Строение и условия формирования магнетитовых залежей гороблагодатского железорудного месторождения (средний урал)
На правах рукописи
КУЗНЕЦОВ Алексей Жоржевич
СТРОЕНИЕ И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНЕТИТОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ГОРОБЛАГОДАТСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (СРЕДНИЙ УРАЛ)
Специальность 25.00.11 – «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых; минерагения»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата геолого-минералогических наук
Екатеринбург – 2008
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»
Научный руководитель – доктор геолого-минералогических наук,
профессор Рудницкий Владимир Францевич
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Сазонов Владимир Николаевич
кандидат геолого-минералогических наук Волькинштейн Матвей Яковлевич
Ведущая организация – Институт минералогии Уральского отделения РАН (г. Миасс)
Защита состоится 25 декабря 2008 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, 3-й корпус, ауд. 3326.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».
Автореферат разослан « » ноября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета А.Б. Макаров
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Определяется дискуссионностью проблемы происхождения скарново-магнетитовых месторождений. В настоящее время существуют две основные точки зрения:
а) классическая контактово-метасоматическая (Д.С. Коржинский, В.А. Жариков, Л.Н. Овчинников и др.). В рамках этой гипотезы основную роль в накоплении полезного ископаемого играют интрузивные образования, прорывающие вулканоосадочные отложения.
б) полигенная, согласно которой первично вулканогенно-осадочные руды скарнируются внедряющимися в последующем интрузивами (И.В. Дербиков, Я.Н. Белевцев, Ю.Л. Булашевич и др.).
Последняя гипотеза все еще остается слабо обоснованной фактическим геологическим материалом.
Цель работы. Выяснение особенностей строения и условий формирования магнетитовых залежей Гороблагодатского месторождения, свидетельствующих об их первично вулканогенно-осадочном происхождении.
Задачи исследования:
- выявление особенностей морфологии рудных тел и условий их залегания;
- изучение геохимической зональности магнетитовых залежей;
- исследование текстурно-структурных особенностей руд и закономерностей их распределения;
- выяснение типоморфных признаков магнетита;
- выделение генетических типов руд и обоснование генетической модели месторождения.
Фактическая основа и методика исследования. В основу диссертации легли обработанные автором данные, полученные при полевых работах на Гороблагодатском месторождении. Исследования проводились в Уральском государственном горном университете на кафедре ГПР МПИ с 2000 по 2008 гг. Главными объектами изучения являлись рудные тела, вскрытые при открытой отработке карьером «Центральный». Кроме этого, по данным фондовых и литературных источников, были проанализированы и использованы результаты предшествующих исследований.
В камеральный период изучено 200 полированных штуфов, отобранных автором при картировании карьера. Исследования минерального состава проводились оптическими методами в аншлифах (130 шт.) и шлифах (30 шт.) с использованием микроскопа ПОЛАМ Р-311, а также с помощью рентгеноструктурного анализа и методом реплик на электронном микроскопе. Для выяснения химического состава магнетита и руд выполнены микрозондовые определения элементов-примесей в учебно-научном центре Института геологии и геофизики УГГУ (35 зерен). Обработаны химические анализы опробования руд на Fe, S, P (свыше 1000 анализов) и полные силикатные анализы руд (около 200), полученные Гороблагодатским РУ и Тагильской ГРЭ при проведении геологоразведочных работ. Автором проведено около 1000 замеров микротвердости в зернах магнетита, а также 100 анализов его термомагнитных характеристик. Работы по интерпретации физических данных проводились совместно с сотрудниками Института геофизики УрО РАН.
Защищаемые научные положения
1. Рудные тела Гороблагодатского рудного поля формировались в периоды затухания активной вулканической деятельности на нескольких рудоносных литолого-стратиграфических уровнях. Первичные условия размещения и морфология рудных тел определялись конфигурацией конседиментационных впадин палеорельефа. В последующем они усложнялись внедрением даек сиенитов и тектоническими нарушениями.
2. По простиранию рудной зоны (с юга на север) в направлении от Кушвинской сиенитовой интрузии содержание железа постоянно, но увеличивается содержание серы и фосфора. Геохимические поля (Fe, S, P) рудных тел вблизи сиенитовой интрузии более контрастны по сравнению с удаленными телами.
3. В рудах месторождения, наряду с пятнистыми текстурами, впервые выделены ритмично-слоистые, послойно-вкрапленные и брекчиевидно-цементные текстуры осадочного происхождения. Магнетиты различных текстурных видов руд различаются структурными особенностями, содержанием элементов-примесей, микротвердостью. Выявлена общая схема текстурной зональности рудных тел: слоистые и брекчиевидные руды локализуются на флангах рудных тел, к центру переходя в сплошные.
