Месторождения хрома группируются в следующие генетические группы и классы, которые соответствуют и их промышленным типам:
- собственно магматические, подразделяющиеся на раннемагматические и позднемагматические;
- осадочные, к которым относятся, элювиально-делювиальные и прибрежно-морские россыпи.
Главное промышленное значение имеет группа собственно магматических месторождений.
Собственно магматические месторождения
Раннемагматические месторождения
М. Н. Годлевский связывает происхождение раннемагматических руд хрома с базальтоидами, а Н. В. Павлов и Н. И. Григорьева — с гарцбургит-ортопироксенит-норитовой формацией. Месторождения этого типа представлены чрезвычайно выдержанными по мощности пластообразными залежами у подошвы стратифицированных интрузивных массивов. Массивы (размеры их колеблются от нескольких десятков до нескольких тысяч квадратных километров, несущие оруденение, характеризуются правильной расслоенностью с постепенными переходами от перидотитов (внизу) до габброидов и гранитоидов (вверху). Дуниты редки. Отношение Cr/Fe 1,5, содержание Cr2O3 38—50%. Раннемагматические месторождения развиты в Зимбабве и ЮАР. В СССР подобных месторождений не известно.
Месторождения ЮАР и Зимбабве связаны с комплексом гипербазитов Бушвельда и Великой Дайки.
Бушвельдский массив (ЮАР) основных и ультраосновных пород имеет форму лополита, вытянутого с востока на запад на 480 км при ширине 250 км. Интересной особенностью внутреннего строения массива является его стратификация. Отдельные горизонты пород (мощность которых от дециметров до нескольких метров) прослеживаются более чем на 100 км, не меняя при этом ни мощности, ни условий залегания.
В массиве снизу вверх, по данным Холла, намечается следующая смена пород: нориты — габбро с тонкими прослоями пироксенита — интенсивно стратифицированная ила гак называемая Критическая зона (1200 м) — нориты и анортозиты Главной зоны (3000 м) — кислые нориты и диориты (700 м). В верхней части лополита залегают розовые граниты, прорывающие нориты и занимающие пространство между норитом и его кровлей. Мощность их около 4000 м.
Хромитовое оруденение приурочено к нижней части Критической зоны, сложенной пироксенитом, анортозитом и перидотитом. В провинции Трансвааль крупные месторождения сосредоточены в двух рудных поясах: Рюстенбургском (на западе) и Лейденбургском (на востоке) протяженностью соответственно 160 и 112 км; в пределах этих поясов выявлено до 25 пологопадающих хромитовых пластов мощностью от нескольких дециметров до 1 м (редко до 4 м). Запасы хромитов со средним содержанием Cr2O3 45% 200—600 млн. т. Потенциальные запасы руд менее высокого качества 2000 млн. т. Верхнюю границу Критической зоны образует платиноносный горизонт Меренского. Приуроченность к нижней части массива, по мнению исследователей, является доказательством гравитационного выпадения хромитов в относительно ранйюю стадию кристаллизации магмы. Некоторые исследователи (Батман, Вильсон) считают, что Бушвельдский массив представляет собой сложно построенный лополит, состоящий из пяти соприкасающихся и возможно перекрывающих друг друга блюдцеобразных магматических тел.
В Зимбабве скопления хромитов связаны с породами Великой Дайки, вытянутой более чем на 550 км при мощности 5—6 км. Хромитовое оруденение отмечается почти на всем протяжении Великой Дайки, пересекающей территорию Зимбабве с юга на север по азимуту 17°.
По мнению Уорста и др., Великая Дайка представляет собой не единое тело, а состоит из нескольких разобщенных лополитообразных тел, приуроченных к отдельным магматическим центрам, проявленным в пределах одного и того же глубинного разлома. Наибольший интерес представляют хромитоносные массивы Хартли и Селукве.
Массив Хартли характеризуется полосчатым строением и сложен (снизу вверх) серпентинизированными дунитами, гарцбургитами, пироксенитами и габбро с падением их контактов к центру интрузива под углом от 10 до 30°.
Пласты хромитов (от 3 до 11) мощностью от 5 до 45 см располагаются строго по «напластованию» в нижней части интрузива среди дунитов и гарцбургитов и прослеживаются по простиранию на несколько километров. Общие запасы до глубины 180 м составляют 320 млн. т. Потенциальные запасы 2 млрд. т.
