کانسارهای رسوبی، ویژگی ها و انواع آن

کانسارهای رسوبی (Sedimentary ore deposits) نهشته های رسوبی هستند که در سنگ های رسوبی یک بخشی از زمین تجمع یافته اند و حاوی عناصر و مواد معدنی با ارزش اقتصادی هستند. این کانسارها معمولاً نسبت به سنگ های دربرگیرنده خود، همشیب هستند. ذخایر رسوبی، با دلتاها، مصب رودخانه ها، فلات قاره ها و آتشفشان ها مرتبط هستند و در نزدیکی آن ها قرار دارند. انواع کانسار رسوبی شامل کانسارهای رسوبی شیمیایی و کانسارهای رسوبی فیزیکی هستند. کانسارهای پلاسر از نوع فیزیکی و کانسارهای تبخیری، آهن رسوبی، فسفات ها و ذخایر بزرگ منگنز، کانسارهای حاصل از فرایندهای شیمیایی هستند.

کانسار رسوبی چیست؟

کانسارهای رسوبی، تجمعی از کانی‌های با ارزش اقتصادی هستند که از طریق فرآیندهای رسوبی تشکیل می‌شوند و معمولاً در سنگ‌های رسوبی یافت می‌شوند. منظور از فرایندهای رسوبی، هوازدگی و فرسایش سنگ ها و سپس حمل و نقل و نهشته شدن رسوبات حاصل است. این نهشته ها اغلب از هوازدگی و فرسایش سنگ‌های موجود سرچشمه می‌گیرند و مواد معدنی را حمل می‌کنند و منجر به تمرکز آنها در محیط‌های خاص مانند بستر رودخانه‌ها، کف دریاچه‌ها یا کف اقیانوس‌ها می‌شوند. ویژگی‌های منحصر به فرد محیط‌های رسوبی بر انواع مواد معدنی موجود در این رسوبات تأثیر می‌گذارد و آن ها را برای معدنکاری و اکتشاف منابع مهم می‌کند.

ویژگی کانسارهای رسوبی

• بسیاری از کانسارهایی که در سنگ های رسوبی قرار دارند، نسبت به سنگ های دربرگیرندۀ خود، هم شیب هستند و اغلب در نزدیکی آتشفشان ها یا سنگ های آتشفشانی واقع اند.
• کانسارهای رسوبی معمولاً با محیط‌هایی مرتبط هستند که در آن‌ها شرایط برای تجمع مواد معدنی مناسب است؛ محیط هایی مانند دلتاها، دهانه (مَصب) رودخانه‌ها و فلات قاره‌ها.
• تشکیل ذخایر رسوبی تحت تأثیر عواملی مانند تغییرات در شیمی آب، فعالیت بیولوژیکی و تأمین رسوب است.
• کانسارهای رسوبی در مقایسه با کانسارهای آذرین یا دگرگونی، اغلب به روش‌های استخراج متفاوتی نیاز دارند، زیرا ممکن است در لایه‌های رسوبی پراکنده باشند. سنگ معدن‌های رسوبی اغلب به دلیل ماهیت پراکنده‌شان در لایه‌ها، به تکنیک‌هایی مانند استخراج هیدرولیکی یا استخراج روباز نیاز دارند. در مقابل، کانسارهای آذرین به تکنیک‌های استخراج دیگری مانند روش استخراج زیرزمینی (برای توده‌های متمرکز) نیاز دارند.
• برای اکتشاف و استخراج مؤثر ذخایر رسوبی، درک تاریخچه زمین‌شناسی و محیط رسوبی بسیار مهم است. شناسایی محیط‌ های رسوبی مطلوب، امکان هدف‌گذاری بهتر تلاش‌های اکتشافی زمین شناسان را فراهم می‌کند. علاوه بر این، شناخت چگونگی تأثیر تغییرات در شرایط محیطی بر غلظت مواد معدنی، به بهینه‌سازی شیوه‌های استخراج و مدیریت پایدار منابع کمک می‌کند.

