Введение к работе
Актуальность работы. Фосфориты морского происхождения являются важнейшей составляющей минеральных ресурсов фосфатного сырья, как в России, так и в мире. Фосфатные руды относятся к стратегическим видам минерального сырья, обеспечивающих экономическую (продовольственную) безопасность государства. Фосфор - важнейшая составная часть комплексных минеральных удобрений, дефицит которого не может быть компенсирован ни другими элементами (калием, азотом), ни новыми агротехническими технологиями.
В мировой структуре минерально-сырьевой базы и добычи фосфориты существенно преобладают над апатитовыми рудами (91% и 9%), в России же отмечается обратное соотношение между запасами фосфоритов и апатитов (18% и 82%), а в объемах добычи и производства фосфорных концентратов доля апатитовых руд составляет 95%. До недавнего времени Россия по производству фосфатного сырья входила в тройку лидирующих стран (вместе с США и Марокко), однако, по количеству вносимых удобрений (30 кг/га) уступала развитым странам в 3-5 раз За последние годы выпуск апатитового концентрата сократился в 2-3 раза, внесение удобрений снизилось до критического уровня (до 5 кг/га), что наряду с комплексом других факторов привело к резкому падению урожайности и росту импорта продовольствия В настоящее время предприятия Мурманской области крупнейшие поставщики апатитового концентрата - вырабатывают 10 млн. т в год, что обеспечивает внутреннее потребление лишь на 40%, из чего становится очевидным кризисное состояние агропромышленного комплекса в целом По мнению аналитиков при нынешнем темпе добычи апатитовых руд и производстве концентрата обеспеченность запасами в нашей стране составляет 35-80 лет. При этом нужно учитывать, что наиболее богатые по содержанию полезного компонента и лучшие по условиям залегания залежи Хибин уже отработаны, соответственно встает вопрос о проведении здесь комплекса исследований с целью выявления объектов, пригодных для открытой разработки, а также о переоценке имеющихся резервных месторождений, расположенных на территории России.
Распределение разведанных запасов апатитов и фосфоритов по экономическим районам России по данным Российского Экологического Федерального Агентства крайне неравномерно: основные запасы как апатитов, так и фосфоритов расположены в Европейской части страны (70.7% и 84,1% от общероссийских запасов соответственно). На долю Уральского экономического района приходится лишь 1,1% запасов апатитов и 0,4% запасов фосфоритов. В связи с сокращением рентабельных запасов Хибинских месторождений требуется переоценка разведанных месторождений Южного Урала (Ашинское, Симское, Кукашкинское. Селеукское), находящихся в благоприятных природно-экономических условиях.
Цели и задачи работы Целью работы является всестороннее изучение фосфоритов Южно-Уральского фосфоритоносного бассейна (ЮФБ) и оценка возможности промышленного освоения отдельных типов пород в зависимости от их фациальной позиции в пределах Предуральского прогиба. В соответствии с этой целью были определены следующие задачи"
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ* БИБЛИОТЕКА
С.-Петербург
ОЭ 200 &*.&&$
Систематизировать весь имеющийся фактический материал по изучению позднепалеозойских фосфатсодержащих пород, составить схему размещения фосфатопроявлений на территории южной части Предуральского прогиба
Дать развернутую структурно-текстурную характеристику пород на различных уровнях исследования вещества (макро-, микро- и ультрамикроуровень) с выявлением черт сходства и различия типов фосфоритов.
Рассмотреть химический, минеральный состав пород, выявить геохимическую специфику пород и оценить роль живых организмов в концентрации фосфатного вещества.
Уточнить стратиграфическую позицию, установить связь различных типов фосфоритов с фациями Предуральского прогиба.
Наметить границы Южно-Уральского фосфоритоносного бассейна, определить продуктивность отдельных типов и оценить возможности промышленного освоения фосфоритов
Сопоставить ЮФБ с другими позднепалеозойскими фосфоритоносными седементационными бассейнами и определить его место в глобальном цикле фосфатогенеза
Научная новизна. Для всего комплекса пород Предуральского прогиба (ПП) выявпено обогащение соединениями фосфора Все фосфорсодержащие породы поаразделены на 5 групп кластические, конкреционные, пластовые, нептуннческих даек и покровов, кластоморфного типа; определена стратиграфическая и фациальная приуроченность каждого типа Пересмотрен возраст и уточнен генезис Ашинского месторождения Приведена структурная характеристика, детально рассмотрен химический и минералогический состав пород. Впервые для фосфоритов ПП определены содержания редких и радиоактивных элементов, концентрации которых сопоставимы с аналогичными показателями других месторождений По совокупности всех фактов намечены границы позднепалеозойского Южно-Уральского фосфоритоносного бассейна, определены возможности промышленного освоения фосфоритов Предуральского прогиба
Практическое мачение Ввиду дефицита в России высококачественного фосфатного сырья и крайне неравномерного распределения имеющихся запасов по экономическим районам, актуальным является выявление в Уральском регионе фосфоритоносного бассейна со значительными ресурсами этого сырья. Промышленный интерес представляют широко распространенные на территории ЮФЬ конкреционные и пластовые фосфориты депрессионной зоны Предуральского прогиба, а также месторождения и проявления Каратауского тектонического комплекса Новые данные по стратиграфической и фациальной приуроченности фосфоритов позволяют не только локализовать области поиска этого вида минерального сырья, но и дают научную информацию для понимания истории развития и металлогении южной части 1111.
