Фосфатными породами считаются породы, обогащенные фосфатами кальция. Осадочные образования, морские и континентальные, содержащие не менее 5-12% до 35% P2O5 называются фосфоритами. Общая формула фосфатов кальция Ca(PO4,CO3)3(F,Cl,OH).
Ниболее распространены коллофан-коллоидная разновидность фосфата кальция и ее кристаллический аналог франколит Ca5(PO4, CO3)3(FOH). Указывается на присутствие в составе франколита фтора. В состав фосфатов входят также фторапатит, хлорапатит и гидроксилапатит. Как правило, есть примесь песчано-алевритового материала, цементируемого фосфатным веществом, примеси опала, халцедона, кварца, хлорита, глауконита, сульфидов железа и тяжелых металлов. Структуры и текстуры фосфоритов слоистые, зернистые, конкреционные желваковые, оолитовые, пизолитовые, сферолитовые, органогенно-обломочные, органогенные и обломочные. В фосфатных породах может присутствовать раковинный детрит и отмечаться косая слоистость.
По условиям залегания, особенностям образования и способам концентрации фосфатного материала выделяется несколько лтиологических типов фосфоритов: пластовые, конкреционные, зернистые, ракушняковые, афанитовые. Фосфатное вещество в них отличается разнообразием и формами выделения. Это может быть поровый цемент, либо скопления фосфатизированных створок раковин, рыбных остатков, скопления фосфатных стяжений, конкреций, оолитов.
Фосфориты преимущественно гидроксил-апатитового состава присутствуют в современных океанических и морских осадках глубоководного шельфа в виде конкреций и желваков различной формы и размеров. Карбонатапатит входит в состав терригенных и глауконитово-терригеных формаций платформ, также слагает пластовые фосфориты океанических поднятий. На континентах (в поверхностных условиях) известны карстовые, натечные, метасоматические фосфориты, образования кор выветривания, концентрации экскрементов летучих мышей и птиц (гуано). Известны также крупные скопления фосфатизированных рыбных остатков (костяные брекчии), костного рыбного детрита с повышенными содержаниями радиоактивных элементов в отложениях морского шельфа. Костяные брекчии могут иметь озерно-речное происхождение.
По морфологии скоплений, структурам фосфатных агрегатов, отражающим условиям образования, выделяют пластовые, конкреционные и зернистые фосфориты.
Пластовые фосфориты включают пласты мощностью от нескольких сантиметров до 15-17 м. Эти фосфориты могут быть белыми, серовато-белыми микрозернистыми (фосфориты Кольского полуострова), темно-серыми почти черными оолитовыми с примесью кремнезема, доломита (фосфориты Казахского Каратау). Пластовые фосфориты артинских слоев Урала – темно-серые тонкослоистые, слойки фосфоритов чередуются со светлыми прослойками карбонатов.
Конкреционные (желваковые) фосфориты залегают в виде конкреций, группирующихся в слои, горизонты в песчано-глинистых и в глинисто-карбонатных толщах платформенных отложений. Горизонты конкреционных образований, сливаясь, образуют пластообразные «плиты». Желваки, конкреции фосфорита имеют черный, черно-бурый, коричневый цвет за счет примеси органического вещества, часто битумного ряда. При образовании конкреционных фосфоритов, пластов, плит отмечается перемыв конкреций, их перераспределение, с резким обогащением в пределах отдельных участков.
Зернистые фосфориты отличаются участием в их сложении округлых комочков коллофана, возможно копролитов, оолитов и пизолитов. Размеры таких обособлений – зерен незначительны от 0,1 до 1 мм. В отдельных случаях «зерна» фосфоритов этого типа могут достигать в диаметре 1-2 см. выполняющий материал в зернистых фосфоритах представлен бесструктурным коллофаном (франколит), либо кальцитом. Сплошные массы бесструктурного черного с примесью органики коллофана могут образовать слои и пласты афанитовых (фарфоровидных) микрозернистых фосфоритов. Размеры зерен в таких структурах 0,003-0,005 мм и менее.
Среди рыхлых песков и песчаников обнаружены пласты ракушняковых фосфоритов мощностью 1-2 м. Фосфатизированные створки раковин брахиопод слабо и неравномерно сцементированы кальцитовым цементом с примесью хорошо окатанных зерен кварца. Фосфатный материал представлен коллофаном и частично франколитом.