انواع کانسارهای رسوبی

در یک طبقه بندی اساسی، ذخایر رسوبی به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

1. کانسارهای حاصل از رسوبگذاری شیمیایی.
2. کانسارهای حاصل از فرایندهای مکانیکی.

هر یک از این دو دسته، خود شامل زیر دسته هایی هستند که در ادامه معرفی و توضیح داده شده است. به طور کلی، آگاهی از اینکه سنگهای رسوبی چگونه تشکیل می‌شوند، در شناسایی کانسارهای رسوبی و مکان های تشکیل این کانسارها بسیار کمک کننده است.

1- کانسارهای رسوبی حاصل از فرایندهای مکانیکی

هرگاه سنگ های حاوی کانی های سنگین و مقاوم، تحت تأثیر فرسایش قرار بگیرند، بخش سبک سنگ از محیط رُفته و روب شده و بخش سنگین که همان کانه های سنگین هستند، در محل باقی می ماند و تجمع می یابد. چنانچه مقاومت شیمیایی و مکانیکی این کانه ها بالا باشد، کانسارهای رسوبی حاصل از فرایندهای مکانیکی زمانی شکل می‌گیرد. به این کانسارهای رسوبی، کانسارهای پلاسر نیز گفته می‌شود. طلا، فلزات گروه پلاتین، کاسیتریت، ایلمنیت، کرومیت، مگنتیت، روتیل، زیرکن، مونازیت و ولفرامیت، کانه های سنگین هستند که مستعد تشکیل کانسارهای پلاسر هستند. کانسارهای پلاسر در تمامی ادوار زمین شناسی تشکیل شده‌اند؛ اما بیشترِ پلاسرهای اقتصادی کنونی، مربوط به سنوزوئیک هستند (گیلبرت و پارک، 1997).

عیار کانسارهای پلاسر اغلب پایین است؛ اما به واسطۀ استخراج آسان، عدم نیاز به خرد کردن و ارزان بودن روش‌های جداسازیِ مادۀ معدنی از باطله، مورد بهره برداری قرار می‌گیرند.

2- کانسارهای رسوبی حاصل از رسوبگذاری شیمیایی

از ته نشینی شیمیایی اجزای تشکیل دهنده ماده معدنی، همراه با سنگ های میزبان شان تشکیل می‌شوند. این کانسارها در محیط های ساحلی کم عمق و همچنین در اعماق دریاها تشکیل می‌شوند.

زمانی که مواد به صورت محلول وارد محیط رسوبگذاری شوند و در آنجا به واسطۀ تشکیل ترکیبات غیر محلول، ته نشینی شیمیایی صورت گیرد، برای اینکه این ته نشینی منجر به ایجاد کانسار شود، لازم است میزان تجمع ماده معدنی بالا باشد. تجمع زیاد موادّ معدنی می‌تواند در دو صورت رخ دهد:

1. ته نشینی ماده معدنی در مقادیر زیاد صورت گیرد.
2. اگر ته نشینی ماده معدنی در مقادیر متوسط است، تخریب رخ ندهد یا بسیار کم باشد.

ته نشینی مواد معدنی توسط Eh و pH محیط رسوب گذاری کنترل می‌شود. در آب های ساکن، مقدار Eh و pH پایین است. به عبارت دیگر، آب های ساکن خاصیت اسیدی دارند.

برخی از مهمترین کانسارهایی که در گروه کانسارهای رسوبی شیمیایی قرار دارند عبارتند از:

1. کمربند مس زامبیا
2. کانسارهای رسوبی – شیمیایی مس
3. کانسارهای فسفریت
4. کانسارهای تبخیری
5. گرهک های منگنز (تجمع مس-منگنز-نیکل-کبالت).
6. ذخایر آهن اُاُلیتی
7. برخی از کانسارهای بزرگ منگنز

1- کمربند مس زامبیا

در کمربند مس زامبیا، بیشترین تمرکز مادۀ معدنی در شیل است؛ اما در سنگ های سیلتی، آرکوز (نوعی ماسه سنگ) و کوارتزیت نیز موجود است. این سنگ ها در شرایط احیایی (بدون اکسیژن) ته نشین شده‌اند. عیار مس در کمربند مس زامبیا، از یک معدن به معدن دیگر متفاوت است. این عیار از  3 تا 6 درصد متغیر است و استثناً به 16 تا 20 درصد هم می‌رسد. جایگاه تکتونیکی کمربند مس زامبیا، یک حوضۀ درون کراتونی با امتداد شمال غربی است.