Южно-Уральский фосфатоносный бассейн является частью огромного по протяженности фосфатоносного пояса, продолжением которого находятся в северной части Предуральского прогиба (Косью-Роговская впадина), на Пай-Хое и Новоземельских островах Разработанная модель ЮФБ может служить основой изучения и освоения северных территорий.
Защищаемые положения:
-
Определены реальные границы и генетическая природа Южно - Уральского фосфоритоносного бассейна, в пределах которого выделены пять типов месторождений и фосфатопроявлений, приуроченных к определенным фациальным зонам Предуральского краевого прогиба.
-
Впервые выполнено петрографическое и геохимическое изучение всех типов фосфатопроявлений, изучены редкие и радиоактивные элементы, определены обогащенные ими типы фосфоритов, показана роль организмов в концентрации фосфатного вещества.
-
Произведено сравнение с другими позднепалеозойскими фосфоритоносными бассейнами земного шара, показаны черты сходства и различия между ними.
-
Сделан вывод о перспективности промышленного освоения конкреционного типа фосфоритов; ранее основное внимание уделялось пластовым фосфоритам.
Фактический материал и методы исследований. В основу написания тнссертации положены материалы, полученные автором при полевых работах, проведенных на территории Башкортостана и Челябинской области силами лаборатории стратиграфии и палеонтологии в течение четырех лет (2000-2003 гг.) В ходе этих работ было детально изучено 16 фосфатопроявлений и месторождений Предуральского прогиба. Каменный материал этих проявлений был подвергнут исследованиям различными методами. Для описания структур фосфоритов в шлифовальной мастерской ИГиГ РАН были изготовлены более 300 петрографических шлифов, а также порядка 200 полированных срезов, проходящих через центральную часть конкреций фосфоритов. Классификация структур на ультраміїкроуровне стала возможна благодаря применению просвечивающего электронного микроскопа ПЭМ в лаборатории электронной микроскопии Уральского государственного горного университета (УГГУ) (аналитик М В Калачева), где были получены фотографии самооттеняющих углеродных реплик, характеризующих поверхность свежих сколов пород. Химический состав фосфоритов изучался на основании 160 петрохимических силикатных анализов, выполненных в химической лаборатории УГГУ (аналитик Н.В. Пенкина) Геохимические особенности фосфорсодержащих пород различных генетических типов охарактеризованы по результатам спектральных полуколичественных анализов, выполненных в спектральной лаборатории УГГУ (аналитик М Л Позднякова), определение содержаний редких и РЗЭ проводились методом масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) на анализаторе
Elan 6000 (Уральский электрохимический комбинат, г Новоуральск, аналитик Л Д. Березин). Для диагностики минеральных фаз в составе породы использован рентгеноструктурный метод исследования, проведенный в лаборатории рентгеноструктурного анализа УГГУ (аналитик II Г.Сапожникова) и в лаборатории физических и химических методов исследований ИГиГ УрО РАН (аналитик Т Я Гуляева). Данные анализов были обработаны автором с применением компьютерных технологий.
Апробация работы. Материалы, связанные с темой диссертации, докладывались на всероссийской конференции в Саратове (2002), заседаниях Уральского отделения Минералогического общества РАН (2001, 2004, 2005), на 5-ом Уральском литологическом совещании (2002) Всего по теме диссертации опубликовано 7 работ.
Объем и структура работы Диссертация общим объемом 247 страниц состоит из введения, восьми глав, заключения и списка литературы В работе 118 рисунков и 20 таблиц Список литературы включает 137 наименований В первой главе рассматривается история изучения фосфатопроявлений (ФП) южной части Предуральского прогиба (ПП) В главе II детально описаны все известные на настоящий момент месторождения и проявления фосфоритов. В главе III дана классификация ФП. показана стратиграфическая и фациальная позиция доказана приуроченность фосфоритов к определенным формациям ПП. Глава IV посвяшена рассмотрению текстурно-структурных характеристик, химического и минерального состава различных типов фосфоритов В главе V приведены геохимические особенности фосфоритов освещены положительные и отрицательные стороны концентраций тех или иных элементов с точки зрения производства минеральных удобрений. В главе VI суммируются все сведения о фосфоритах Южного Урала, проводятся границы Южно-Уральского фосфоритоносного бассейна: производится сравнение с крупнейшими позднепалеозойскими фосфоритовыми бассейнами, делается вывод о приуроченности значительных концентраций фосфора к Предгорным прогибам В главе VII освещены основные теории происхождения фосфоритов и показана значительная роль организмов в строении и образовании фосфорсодержащич пород ЮФБ. рассматриваются вопросы исгочников фосфора в бассейне. Глава VIII посвящена вопросам перспектив промышленною освоения ЮФБ расчету продуктивности конкреционного типа, оценке суммарного промышленного потенциала региона на этот вид полезного ископаемого