4. В формировании месторождения выделены два этапа, характеризующиеся различными генетическими типами руд: 1) вулканогенно-осадочный, представленный хемогенно-осадочными рудами с непрерывным и прерывистым характером накопления, и терригенно-осадочными – подводным коллювием и дистальными турбидитами; 2) интрузивный скарнирующий, ведущий к образованию ассимилированных магматических («оспенных») руд.
Научная новизна работы заключается в выявлении новых данных по условиям залегания и геохимической зональности рудных тел, типоморфным признакам магнетита, текстурным особенностям руд и их распределению, подтверждающим первично вулканогенно-осадочное происхождение магнетитовых залежей Гороблагодатского месторождения.
Практическая ценность. Согласно научным положениям полигенной гипотезы, прогнозирование и поиски железных руд возможно осуществлять в вулканогенных комплексах гороблагодатской толщи в удалении от интрузивных массивов, где открыты, но слабо изучены многочисленные рудопроявления, в том числе залегающие близ поверхности.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях УГГУ (Екатеринбург, 2003, 2006 гг.); II Всероссийском симпозиуме по вулканологии и палеовулканологии (Екатеринбург, 2003 г.); на научных студенческих школах по проблемам металлогении древних и современных океанов (Миасс, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.).
По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе одна статья в центральной печати и одна коллективная монография.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, изложенных на 220 страницах машинописного текста, содержит 168 рисунков, 28 таблиц. Список литературы включает 138 наименований.
В первой главе «Общие сведения о геологической позиции и строении Гороблагодатского железорудного месторождения» даны общие сведения о геологическом строении Тагило-Кушвинского железорудного района и входящего в него Гороблагодатского месторождения. Во второй главе «Литолого-фациальный анализ рудовмещающей гороблагодатской толщи» рассмотрены особенности условий формирования рудовмещающей толщи. В третьей главе «Особенности залегания и морфологии рудных тел» приведены авторские данные об условиях залегания магнетитовых залежей Гороблагодатского месторождения и их морфологии. Четвертая глава «Геохимическая характеристика и зональность рудных залежей» содержит сведения о геохимической зональности в целом по месторождению и по отдельным рудным телам. В пятой главе «Текстуры руд и их распределение» детально описаны текстурные разновидности руд и их распределение. В шестой главе «Типоморфизм магнетита и других минералов, участвующих в строении рудных залежей» изложены результаты изучения типоморфных особенностей магнетита в различных текстурных видах руд: структурных, микротвердости, термомагнитных, содержаний элементов-примесей. В седьмой главе «Условия формирования магнетитовых залежей и практические рекомендации» сведены данные об условиях формирования магнетитовых залежей, обосновано выделение генетических типов руд и закономерностей их распределения, предложена генетическая модель месторождения и приведены практические рекомендации. В заключении приведены основные результаты выполненных исследований.
Благодарности. Автор искренне благодарен докторам геолого-минералогических наук, профессорам УГГУ В.П. Алексееву, И.А. Малахову; кандидатам геолого-минералогических наук, доцентам УГГУ К.Б. Алешину, В.С. Балахонову за советы и консультации при выполнении исследований и апробации результатов; главным геологам Гороблагодатского РУ В.Г. Биккужину, В.В. Звереву за всестороннюю помощь при выполнении полевых работ; научному сотруднику Института геофизики УрО РАН В.С. Иванченко за содействие при изучении термомагнитных свойств магнетита. Особую признательность за постоянное и требовательное внимание к работе автор выражает руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору В.Ф. Рудницкому.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Первое положение. Магнетитовые залежи Гороблагодатского рудного поля формировались в периоды затухания активной вулканической деятельности на семи рудоносных литолого-стратиграфических уровнях. Первичные условия размещения и морфология рудных тел определялись конфигурацией конседиментационных впадин палеорельефа. В последующем они усложнялись внедрением даек сиенитов и тектоническими нарушениями.
Рудные тела Гороблагодатского рудного поля (собственно Гороблагодатское, Северо-Гороблагодатское месторождения и Восточно-Гороблагодатский участок) залегают в гороблагодатской толще позднесилурийского возраста мощностью 130-520 м. Рудовмещающая толща сложена (снизу вверх): 1) «нижним» горизонтом вулканоосадочных пород; 2) «промежуточной» пачкой базальтов; 3) «верхним» горизонтом вулканоосадочных пород; 4) пачкой базальтов «висячего бока». Подстилается рудовмещающая толща мысовской толщей базальтов. Месторождения вытянуты к северу от Кушвинской сиенитовой интрузии в субмеридиональном направлении на расстоянии 5,5 км при ширине 3,0 км. На юго-западе оруденение выходит на поверхность, моноклинально погружаясь на северо-восток. Оно прослежено до глубины рентабельной отработки 1200 м, ниже не оконтурено [Семерун, Алешин, Сорокин, 1973].
Все 30 рудных тел пластообразной формы месторождений залегают в горизонтах слоистых вулканоосадочных пород согласно с напластованием и отсутствуют в пачках эффузивных базальтов, что свидетельствует о формировании их в период затухания активной вулканической деятельности.