Фосфаты в осадочных породах могут находиться в виде отдельных рассеянных в известняках, мергелях, песках, песчаниках стяжений различной формы и размеров. Иногда скопления фосфоритов представлены окатанной в различной степени галькой с блестящей поверхностью. Рассеянные и перемытые фосфатные зерна обычно черного цвета, содержат примесь песчаных частиц, чешуек слюды, раковинный детрит и спикулы губок.
Фосфор тесно связан с живым веществом, входя в состав тканей, клеток организма, молекул ДНК, РНК, АТФ, нуклеиновых кислот и других компонентов живого вещества. В составе остатков организмов в морских водоемах ежегодно накапливается 1 млн. тонн фосфора, примерно столько же сносится с континентов. Здесь отчетливо видна роль биогенного фактора в формировании фосфатных пород.
В основном фосфориты имеют биохемогенное, хемогенное, биогенное морское происхождение. Они накапливаются преимущественно в илистых осадках за счет осаждения солей фосфора из морской воды. В незатвердевшем илу происходит перераспределение фосфатов и образование стяжений вкруг песчинок, обломков, обрывков органики, замещение фосфатным веществом органических остатков. Процесс, начинаясь в стадию седиментогенеза (сингенез), продолжается в диагенезе.
Формирование фосфоритов происходит в морских бассейнах нормальной солености в зоне шельфа, т.е. в мелководной его части. Представления об условиях и источниках фосфатонакопления неоднозначны. Считается, что морская вода в интервале глубин 400-1000 м обогащается фосфатами и углекислотой при подъеме глубинных морских вод, насыщенных этими компонентами за счет разложения микропланктона. В зоне шельфа при повышении температуры и снижении давления фосфаты и карбонаты кальция, достигая предела насыщения, осаждаются хемогенным путем.
Ход процесса фосфатонакопления и условия его протекания были уточнены при изучении современных океанических осадков побережья Атлантики. Зоны усиленного накопления фосфатов связаны с подъемом глубинных океанических вод, обогащенных вод, обогащенных фосфором (зоны апвелинга). В результате бурно развивается фито- и зоопланктон за счет извлечения этого элемента жизни из морской воды. Отмирание планктона обогащает фосфором донные илы, определяя биогенный механизм фосфатообразования. При распаде органического вещества содержащийся в нем фосфор переходит в раствор, обогащая поровые воды. Фосфаты кальция поровых вод в локальных микроочагах с повышенными значениями величины кислотности-щелочности pH выпадают в осадок с последующей литификацией, уплотнением, дегидратацией фосоритоносных отложений.
Н. М. Страхов обосновал зависимость образования фосфоритоносных пород и типов фосфоритов от условий литогенеза. Конкреционные фосфориты, возникающие при малой интенсивности фосфатонакопления за счет перераспределения вещества в диагенезе, он связал с литогенезом в гумидных климатических зонах, определяющих, по его мнению, слабый поток глубинных вод и некоторое опреснение в прибрежных зонах морских бассейнов за счет поступления значительных масс пресных речных вод. Осадкообразование в морских бассейнах аридной климатической зоны характеризовалось интенсификацией фосфатонакопления в условиях отсутствия опреснения в области накопления фосфатов оолитового, микрозернистого или зернистого строения. Также, как в фосфоритах аридных зон, образуются фосфориты желваковые, ракушечные, но в существенно подчиненных, по сравнению с гумидным фосфатонакоплением, количествах.
Фосфориты используют для получения фосфорных удобрений для сельского хозяйства, фосфора, фосфорной кислоты, применяемых в различных отраслях промышленности.
Известно более 20 крупных фосфоритоносных бассейнов с запасами фосфора более 100 млн. тонн, в основном в отложениях венд-кембрия, перми, мелового и палеогенового периодов.
Крупные месторождения пластовых фосфоритов, связанные с глинисто-кремнисто-карбонатными толщами кембрия, найдены в Казахском Каратау, в Скалистых горах США. Конкреционные фосфориты известны на Русской платформе – в Кировской и Московской областях, на Украине, в Поволжье, в Актюбинской области.