2- کانسارهای رسوبی شیمیایی مس

کانسارهای رسوبی شیمیایی مس یا کانسارهای مس تیپ مانتو (Manto type)، ذخایر مس با سنگ میزبان رسوبی هستند. ذخایر مس با سنگ میزبان رسوبی، 27% از ذخایر مس دنیا را در بر می‌گیرد و از لحاظ تولید مس، بعد از کانسار مس پورفیری قرار می گیرند. مانتو کانسارهایی هستند که گسترش افقی دارند.

کانسارهای مس تیپ مانتو، مهمترین منبع تولید کبالت در دنیا محسوب می‌شوند. همچنین، یکی از مهمترین تولید کنندگان نقره به عنوان محصول فرعی هستند.

دو سوم کانسارهای رسوبی شیمیایی مس، معمولاً در شیل های پیریتیِ غنی از مواد آلی و کربناتی و یا معادل دگرگون آن‌ها یافت می‌شوند. یک سوم باقی مانده، در ماسه سنگ ها یافت می‌شوند. این سنگ‌ها (شیل های پیریتی و ماسه سنگ) میزبان مستقیم مادۀ معدنی هستند و در رسوبات دریاکناری غیر اکسیدی (یا رسوبات دریاچه ای شور) که درست در بالای رسوبات قرمز اکسیدۀ آواری قاره ای قرار دارند، واقع اند.

کانسارهای کوپر شیفر (شیل های مس دار) در لهستان و آلمان شرقی، مثالی از کانسارهای رسوبی – شیمیایی مس هستند. کوپر شیفر، یک کانسار رسوبی همزاد از نوع شیل مس دار است. این کانسار از شمال انگلستان تا هلند، آلمان و لهستان ادامه دارد و به نظر می‌رسد که بازویی از یک دریای کم عمق مربوط به پرمین را دنبال می‌کند.

3- کانسارهای فسفات

فسفات عمدتاً از کانسارهای رسوبی به دست می آید که از فعالیت های زیستی حاصل شده‌اند (نوتولت و دیگران، 1989). این کانسارها بر روی فلات قاره و شیب قاره که در آن باروری آلی زیاد و ریزش رسوبات آواری محدود است، تشکیل می‌شوند (تصویر زیر). در این تصویر، علامت پیکان رو به پایین، سقوط بقایای گیاهان دریایی را نشان می‌دهد. سایر پیکان‌ها، نشان دهندۀ جهت حرکت جریان‌های دریایی هستند. منطقه ای از دریا که پلانکتون ها در آنجا زیست و فتوسنتز می‌کنند (Plankton photosynthesis zone) در تصویر مشخص شده است. این منطقه در عمق 50 تا حدود 150 متری دریا را در بر می‌گیرد.

فسفات رسوبی شامل گسترهای فسفاتی و فسفریت ها است.

گستره های فسفاتی شامل کمتر از 10% کانی فسفاتی هستند. این کانی‌ها عبارتند از کربناتو فلور آپاتیت، کلرو آپاتیت، هیدروکسی آپاتیت و فلور آپاتیت.

فسفریت ها حاوی بیش از 10% کانی فسفاتی هستند. فسفریت‌ها از فضولات پرندگان دریایی (گوانو) و فضولات موجودات دریایی (پلت ها) ایجاد می‌شوند.

بالاترین درصد فسفر مصرفی (85%)، از رسوبات شیمیایی فسفاتی به دست می آید؛ این رسوبات به فسفریت موسوم اند.