Залегание рудных тел в горизонтах вулканоосадочных пород многоярусное (рис. 1). Корреляция рудных тел позволила установить, что на «нижнем» горизонте шесть из них приурочены к трем рудоносным уровням, на «верхнем» - двадцать два рудных тела расположены на четырех уровнях. Дополнительным рудоносным уровнем, к которому приурочены непромышленные мелкие рудные тела «14» и «15», можно считать нижнюю часть перекрывающей туринско-колясни-ковской толщи.
Количество (мощность) осадков, накапливающихся на дне водных бассейнов, определяется, в первую очередь, формой рельефа [Павлидис, 1981; Феоктистов, 1998]. С целью выяснения особенностей палеорельефа и его влияния на первичные условия залегания и морфологию магнетитовых залежей нами проведена геометризация мощностей горизонтов вулканоосадочных пород. На ее основе для каждого из двух рудовмещающих слоистых горизонтов реконструированы карты палеорельефа (рис. 2). Участки, где вулканоосадочные породы отсутствуют или их мощность незначительна (менее 40 м), нами рассматриваются как положительные формы палеорельефа, среди которых выделяются куполовидные выступы изометричной формы и вытянутой – гряды. Площади, на которых мощность вулканоосадочных горизонтов превышает 40 м (до 200 м), определены как отрицательные формы палеорельефа и интерпретируются нами как конседиментационные депрессии. Среди них выделяются изометричные формы (впадины) и удлиненные (троги).
Установлены следующие закономерности в первичных условиях размещения и особенностях морфологии магнетитовых залежей в зависимости от палеорельефа. Все рудные тела Гороблагодатского рудного поля размещаются только в пределах конседиментационных палеодепрессий, в положительных формах палеорельефа они отсутствуют.
Морфология рудных тел определяется размерами и конфигурацией рудоконтролирующих конседиментационных палеодепрессий. Мелкие рудные тела близкой к изометричной формы приурочены к небольшим по размерам впадинам дна палеодепрессий. Обычно средние по размерам удлиненные неправильной формы тела связаны с трогообразными палеодепрессиями. Крупные по размерам тела контролируются аналогичными по размерам и конфигурации плоскими обширными палеодепрессиями.
По латерали в направлении с юга-запада на северо-восток мелкие по размерам палеодепрессионные структуры и аналогичные рудные тела сменяются более обширными. По вертикали в пределах рудовмещающих горизонтов мелкие рудные тела также сменяются более крупными и плоскими. Показатели сложности рудных тел, рассчитанные А.И. Пельдяковым и Н.Я. Черепановым, учитывающие изменчивость их мощностей и сложность конфигурации, в указанных направлениях уменьшаются. Эти данные наиболее удовлетворительно могут быть объяснены выравниванием палеорельефа в процессе накопления осадков.
Выявленные закономерности являются существенными признаками первично вулканогенно-осадочного происхождения магнетитовых залежей Гороблагодатского рудного поля.
Первичное залегание рудных тел усложнялось внедрением даек и силлов сиенитов (сателлитов Кушвинской интрузии) и тектоническими нарушениями.
Дайки рассекают рудные тела, а в их экзоконтактовых зонах нередко наблюдается сеть многочисленных мелких апофиз. В мощных (до 150 м) дайках отмечаются ксенолиты магнетитовых руд размером до первых метров на удалении в нескольких метрах от контактов. В экзоконтактовых зонах наблюдаются перекристаллизация и гранулитизация руд, пластические и хрупкие деформации.
Рудовмещающая толща и рудные тела интенсивно деформированы крупными и сопровождающими их мелкими дизъюнктивами субмеридионального и субширотного направлений сбросового и сбросово-сдвигового характера. Тектонические нарушения с амплитудами перемещения от долей метров до нескольких сотен метров определяют блоковое строение месторождений [Семерун, Алешин, Сорокин, 1973].
Второе положение. По простиранию рудной зоны (с юга на север) в направлении от Кушвинской сиенитовой интрузии содержание железа постоянно, но увеличивается содержание серы и фосфора. Геохимические поля (Fe, S, P) рудных тел вблизи сиенитовой интрузии более контрастны по сравнению с удаленными телами. Наиболее удовлетворительно сказанное объясняется влиянием внедрения интрузии на ранее сформированные рудные тела.
Геохимические исследования руд, проводимые ранее на Гороблагодатском месторождении, использовались для обоснования контактово-метасоматической гипотезы происхождения магнетитового оруденения. Объяснение же вулканогенно-осадочной природы с использованием данных опробования руд проводится автором впервые на изучаемом объекте. При этом ставились задачи: а) выяснение общих закономерностей в распределении различных элементов в рудных телах и месторождении в целом; б) выявление химической зональности рудных тел для выяснения дифференциации при отложении рудного вещества и его последующей ремобилизации.