Массив Селукве находится в южной части Великой Дайки. Ультраосновные породы, слагающие массив, во многих местах прорываются гранитами и связанными с ними золото-кварцевыми жилами. Хромитовые тела залегают преимущественно среди серпентонизированных гарцбургитов, тальк-хлоритовых и тальк-карбонатных сланцев, образованных в результате метаморфизма ультраосновных пород, а также в серпентинитах. Они обычно имеют жилообразную, линзообразную и воронкообразную форму и встречаются компактными группами от 3 до 12 тел. Рудные тела прослеживаются в близмеридиональном направлении на 150—180 м; мощность их колеблется от 3—6 до 15 м, а на глубину они протягиваются до 30—120 м. Руды высокого качества, металлургические, с содержанием 48—50% Cr2O3 и 12% Fe2O3. Хотя это месторождение исследователями относится к раннемагматическим, однако ряд черт сближает его с позднемагматическими. Общие запасы Cr2O3 оцениваются в 300—500 млн. т. На этом месторождении добывается около 50% хромитов страны.
Позднемагматические (гистеромагматические) месторождения
Позднемагматические месторождения характеризуются приуроченностью к гцпербазитам, в составе которых Н. В. Павлов и Н. И. Григорьева выделяют две экономически важные формации: габбро-норит-гарцбургитовую и перидотитовую. Последняя наиболее распространена в геосинклинальных областях и объединяет массивы, сложенные преимущественно гарцбургитом при подчиненном развитии дунитов, лерцолитов, верлитов, пироксенитов и троктолитов. Согласно А. Г. Бетехтину [1937 г.], Н. В. Павлову, Н. И. Григорьевой [1978], хромитовые руды залегают в основном в серпентинизированных дунитах. Рудные тела имеют форму жило- и линзообразных тел с резкими границами и причудливыми очертаниями. Иногда они пересекаются дайками габбро и дунитов. Руды массивные, в их составе присутствуют хромгранат, хромхлорит и хромтурмалин, свидетельствующие об участии летучих в образовании месторождений. Процесс формирования месторождений сопровождался тектоническими деформациями, в результате чего происходило выжимание хромитов в прототектонические трещины, смятие пород и руд, растаскивание рудных тел. Отношение Cr/Fe в рудах колеблется от 2 до 4, содержание Cr2O3 15—65% (чаще 50—55%). Согласно А. Г. Бетехтину, подобные рудные тела перемещаются от первоначального пункта отделения рудной фракции на расстояние до 100 м, редко более и, как правило, не достигают пород, вмещающих рудоносную интрузию. Другие же хромитовые рудные тела, хотя и являются позднемагматическими, но кристаллизовались в тех же пунктах рудоносного массива, в которых произошло отделение рудной фракции. А. Г. Бетехтин показал, что наиболее богатые хромом хромшпинелиды залегают в дунитах. Н. В. Павлов, подтвердив эти данные, объяснил данную закономерность тем, что дуниты не содержат Al3+ и Fe3+, способных изоморфно входить в состав хромшпинелидов, уменьшая содержание хрома в этих минералах. Вместе с тем Н. В. Павлов показал, что в определенных разновидностях ультраос. новных пород также могут находиться богатые хромом хромшпинелиды. Содержание Cr зависит от отношения к теоретическому содержанию окислов соединений, которые могут быть химически связаны в алюмосиликатах. Кальций и алюминий способны изоморфно входить в состав хромшпинелидов, уменьшая в них содержание хрома. Если эти элементы химически связаны в плагиоклазах, то хромшпинелиды, залегающие в таких породах, характеризуются высоким содержанием хрома. В тех породах, где Са2+ и Mg2+ не полностью вошли в состав кальций-магниевых силикатов, в остаточном расплаве могут накапливаться хромшпинелиды, бедные хромом. Установленные взаимоотношения имеют важное практическое значение, так как по петрографическому и химическому составу вмещающих пород возможно правильно предсказать предполагаемый химический состав залегающих в них хромшпинелидов. Перейдем к описанию позднемагматических месторождений перидотитовой и габбро-норит-гарцбургитовой формаций. К первой в СССР относятся хромитовые месторождения массивов: Кемпирсайского, Шоржинского (Армения), Халиловского, Ключевского и Войкаро-Сыньинского (Урал), Оспинского и Хара-Нурского (Восточные Саяны). За рубежом эти месторождения известны в Турции, Иране, Индии, Албании, Югославии, на Кубе, в Судане и в других странах.