4- تبخیری ها از مهمترین کانسارهای رسوبی

گروه دیگر از کانسارهای رسوبی شیمیایی، کانسارهای تبخیری هستند که در نتیجۀ تبخیر تشکیل می‌شوند. برای تشکیل کانسار تبخیری، به حجم زیادی آب نیاز است. از این رو، کانسارهای تبخیری در محیط های دریاچه‌ای و محیط های دریایی شکل می‌گیرند.

بیش از 3% از ضخامت چینه شناسی سنگ های رسوبی را تبخیری های دریایی تشکیل داده‌اند. این کانسارها عموماً در نتیجۀ جریان یافتن آب دریا به داخل حوضه‌های محدود شده در داخل خشکی ها، تبخیر آب و برجای گذاری املاح به وجود می‌آیند (شکل 12-16).

تبخیری های دریاچه ای در فرورفتگی حاصل از گسل‌ها و نیز در فرورفتگی‌های موجود در مناطق کویری تشکیل می‌گردند. مانند رسوبات تبخیری کویری موجود در کفۀ نمک سیرجان. این کانسارها در نتیجۀ ورود دوره‌ای آب به داخلِ آن‌ها و تبخیر آرام حاصل می‌شوند (گیلبرت و پارک، 1986). تنوع کانی شناسی در تبخیری های دریاچه ای بیشتر از تبخیری های دریایی است.

تبخیر از دریاچه ها و دریاها، منجر به رسوب مواد معدنی مانند هالیت (نمک طعام)، گچ، نیترات، بوراکس، لیتیم، کربنات ها، نمک های پتاسیم و گلاوبریت می‌شود. این کانی‌ها، به عنوان منابع معدنی پایه و مهم بسیاری از صنایع محسوب می‌شوند و عمل می‌کنند.

5- گرهک های منگنز (تجمع مس-منگنز-نیکل-کبالت)

کانسارهای رسوبی منگنز، به صورت گرهک و کنگرسیون های نامنظم در کف اقیانوس ها و دریاچه های امروزی یافت می‌شوند. قطر این گرهک‌ها، از یک میلیمتر تا 25 سانتیمتر متغیر است و گاه به یک متر نیز می‌رسد. سرعت رشد گرهک ها، یک میلیمتر در هر یک میلیون سال است. میزان ذخیرۀ گرهک های منگنز قابل بازیابی، 50 بیلیون تا یک تریلیون تن تخمین زد شده است.

گرهک های منگنز، شامل اکسید منگنز به میزان 20 تا 30 درصد، همراه با مقداری آهن هستند. همچنین حاوی مقادیری کبالت، نیکل و مس هستند که جمع شان در کل 2 تا 3 درصد می‌باشد.

منشاء گرهک های منگنز عبارتند از:

1. آب دریا
2. محلول های گرمابی
3. دگرسانی بازالت های کف اقیانوس در حرارت های پایین
4. دیاژنز رسوبات کف اقیانوس؛ البته این مدل شکل گیری منگنز احتمالاً در دریاچه ها انجام می‌گیرد و احتمال شکل گیری آن در اقیانوس ها کم است.

در حال حاضر، منگنز از خشکی‌ها به دست می آید. مطالعۀ گرهک‌های منگنز عمدتاً به منظور بازیابی فلزات مس، نیکل و کبالت است.

6- کانسارهای رسوبی آهن اُاُلیتی مثل کلینتون در آلاباما

کانسارهای آهن االیتی، زمانی ستون فقرات صنایع آهن و فولاد در اروپای غربی و آمریکای شمالی را تشکیل می‌دادند؛ اما امروزه از نظر اهمیت ، تا حد زیادی توسط BIF ها جایگزین شده‌اند. ذخایر قابل توجهی از آهن االیتی در انگلستان، فرانسه، وورتمبرگ و روسیه، به ویژه در دوره ژوراسیک، یافت شده است. ذخایر آهن اوولیتی اروپا، که معمولاً کانسارهای نوع مینت نامیده می‌شوند، حاوی اُوولیت‌های سیدریت (کانی آهن سیلیسی) است.