Для решения поставленных задач составлялись геохимические карты, отстраивались диаграммы и графики распределения ряда элементов, а также применялись математические методы анализа, в частности, рассчитывались коэффициенты корреляции.
В результате установлено, что магнетитовые руды Гороблагодатского месторождения, как и других железорудных месторождений Тагило-Кушвинского района, характеризуются повышенными содержаниями серы, фосфора, меди, что характерно для руд вулканогенно-осадочного генезиса.
Корреляционный анализ содержаний рудных, шлакообразующих, полезных и вредных элементов-примесей в различных типах руд показал, что магнетитовые, гранат-магнетитовые и магнетит-гранатовые руды характеризуются во многом схожими корреляционными связями слагающих их химических элементов и их оксидов (рис. 3). «Оспенные» пироксен-магнетитовые, ортоклаз-пироксен-магнетитовые и скаполит-магнетитовые руды образуют обособленную группу, отличающуюся корреляционными связями компонентов (за исключением Fe2O3-FeO), что может свидетельствовать о разных процессах их формирования.
Для прослеживания закономерностей в распределении содержаний железа, серы и фосфора в рудах по латерали рудной зоны по данным опробования рудных интервалов были рассчитаны средние арифметические значения по каждому из разведочных профилей (рис. 4).
Рис. 4. Распределение железа, серы, фосфора в пределах Гороблагодатских месторождений по латерали в меридиональном направлении (от интрузии – справа до Половинкинского тектонического нарушения - слева). Содержания серы и фосфора на диаграмме изменены на один, два порядка соответственно
В направлении с юга на север по удалению от Кушвинской интрузии в целом тренд содержаний железа постоянен, хотя отмечаются локальные колебания; содержания серы и фосфора увеличиваются. При этом максимальные содержания серы и фосфора приходятся на участок между 4 и 20 профилями, что соответствует рудному телу «18(7)». Обращает внимание также то, что в непосредственной близости Кушвинской интрузии отмечается некоторое повышенное содержание железа и низкие содержания серы и фосфора.
При изучении распределений железа, серы, фосфора использованы данные опробования рудных интервалов разведочных скважин. Вычислялись средние содержания по скважине и выносились на горизонтальные проекции рудных тел. Проведен анализ геохимической зональности рудных тел «1» и «7», как наиболее крупных и залегающих в различных геологических обстановках (рис. 5). Рудная залежь «1» в южной части месторождения имеет сложную форму и залегает в контактовой зоне Кушвинской сиенитовой интрузии. Рудное тело «7» удалено от интрузии и имеет простую пластовую форму.
Геохимическое поле рудного тела «7» характеризуется относительно равномерным распределением железа, серы и фосфора. Максимальные содержания этих элементов, в виде изометричных участков размером в десятки - первые сотни метров, размещены по всей проекции рудного тела.
Геохимическое поле рудного тела «1» отличается резко неравномерным распределением железа, серы и фосфора в различных его частях. Южный и восточный фланги характеризуются повышенными содержаниями железа и пониженными содержаниями серы, отчасти фосфора. При этом максимум содержаний фосфора отмечается на овальном участке (100х250 м), несколько сдвинутом к юго-западу от рудного тела.
Наиболее удовлетворительно отмеченные особенности распределения железа, серы, фосфора, на наш взгляд, обусловлены влиянием внедрения Кушвинской интрузии на ранее сформированные рудные тела.
Третье положение. В рудах месторождения, наряду с пятнистыми, впервые выделены ритмично-слоистые, послойно-вкрапленные и брекчиевидно-цементные текстуры осадочного происхождения. Магнетиты различных текстурных видов руд различаются структурными особенностями, содержаниями элементов-примесей, микротвердостью и термомагнитными свойствами. Выявлена общая схема текстурной зональности рудных тел: слоистые и брекчиевидные руды локализуются на флангах рудных тел, к центру переходя в сплошные.
Текстуры руд и пород являются важнейшим диагностическим признаком их генезиса (Л.Н. Ботвинкина, С.А. Вахромеев, Ф.Н. Шахов). Текстурный рисунок чрезвычайно устойчив при различного рода минерально-химических преобразованиях (метаморфизма, метасоматизма, выветривания). Даже при интенсивных преобразованиях в рудах и породах наблюдаются реликты первичных текстур, что, прежде всего, обусловлено сохранением минеральных форм инертных компонентов. В связи с этим изучение текстур имеет значение для выяснения первичных условий формирования руд и пород. Распределение текстур отражает изменение условий рудоотложения.
Методика изучения предполагает полевой и камеральный периоды.
В полевых условиях определение текстур затруднено, так как текстурный рисунок в штуфах, отобранных из обнажений и керна скважин, как правило, проявляется неотчетливо. Главная задача в этот период - это отбор образцов по каждой предположительно диагностируемой текстурной и минеральной разновидностям.