Месторождения Кемпирсайского массива находятся в Актюбинской области на юге Урала. Здесь обнажается крупный массив ультраосновных пород, вытянутый в северо-северо-западном направлении на 80 км при ширине 10—20 км. Массив размещается в пределах свода антиклинали, согласно залегая между образованиями докембрия и нижнего палеозоя. В юго-восточной части массив представляет собой лакколит, расширяющийся к югу, где геофизическими работами установлен подводящий канал размером 3—5 х 10—13 км. Поверхность массива неровная, с куполами и понижениями, разбита разломами. Наиболее крупное сводовое поднятие расположено над магмоподводящим каналом в юго-восточной части массива. Возраст массива по геологическим данным и определенный по флогопиту из контактово-минерализованных пород 404—380 млн. лет [Павлов Н. В. и др., 1968 г.]. В приконтактовой зоне ультраосновные и метаморфические породы интенсивно перемяты и рассланцованы. На размытой поверхности массива залегают опоки и пески верхнего мела и палеогена. В юрский период массив подвергался латеритному выветриванию, которое привело образованию ряда остаточных месторождений железа и силикатных руд никеля.
Массив преимущественно сложен гарцбургитами и только в юго-восточной части обнажаются дуниты. Породы, слагающие массив, стратифицированы (сверху вниз): амфиболовые перидотиты, порфировидные гарцбургиты, полосчатый дунит-перидотитовый комплекс. Стратификация юго-восточной части массива несколько иная (сверху вниз): гарцбургиты, местами с шлирами дунитов, энстатитовые дуниты, дуниты, вмещающие наиболее крупные хромитовые месторождения. Ниже наблюдается параллельно-полосчатое и шлировое чередование дунитов и гарцбургитов. Полосчатость вытянута в меридиональном направлении и круто падает на запад, реже на восток. Элементы залегания хромитовых рудных тел и полосчатости дунитов гарцбургитового комплекса совпадают.
Хромитовые месторождения залегают на разных глубинах от поверхности, тяготея к сводовым поднятиям интрузива. Выделяют 4 рудных поля, из которых наиболее важным является Главное, структурно подчиненное Юго-Восточному сводовому поднятию. В пределах Главного рудного поля месторождения сосредоточены в двух субмеридиональных зонах — Восточной и Западной. В Восточной рудной зоне располагаются (с юга на север) месторождения Первомайское, № 21, Спорное, Спутник, Гигант, Геофизические II и VI, Восход, Молодежное, им. XL лет КазССР. Западная зона протягивается (в 1,5—2,4 км от Восточной) через месторождения Алмаз-Жемчужное, Миллионное на юге до Геофизического XII на севере. Среди серпентинизированных дунитов залегают уплощенные линзообразные, жилообразные или пластообразные, реже шлирообразные рудные тела, вытянутые в субмеридиональном направлении и разбитые дорудными и послерудными разрывами на отдельные части. Число рудных тел на каждом из этих месторождений колеблется от одного до нескольких десятков. Протяженность их также варьирует от нескольких десятков метров до 1500 м, а мощность от 1—3 м до 180 м.
Хромитовые руды массивные и вкрапленные, в местах выклинивания рудных тел отмечаются нодулярные руды. В основном развиты густовкрапленные, средне- и крупнозернистые (от 1 до 4 мм) разности, в которых содержится до 70—90% хромшпинелидов. Контакты рудных тел с вмещающими породами четкие, нередко тектонические, реже постепенные через разреженную вкрапленность.
Крупные и мощные рудные тела характеризуются грубой полосчатостью, обусловленной чередованием относительно редковкрапленных и густовкрапленных, средне- и крупнозернистых руд.
Содержание Cr2O3 изменяется от 58—59% в сплошных хромитовых рудах до 28—36% в редковкрапленных и в среднем составляет 49,05%. Также меняются содержания SiO2 (среднее 8,1%) и FeO (среднее 12,5%). Первичные руды состоят из оливина и хромшпинелида-магнохромита с содержанием Cr2O3 59—64%. Состав измененных руд более сложный: отмечаются хромактинолит, гранат (уваровит), серпентин (лизардит, хризотил), хромовые хлориты, брусит, магнетит, гематит, пирротин, пирит, марказит, макинавит, самородная медь и др.
Буровыми работами (на месторождениях Алмаз-Жемчужном, Первомайском и др.) рудные тела высококачественных руд подсечены на глубинах 450—1200 м не только в дунитах, но и в перидотитах.
