ( CuS), дигенит ( Cu18S10 ) и джурлеит ( Cu31S16 ) отлагаются нисходящими поверхностными водами. [1]
Все подобные процессы происходят в практически атмосферных условиях, при комнатной температуре (25 °C) и стандартном атмосферном давлении (1 атм ). [2]
На разных глубинах можно выделить отдельные зоны гипергенных процессов. С поверхности вниз это: госсановая шапка, выщелоченная зона, окисленная зона, уровень грунтовых вод, обогащенная зона (гипергенная обогащенная зона) и первичная зона (гипогенная зона). [3]
Пирит (FeS 2 ) окислился, образовав гетит (FeO(OH)) и лимонит (FeO(OH)· n H 2 O), [2] которые образуют пористое покрытие над окисленной зоной, известное как « госсановая шапка» или «железная шляпа». [4] Геологоразведчики используют госсан в качестве индикатора запасов руды.
Подземные воды содержат растворенный кислород и углекислый газ . По мере продвижения вниз они окисляют первичные сульфидные минералы , что сопровождается образованием серной кислоты и растворов окисленных металлов. [5] Например, подземные воды обычно взаимодействуют с пиритом (FeS2 ) с образованием окисленного железа (FeO(OH)) и серной кислоты (H2SO4 ) , что показано в идеализированной химической реакции ниже (промежуточные этапы опущены):
Промежуточным продуктом в этом процессе является сульфат железа (Fe 2 (SO 4 ) 3 ), который окисляет пирит и другие сульфидные минералы. [6]
Выше уровня грунтовых вод среда окислительная , а ниже — восстановительная . [7] Растворы, перемещающиеся вниз из выщелоченной зоны, реагируют с другими первичными минералами в окисленной зоне, образуя вторичные минералы [5], такие как сульфаты и карбонаты , а также лимонит , который является характерным продуктом во всех окисленных зонах. [3]
При образовании вторичных карбонатов первичные сульфидные минералы обычно сначала преобразуются в сульфаты, которые в свою очередь реагируют с первичными карбонатами, такими как кальцит (CaCO 3 ), доломит (CaMg(CO 3 ) 2 ) или арагонит (также CaCO 3 , полиморфный с кальцитом), образуя вторичные карбонаты. [4] Растворимые соли продолжают спускаться вниз, но нерастворимые соли остаются в окисленной зоне, где они образуются. Примерами нерастворимых солей, которые обычно встречаются в окисленной зоне, являются осадки свинца , такие как англезит (PbSO 4 ) и пироморфит (Pb 5 (PO 4 ) 3 Cl); медь выпадает в осадок в виде малахита (Cu 2 (CO 3 (OH) 2 ), азурита (Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 ), куприта (Cu 2 O) и смитсонита (ZnCO 3 ). [3] [7]
На уровне грунтовых вод среда меняется с окислительной на восстановительную . [7]
Ионы меди , которые перемещаются вниз в эту восстановительную среду, образуют зону гипергенного сульфидного обогащения. [3] Ковеллин (CuS), халькозин ( Cu2S ) и самородная медь (Cu) стабильны в этих условиях [7] и характерны для обогащенной зоны. [3]
Конечным результатом этих супергенных процессов является перемещение ионов металлов из выщелоченной зоны в обогащенную зону, что приводит к повышению их концентрации до более высоких уровней, чем в неизмененной первичной зоне, расположенной ниже, что может привести к образованию месторождения, пригодного для разработки.
Первичная зона содержит неизмененные первичные минералы . [5]
Халькопирит CuFeS2 ( первичный ) легко превращается во вторичные минералы борнит Cu5FeS4 , ковеллин CuS и брошантит Cu4SO4 ( OH) 6 . [ 5]
Галенит PbS (первичный) превращается во вторичный англезит PbSO 4 и церуссит PbCO 3 . [2] [5]
Сфалерит ZnS (первичный) изменяется во вторичный гемиморфит Zn 4 Si 2 O 7 (OH) 2 .H 2 O, смитсонит ZnCO 3 и содержащий марганец виллемит Zn 2 SiO 4 . [2] [5]
Пирит FeS 2 (первичный) превращается во вторичный мелантерит FeSO 4 ·7H 2 O. [5]
Если исходные отложения содержат минералы, содержащие мышьяк и фосфор , будут образовываться вторичные арсенаты и фосфаты . [5]
Слово «суперген» происходит от латинского корня «super», означающего «выше», и греческого корня «-gene» ( -γενής ), означающего «рожденный» или «произведенный». Термины «суперген» и «гипоген» относятся к глубине, на которой они находятся.