В камеральный период проводится распиловка образцов. Спилы желательно проводить по двум направлениям, вдоль и перпендикулярно простиранию для получения объемной картины. Поверхности спилов полируются, покрываются лаком, чтобы получить и сохранить четкость текстурного рисунка. Далее проводится фотографирование или сканирование полированных поверхностей для иллюстрации материала к текстовому описанию.
При изучении текстур руд нами предложена следующая иерархия (от мелких до крупных, справа налево).
На ее основе предложен авторский вариант типизации текстур руд Гороблагодатского месторождения (табл. 1).
Таблица 1
Типизация текстур рудной минерализации Гороблагодатского месторождения
| Текстурный (ая) | |||
| Тип | Вид (Подвид) | Разновидность | Группа рисунков |
| Слоистый | Наслоения (Горизонтальный) | Аритмично-слоистая | |
| Ритмично-слоистая | Последовательная | ||
| Маятниковая | |||
| Нарушения (Сплошности) (Швов) | Прогибания | Мульдообразная | |
| Ступенчатая | |||
| Выгибания | |||
| Обрывания | Боковое частичное | ||
| Боковое полное | |||
| Поверхностное | |||
| Разорванное | |||
| Полосчатый (горизонтальный) (клиновидный) | Градационная | ||
| Сплошной | Струйчатая | ||
| Прожилково-полосчатая | |||
| Брекчиевидно-цементный | Литоидная | ||
| Комковидная | |||
| Пятнистый (гнездовый) | Линзовидная | ||
| Рогульчатая | |||
| Петельчатая | |||
| Вкрапленный | Однородно-вкрапленная | ||
| Глобулярно-вкрапленная | |||
| Послойно-вкрапленная | |||
| Прожилковидный | |||
| Кластический | Брекчиевидный | Обломковидная | Ксенолитовая |
| Щебнистая | |||
| Гравелит-конгломератовая | |||
| Комковидная | Кокардовый | ||
| Брекчиевый | |||
| Прожилковый | |||
Нами впервые обращено внимание на широкое развитие текстур осадочного происхождения – слоистых, брекчиевидно-цементных и отчасти кластических.
Весьма сложная горизонтальная слоистость наблюдается в рудах. Слойки магнетита, отчасти и пирита чередуются со слойками пород различной окраски (ритмично-слоистая разновидность текстур руд). Нами впервые обращено внимание на присутствие этой разновидности в пределах Гороблагодатского месторождения. Ритмическое чередование «безрудных» слоев с рудными, создает – ритмиты [Ботвинкина, 1965]. Эти руды характеризуются повторяемостью в разной степени преобразованного вулканоосадочного материала и магнетитовых слоев (двухкомпонентный ритм), при некоторых различиях в составе отдельных ритмов. В одних случаях «безрудная» составляющая отвечает грубообломочным вулканокластическим породам (рудовулканокластический ритм). В других распространены двухкомпонентные ритмы, где нерудная составляющая сло-жена вулканоосадочными отложениями песчаной, алевритовой размерности (рудотерригенный ритм) (рис. 6). Выделяется также магнетит-карбонатный ритмит (рудокарбонатный ритм), когда ритмичность обусловлена чередованием обогащенных магнетитом слойков карбонатных и пирокластических пород; отмечается также ритмичное чередование магнетита и сульфидов (рудный ритм).
«Оспенные» (пятнистые, прожилковидные), скарновые (ритмично-слоистые, брекчиевидно-цементные, полосчатые, брекчиевидные) и гидросиликатные (гнездовые) руды не отличаются набором элементов-примесей, но отличаются их содержаниями (табл. 2). Наиболее «чистым» является магнетит «оспенных» руд, содержание марганца, магния и алюминия – наименьшее среди руд Гороблагодатского месторождения, но при этом резко возрастает количество титана и ванадия. Скарновые руды характеризуется пониженными содержаниями титана и ванадия, высокими содержаниями алюминия и марганца. Для гидросиликатных руд свойственны минимальные значения титана, ванадия и магния, что является их отличительной чертой. Количество алюминия и марганца схоже со скарновыми рудами, отвечая уровню их содержания.
Таблица 2
Химический состав магнетита основных руд и текстур Гороблагодатского месторождения
| Оксиды | Руды | Текстуры | Обломки руды в породах | ||||
| «оспенные» | скарновые | гидро- силикатные | послойно-вкрапленная | ритмично-слоистая | брекчиевидно-цементная и полосчатая | ||
| TiO2 | 0,46 | 0,22 | 0,14 | 0,69 | 0,36 | 0,19 | 0,34 |
| Al2O3 | 0,14 | 0,60 | 0,62 | 0,82 | 0,67 | 0,58 | 0,71 |
| MnO | 0,40 | 1,32 | 1,33 | 0,15 | 1,23 | 1,64 | 1,23 |
| MgO | 0,02 | 0,07 | 0,00 | 0,02 | 0,14 | 0,11 | 0,13 |
| V2O3 | 0,15 | 0,09 | 0,08 | 0,09 | 0,10 | 0,08 | 0,10 |
| CoO | 0,04 | 0,01 | 0,06 | 0,02 | 0,00 | 0,01 | |
| прим. | 1,21 | 2,31 | 2,18 | 1,83 | 2,51 | 2,61 | 2,52 |
| 99,09 | 99,68 | 99,28 | 98,59 | 99,86 | 99,39 | 99,71 | |
Из табл. 2 видно, что содержания титана, алюминия и кобальта снижаются от вкрапленных к сплошным рудам. В том же направлении, наоборот, происходит увеличение содержания марганца и в меньшей степени магния. Ванадий остается постоянным. Что касается обломков руд среди вулканоосадочных пород, то данные обособления чрезвычайно схожи по химическому составу с рудами слоистого строения.