На поверхности руды подверглись выветриванию и до глубины 10—15 м представлены рыхлыми разностями, возникшими в результате выщелачивания силикатных составных частей. Такие руды очень богаты Cr2O3. Чтобы рельефнее представить себе условия залегания хромитовых месторождений, остановимся на краткой характеристике месторождения им. XL лет КазССР (Молодежное по Н. В. Павлову), расположенного в средней части Восточной рудоносной зоны.
На северном фланге месторождения рудные тела простираются субмеридионально. Одни из них имеют пологое субгоризонтальное залегание, другие падают на запад под углами 10—25°. Протяженность их меняется от 50 до 930 м, ширина в плане 50—200 м, а мощность от 5 до 65 м. Вмещающими породами являются серпентинизированные дуниты.
Южнее эти рудные тела на глубине сменяются кулисообразно расположенными протяженными (1540 м) и мощными (до 140 м) уплощенными линзообразными рудными телами (Молодежное месторождение), ориентированными в северо-восточном направлении. Все рудные тела плавно погружаются на юг. Они сложены густовкрапленными и в разной степени вкрапленными разностями, в лежачем боку наблюдаются нодулярные руды. Содержание Cr2O3 19,3—58,95%, SiO2 0,3—30%, Fe2O3 — 9—14,5%. Промышленные рудные тела, залегающие в гарцбургитах, сформировались в связи с инъекцией в линейные зоны и разрывные нарушения остаточного расплава, отщепленного от дунит-гарцбургита. Эти руды эпигенетические по отношению к породам (гарцбургитам), слагающим массив.
Месторождения Турции приурочены к ультраосновным породам мелового и частично третичного возраста. Рудоносные массивы этих пород вытянуты в виде пояса через всю страну и продолжаются, с одной стороны, на Балканах, с другой — в Белуджистане в Индии.
Хромитовые рудные тела, приуроченные главным образом к серпентинизированным дунитам, представлены жилообразными залежами, вытянутыми на 150—170 м при мощности от 2—5 до 12 м, а также линзообразными телами, протяжение которых достигает 300 м, а мощность 25 м. Наиболее значительные месторождения Даг-Арди, Хатай, Мерсина в Северо-Западной Турции и Гюлеман в Восточной Анатолии.
Месторождение Гюлеман вытянуто вдоль ослабленной зоны, проходящей среди серпентинитов и гарцбургитов и представлено линзообразными телами северо-восточного простирания. Сложены эти тела собственно хромитом, включающим более поздние прожилки хром-диопсида, уваровита и хромхлорита. Анализы хромитов, отобранных ручной разборкой, дают содержания Cr2O3 51,5%, MgO 17%, Fe2O3 до 14% и Al2O3 17,5%. Руды пригодны для металлургических целей.
В Индии хромитовые руды известны в штатах Майсур, Бихар, Орисса. Они залегают в перидотитах и дунитах, слагающих массивы среди сланцев и филлитов докембрия. Форма рудных тел — линзообразные тела и зоны вкрапленности. Протяженность около 30 м, средняя мощность около 4 м, содержание Cr2O3 около 40%. Достоверные и вероятные запасы оцениваются приблизительно в 5 млн. т, общие запасы достигают 90 млн. т.
В Пакистане наиболее крупным является месторождение Xиндубаг, приуроченное к стратифицированному массиву ультраосновных — основных пород. Пластообразные тела хромитов приурочены к дунитам и гарцбургитам. Протяженность их несколько километров, мощность 1—2 м. Руды массивные, мелко-, реже крупнозернистые, нодулярные, шлировые и вкрапленные. Содержание Cr2O3 30—46%. Отношение Cr/Fe 1,9—3,7. Разведанные запасы хромитов около 340 тыс. т, перспективные 2 млн. т.
Хромитоносные тела ультраосновных пород встречены во многих районах юга Сахарской платформы. Однако только некоторые из них представляют интерес. Хромитовое оруденение связано со сравнительно небольшими телами серпентинитов и дунитов, в которых отмечаются зоны вкрапленных руд, а также гнезда, линзы и жилы сплошных хромитов. Содержание Cr2O3 38—47%.
Наиболее хорошо изучено месторождение Хангха (Сьерра-Леоне), расположенное в центральной части гипербазитового пояса, вытянутого в субмеридиональном направлении на 160 км. Хромсодержащие тела дунитов и серпентинитов, вытянутые вдоль контактов роговообманковых сланцев с амфиболитами и биотитовых. гнейсов, содержат скопления магнохромита в виде полос мощностью от 0,75 до 5,1 м и протяженностью в несколько десятков метров. Хромитовое оруденение отмечается в крупных стратифицированных ультраосновных массивах типа Калум в Гвинее, Фритаун в Сьерра-Леоне, Калат-эн-Нахаль, Крейтер и др. в Судане.