Распределение текстур изучалось нами при картировании стенок уступов карьера «Центральный», где в области отработки открытым способом были вовлечены «6» и «7» рудные тела в западной части карьера, «5» и «2» рудные тела в восточной его части, были установлены ореолы распространения основных текстур руд.
Основной формой локализации оруденения на Гороблагодатском месторождении является слой. Слоистое строение руд свойственно всем рудным телам. В одних случаях ореол слоистого типа текстур приурочен к флангам оруденения, сменяясь к центру сплошными рудами (полосчатой и пятнистой (гнездовой) текстурами). В других, при слоистом строении рудного тела, на его флангах преобладает брекчиевидно-цементный и/или брекчиевидный (гравелит-конгломератовая группа рисунков) вид текстур (рис. 7).
При внедрении даек сиенитов, вблизи контакта, появляются пятнистые, прожилковидные текстуры, а также ксенолиты руд. При хрупких деформациях, связанных с тектоническими нарушениями, возникают прожилковидные, прожилковые текстуры и брекчии.
Четвертое положение. В формировании месторождения выделены два этапа, характеризующиеся различными генетическими типами руд: 1) вулканогенно-осадочный, представленный хемогенно-осадочными рудами с непрерывным и прерывистым характером накопления и терригенно-осадочными – подводным коллювием и дистальными турбидитами; 2) интрузивный скарнирующий, ведущий к образованию ассимилированных магматических («оспенных») руд.
Генетические типы руд установлены по комплексу диагностических признаков, которые, согласно Л.Н. Ботвинкиной [1974], подразделяются на «внутренние» и «внешние». «Внутренние» признаки характеризуют внутреннее строение той или иной генетической разновидности руд. Это, прежде всего, минералого-геохимические и текстурно-структурные особенности руд, причем текстура – важнейший диагностический признак. Наиболее информативными «внешними» признаками диагностики генетических типов являются морфология, характер контактов и условия залегания рудных тел.
Генетические типы руд Гороблагодатского месторождения и основные их диагностические признаки сведены в табл. 3.
Таблица 3
Генетические типы руд Гороблагодатского месторождения
| Признаки | Генетический тип | Хемогенно-осадочные | Терригенно-осадочные | Ассимилированные магматические | ||
| с непрерывным характером накопления | с прерывистым характером накопления | подводно-коллювиальные | дистальные турбидиты | |||
| Текстуры руд | Полосчатая, пятнистая (гнездовая), вкрапленная | Ритмично-слоистая, аритмичная | Брекчиевидно-цементная, брекчиевидная | Послойно-вкрапленная | Пятнистая, вкрапленная, прожилковидная | |
| Структуры руд | Неравномернозернистая | Тонко-, неравномернозернистая | Крупно-, равномернозернистая | |||
| Микротвердость | 606, 605 | 617 | 645 | 526 | 607 | |
| Элементы-примеси в магнетите* | MnO, Al2O3 | MnO, MgO, TiO2 | MnO, MgO, | Al2O3,TiO2 | TiO2, V2O5 | |
| Форма тел | Линзы | Пачки слоев | Пласты, слои | Пачки слоев | Неправильная | |
| Условия залегания | Отдельные участки рудных тел | Рудоносные уровни согласно с напластованием вмещающих их вулканоосадочных пород | В околорудных (подстилающих, вмещающих) породах | В контактовых зонах интрузивных и дайковых тел | ||
* Элементы-примеси приведены с наиболее высокими содержаниями (типичные).
Исследования современных рудообразующих систем океанического дна (А.П. Лисицын, Г.Ю. Бутузова и др.) показывают, что способы вулканогенного гидротермально-осадочного рудоотложения весьма разнообразны (хемогенное осаждение из донных металлоносных рассолов, формирование «черных курильщиков», образование конкреций и т.д.).
Полученные нами данные наиболее удовлетворительно могут быть объяснены хемогенно-осадочным способом рудоотложения из донных железонасыщенных рассолов. На это прежде всего указывает пластовая форма магнетитовых залежей и ритмично-слоистая текстура руд. В ритмично-слоистых рудах слойки сплошного магнетита обнаруживают однородное строение и выдержанную мощность (первые сантиметры) на значительных (десятки метров) расстояниях.
Генетическая модель формирования магнетитовых залежей месторождения включает два этапа: вулканогенно-осадочный и интрузивный термального метаморфизма (скарнирования) (рис. 8).
На первом этапе происходит формирование железосодержащих металлоносных рассолов во впадинах дна морского бассейна. Данные впадины, фиксирующиеся горизонтами вулканогенно-осадочных отложений, вероятно, были относительно пологими и имели размеры в сотни метров – первые километры. Однородные хемогенно-осадочные руды, как правило, в разном объеме содержат примесь нерудного материала в виде «обломковидных» обособлений. Это свидетельствует о том, что в участках хемогенного железоосаждения происходил привнос вулканокластического материала. Однородность состава обособлений указывает на лаво- или гиалокластический, а не терригенный процесс поступления нерудной составляющей. Металлоносные рассолы формируются, вероятно, восходящими на дно пневматолито-гидротермальными растворами. Спорадически поступали серусодержащие эманации, что привело к образованию сульфидной минерализации. Однако проблема источников рудного вещества и растворов остается слабоосвещенной и неясной (Л.Н. Овчинников, Я.Н. Белевцев, В.П. Бухарев и др.).
Второй этап в формировании месторождения связан с контактовым метаморфизмом в связи с внедрением Кушвинской сиенитовой интрузии и ее сателлитов. Внедрение сиенитов обусловило скарнирование пород рудовмещающей гороблагодатской толщи. Объем пород, подвергшихся скарнированию, постепенно, но довольно существенно уменьшается по удалению от сиенитового массива. Первичные пластовые железорудные тела подвергаются термальному метасоматизму. В контактовой зоне первичные руды, вероятно, переплавлены (или интенсивно метасоматически преобразованы?) и образуют неправильной формы тела ассимилированных («оспенных») руд, которые по удалению от массива расщепляются на пласты хемогенно-осадочных руд. При внедрении интрузии в контактовой зоне происходит удаление серы (обжиг сульфидов), увеличение содержаний железа, укрупнение зерен магнетита и очищение его от элементов-примесей.
Существенным признаком, указывающим на термальный метаморфизм первичных руд, является широкое развитие структур распада твердых растворов, прежде всего системы ульвошпинель-магнетит. Образование структур распада твердых растворов руд различного состава, по мнению П. Рамдора, В.П. Логинова, А.А. Филимоновой, обусловлено термальным метаморфизмом. П. Рамдором [1962] экспериментально установлено, что при нагревании природных руд до 800 оС и последующем медленном понижении температуры происходит распад твердого раствора на шпинель и магнетит. Рудовмещающие породы Гороблагодатского месторождения метаморфизованы в условиях пироксен-роговиковой фации термального метаморфизма, температуры которой отвечают 650-750 оС.
Приведенные данные подтверждают представление о полигенности Гороблагодатского железорудного месторождения. В начальный период в придонной обстановке происходило преимущественно хемогенное осаждение руд, вероятно, в виде гидрооксидов железа. Последующее внедрение Кушвинской сиенитовой интрузии привело к скарнированию и преобразованию как вмещающих пород, так и первичных пластовых вулканогенных гидротермально-осадочных руд.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования позволили получить новую информацию о строении и условиях формирования магнетитовых залежей Гороблагодатского месторождения.
1. Анализ геологических разрезов, документация стенок карьера однозначно указывают на первично пластовую форму магнетитовых залежей и согласное с напластованием залегание. Особенно отчетливо это проявляется для маломощных прослоев руд, которые наиболее доступны для непосредственного наблюдения. Пластовая форма магнетитовых руд усложняется во-первых, внедрением Кушвинской сиенитовой интрузии и ее сателлитов, занимающих секущее положение к рудным телам; во-вторых, интенсивными разнопорядковыми нарушениями, разбивающими пласты на многочисленные блоки.
2. Корреляция рудных залежей показывает, что они располагаются на семи рудоносных уровнях двух вулканоосадочных горизонтов пород.
3. Установлено, что по латерали в удалении от Кушвинской сиенитовой интрузии происходит увеличение содержаний в рудах серы и фосфора, при этом содержание железа остается относительно постоянным. Выявлено, что в рудных телах, в частности «1-м», расположенные в контактовой зоне интрузии отличаются резко неравномерным распределением железа, серы и фосфора. Рудные тела в удалении от интрузии «18(7)» характеризуются относительно равномерным распределением железа, серы и фосфора.
4. Предложен авторский вариант типизации текстур. Впервые выявлены признаки текстур осадочного хемогенного (ритмично-слоистые) и терригенного (брекчиевидно-цементные, послойно-вкрапленные) происхождения. К числу элементов-примесей в магнетитах с наиболее переменными содержаниями относятся титан, алюминий, марганец, магний и ванадий. Текстуры руд отчетливо различаются по соотношению этих элементов в составе магнетита.