Хромитовые месторождения, связанные с габбро-норит-гарцбургитовой формацией, немногочисленны. К ним относятся Сарановское месторождение.
Сарановское месторождение изучалось Н. А. Зиминым, С. А. Вахромеевым. Оно находится на Среднем Урале и приурочено к двум небольшим выходам ультраосновных пород Сарановского гипербазитового пояса. Оба хромитоносных массива вытянуты в северо-западном близмеридиональном направлении на 1,5—1,9 км при ширине 150—200 м и имеют крутое падение на восток. Вмещающие породы представлены кварц-слюдистыми сланцами верхнего протерозоя (?). Наиболее интересен северный выход массива, сложенный перидотитами, которые на северо-востоке контактируют с габброидами. Вместе с хромитовыми телами этот массив пересекается дайками габбро-диабазов и многочисленными поперечными сбросами. Рудные тела имеют форму жил со сложным ступенчатым строением. В северном выходе серпентинизированных перидотитов известны три таких жилообразных тела мощностью от 2,5 до 12 м. Падение жил (как и самого массива) крутое (85°) на восток, но на глубинах 300—400 м оно становится более пологим (40—30°). Послерудными разрывными нарушениями рудные тела разбиты на систему мелких блоков с амплитудами перемещений от единиц до нескольких десятков метров. Руды в основном массивные. Состав хромшпинелидов в рудах постоянен (в %) Cr2O3 44—47, Al2O3 18—19, Fe2O3 5—7, FeO 14—17, MgO 12—13. Характерно повышенное содержание титана и ванадия. Оруденение неравномерное, наиболее богатые руды массивного сложения приурочены к участку изгиба жильной зоны (от северо-западного до меридионального простирания) в центральной части месторождения, где рудные тела характеризуются максимальной мощностью.
Периферические части жил менее богатые, они содержат включения серпентина и других нерудных минералов. Содержание Cr2O3 в рудах 32—40%, FeO 18—20%, MgO 13—18%, SiO2 3—6%. Руды низкого качества и используются в огнеупорной и химической промышленности. По трещинкам, пересекающим хромитовые руды, развиты фуксит, уваровит и хлориты. Резкие границы рудных тел с вмещающими породами, а также данные по взаимоотношению хромитов с породообразующими минералами свидетельствуют о позднемагматическом происхождении месторождения.
Образование массива связывается с каледонской активизацией близмеридиональных разломов. Н. В. Павлов относит Сарановское месторождение к габбро-перидотитовой формации. По его мнению, оно занимает промежуточное положение между формациями платформенных и геосинклинальных областей.
Осадочные месторождения
Элювиально-делювиальные россыпи
Элювиально-делювиальные россыпи не играют существенной роли в мировых запасах (5%) и добыче (1%) хромитового сырья. Они образуются при разрушении коренных выходов руд магматического происхождения. Элювиальные образования (месторождения типа кор латеритного выветривания) представлены рассеянными кристаллами и обломками хромита среди рыхлой лимонитовой массы. Хромитовые концентраты легко получаются в процессе обогащения промывкой. Подобные месторождения известны на Кубе (Камагуэй), на Филиппинах, в Новой Каледонии, а в СССР на Сарановском месторождении. Наиболее крупные делювиальные россыпи хромита приурочены к Великой Дайке (Зимбабве) в отложениях поперечных долин и вдоль водных артерий, где площадь распространения делювиального хромита 518 км2 (60 млн. т), или 10% общих запасов хромита в этой стране. Мощность продуктивных отложений в среднем 0,45 м со средним содержанием 15% Cr2O3.
Россыпи хромита известны на Тихоокеанском побережье США в штате Орегон, на Адриатическом побережье Албании и Турции. В штате Орегон хромит отмечается в составе так называемых «черных» песков современного пляжа, а также в углублениях морских террас, расположенных на трех уровнях. Протяженность рудных тел 1,5 км, ширина 300—400 м, мощность 0,3—12 м. Содержание хромита 16—53%. В «черных» песках помимо хромита присутствуют пироксены, ильменит, рутил, циркон, гранаты, магнетит и эпидот. Источником «черных» песков, являются серпентинизированные ультраосновные породы Берегового хребта.