5. По комплексу диагностических признаков (форме и условиям залегания, минералого-геохимическим и текстурным особенностям) выделены генетические типы руд для каждого этапа формирования месторождения: хемогенно-осадочные с прерывистым и непрерывным характером накопления; терригенно-осадочные – подводный коллювий и дистальные турбидиты (вулканогенно-осадочный этап) и ассимилированные магматические (интрузивный этап скарнирования).
Приведенные данные подтверждают представления о первично вулканогенно-осадочном формировании железорудных залежей и последующем их скарнировании в связи со становлением более поздних интрузивных тел.
Проведенные исследования и полученные результаты предопределяют решение ряда новых первоочередных вопросов о строении и условиях формирования магнетитовых залежей Гороблагодатского месторождения.
Задачами дальнейших исследований являются:
- выявление физико-географической обстановки на основе литолого-фациального анализа вмещающих пород;
- изучение соотношения процессов формирования скарнов и руд;
- на основе фациально-циклического анализа выяснение закономерностей размещения оруденения в геологическом разрезе;
- более детальное прослеживание изменений состава руд по удалению от интрузива, в том числе сульфидов, методами оптической микроскопии, декрепитационными и др.
Список основных опубликованных работ по теме диссертации
Монографии
1. Обоснование стратегии ВГОКа по развитию горно-рудной базы НТМК до 2025 г.: научное издание / Э.С. Лапин, С.В. Корнилков, В.Ф. Рудницкий, А.Ж. Кузнецов. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2004. – 111 с.
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК
2. Кузнецов А.Ж. Распределение элементов-примесей в магнетитах Гороблагодатского железорудного месторождения // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. – Вып.12. – М., 2003. – С. 21-24.
Статьи, материалы конференций
3. Абрамова Н.А. Признаки первично вулканогенно-осадочного генезиса магнетитовых залежей Естюнинского месторождения на Среднем Урале / Н.А. Абрамова, А.Ж. Кузнецов // Металлогения древних и современных океанов – 2000. Открытие, оценка, освоение месторождений: Материалы Шестой научной студенческой школы. – Миасс: ИМин УрО РАН, 2000. – С. 99-102.
4. Кузнецов А.Ж. Ритмично-слоистые магнетитовые руды Гороблагодатского железорудного месторождения на Среднем Урале // Известия УГГГА. – Вып. 13. – Серия: Геология и геофизика. Екатеринбург, 2001. – С. 140-142.
5. Кузнецов А.Ж. Распределение железа, серы, фосфора в магнетитовых рудах Гороблагодатского месторождения на Среднем Урале // Известия УГГГА. – Вып. 18. – Серия: Геология и геофизика. Екатеринбург, 2003. – С. 142-147.
6. Кузнецов А.Ж. Условия залегания рудных тел Гороблагодатского железорудного месторождения // Проблемы геологии и освоения недр: Труды Седьмого международного научного симпозиума им. академика М.А. Усова. – Томск, 2003. – С. 305-306.
7. Рудницкий В.Ф. О первично вулканогенно-осадочном генезисе Гороблагодатского железорудного месторождения на Среднем Урале / В.Ф. Рудницкий, А.Ж. Кузнецов // Вулканизм и геодинамика: Материалы II Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии. – Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2003. – С. 563-565.
8. Кузнецов А.Ж. Условия залегания рудных тел Гороблагодатского железорудного месторождения / А.Ж. Кузнецов, В.Ф. Рудницкий // Известия УГГГА. Специальный выпуск. Вып. 17. – Екатеринбург, 2003. – С. 16-17.
9. Кузнецов А.Ж. Пиритовая минерализация в рудах Гороблагодатского железорудного месторождения на Среднем Урале // Металлогения древних и современных океанов – 2003. Формирование и освоение месторождений в островодужных системах: Материалы Девятой научной студенческой школы. – Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. – С. 136-139.
10. Кузнецов А.Ж. Влияние микросиенитов и сиенит-порфиров на породы и руды Гороблагодатского железорудного месторождения (Урал) // Металлогения древних и современных океанов – 2004. Достижения на рубеже веков. Т. 1. Проблемы металлогенического анализа, месторождений черных и цветных металлов: Материалы Десятой научной студенческой школы. – Миасс: ИМин УрО РАН, 2004. – С. 152-155.
11. Кузнецов А.Ж. Некоторые текстурные особенности руд Гороблагодатского скарново-железорудного месторождения как признак первично вулканогенно-осадочного происхождения // Материалы Уральской горнопромышленной декады, 3-13 апреля 2006 г, г. Екатеринбург. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. – С. 92-93.
Подписано в печать 21.11.2008 г. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать на ризографе. Печ. Л. 1,0. Тираж 100, Заказ Изд-во УГГУ.
620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30. Уральский государственный горный университет. Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники изд-во УГГУ
