Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретическое и практическое значение работы, основные положения 4
1.1. Актуальность проблемы 8
1.2. Цель работы 10
1.3. Задачи работы 11
1.4. Основные положения 12
1.5. Научная новизна работы 12
1.6. Практическая значимость работы 14
1.7. Фактический материал 17
2. Современное состояние проблемы изучения колчеданных месторождений 19
2.1. Гетерогенез колчеданных месторождений 19
2.2. О современных субмаринных гидротермальных системах 24
2.3. Морфология колчеданных рудных тел и палеореконструкция рудогенеза .29
2.4. Вопросы классификации и типизации месторождений колчеданного семейства 40
3. Методологическая база 73
3.1. Терминологическая база 78
3.2. Об иерархии зональных структурно-пространственных таксонов 87
3.3. Минеральный индивид как элементарная организационная геологическая структура 89
3.4. Синергетические аспекты минерального онтогенеза на примере пирита колчеданных руд 92
3.5. Генетическое моделирование 123
3.6. Применявшиеся методы изучения рудного вещества 131
4. Онтогенез колчеданных объектов 143
4.1. Онтогенез пирита 143
4.2. Онтогенез колчеданных залежей 158
5. Онтогеническая зональность колчеданных объектов . 196
5.1. Количественное выражение универсальной онтогенической зональности месторождений колчеданного семейства 199
5.2. Количественные формы проявления латентной зональности колчеданных объектов 203
5.3. Проблема количественного выражения минералогенетической информации 207
5.4. Минералофизика как новое направление исследований в решении онтогенических вопросов 213
5.5. Онтогеническая информативность физических показателей пирита 220
5.6. Выявление латентной зональности колчеданных объектов различного иерархического уровня структурной организации 262
5.6.1. Кристалломорфологические и кристаллоанатомические аспекты зональности 263
5.6.2. Геометризация и палеореконструкция дислоцированных колчеданных залежей 295
5.7. Микроморфогенетический типоморфизм руд и зональность колчеданных залежей 305
Заключение 323
Литература 326
- Практическая значимость работы
- Морфология колчеданных рудных тел и палеореконструкция рудогенеза
- Минеральный индивид как элементарная организационная геологическая структура
- Количественные формы проявления латентной зональности колчеданных объектов
Введение к работе
Экономическое благополучие России определяется состоянием и тенденциями в мировой минерально-сырьевой ситуации, которые определяют содержание внутренней и внешней политики государства [281]. «Устойчивое развитие экономики России в ближайшие годы должно базироваться на планомерном росте ее составляющих и, прежде всего, за счет минерально-ресурсного потенциала» [521]. Длительное отсутствие долгосрочной стратегии в области изучения недр восполняется «Долгосрочной государственной программой изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы России...» [190]. Экономическое развитие России, повышение благосостояния ее граждан предполагает воспроизводство минерально-сырьевой базы как первую из основных целей государственной политики в области использования минерального сырья и недропользования [457]. Стратегическую роль в запасах полезных ископаемых России играют цветные металлы, добыча которых в начале XXI века перешла в режим падающей [555], в то время как стратегия развития электротехнической промышленности России - главного потребителя меди - предусматривает существенное повышение спроса на медь в ближайшем будущем [394].
Состояние минерально-сырьевой безопасности и воспроизводство минерально-сырьевой базы России имеет стратегическое значение в повышении уровня национальной безопасности (во всех сферах) [190, 348]. «Концепция национальной безопасности Российской Федерации» констатирует обострение международной конкуренции в целях обладания природными ресурсами, сужение сырьевой базы российской промышленности и рынков сбыта ее продукции и проявление дискриминационных процессов в отношении РФ на мировых рынках [318]. Беглый взгляд на международную экономическую политику позволяет сделать вывод о возрастающей актуальности указанных вопросов.
Один из путей решения указанных проблем в геологическом аспекте -реанимация теоретических и прикладных геологических исследований, и в т.ч. повышение эффективности научного прогнозирования скрытого оруденения. Решение поставленной задачи возможно на основе объективной типизации месторождений, выявления объективных закономерностей в их строении на примерах конкретных месторождений.
Практическая значимость работы
Практическая значимость работы заключается, прежде всего, в разработнной методологии многокомпонентного генетического анализа промышленного (гидротермально-осадочного) и непромышленного колчеданного оруденения, которая базируется на количественном подходе к решению вопросов генетической принадлежности пиритсодержащей рудной минерализации. Эта методология служит основой для прогнозирования скрытого колчеданного оруденения: на основе универсальной и многоплановой онтогенической зональности возможно определение морфологии скрытых рудных тел. Знание закономерностей зонального строения рудных тел позволяет определить: 1. Степень эрозии колчеданных тел. 2. Первичное залегание рудных тел. 3. Более точное распределение колчеданных тел того или иного типа (состава). 4. Вероятное размещение рудных тел, более богатых сульфидами Си и Zn относительно выявленных рудных тел. 5. Вероятный химико-минералогический состав слепых колчеданных руд, судя по комплексу элементов-индикаторов геохимического ореола. 6. Положение в разведываемом зональном рудном теле блоков руды, более богатой полезными ископаемыми. 7. Степень приближения к границе искомого рудного тела. Применение созданная онтогеническая модель колчеданного рудогенеза позволяет реконструировать дислоцирование рудных тел и определять уровень эрозионного среза, а также прогнозировать локализацию золотосодержащих продуктов дезинтеграции рудных залежей [74].
Используя универсальную зональность с учетом количественных показателей по случайно вскрытому фрагменту рудного тела можно прогнозировать количественный аспект скрытого оруденения и определять направление поисково-разведочных работ, а также по ходу последних и поисково-разведочных работ вносить оперативные коррективы в их производство . Технологические свойства руд- функция параметров рудного онтогенеза, поэтому минералофизическое картирование, выявляющее пространственно-временную онтогенетическую картину в истории формирования рудного объекта, должно предшествовать выделению технологических типов и сортов руд, существенно облегчая задачу ГТК и сводя к минимуму суммарные затраты труда. ГТК можно осуществить лишь на хорошей геолого-структурной основе. Текстурно-структурные особенности руд, выявляемые ГТК, определяют эффективность обогащения добываемого минерального сырья. Косвенное картирование технологических типов и сортов руд путем картирования природных типов руд возможно, когда есть однозначное соответствие между природными типами и технологическими типами и сортами руд. Прочностные свойства колчеданных руд определяют их взрывоопасность [684].3 Результаты микротвердостного картирования, проводимого еще на стадии разведки месторождения, будут существенно облегчать и удешевлять выполнение задач по минимизации ущерба при проведении горных работ. Оценка уровня соответствия технологических и природных типов руд должна иметь количественную сторону, при этом именно минералофизические и рудно-физические параметры, откартированные в пределах месторождения, дадут основу для применения количественного метода при косвенном картировании технологических типов и сортов руд.
Результаты микротвердостного, микроморфогенетического, термобарогеохимического картирования являются достаточным основанием для предварительных выводов о зональном распределении технологических типов и сортов руд в пределах рудной залежи и месторождения в целом. Выявленная генетическая взаимосвязь химического состава и физических свойств пирита может позволить обосновать прогноз результатов рудоподготовки и флотации до проведения технологических испытаний по некоторым свойствам минерала. Изучение вещественного состава руд, оруденелых метасоматитов и ме-тасоматически измененных вмещающих пород дает базу для формирования представлений о технологии отработки месторождения. Минералогическая зональность, пропущенная через призму технологической минералогии, может послужить базой для создания картины технологической зональности, имеющей продолжение в картировании технологических и технолого-экономических показателей в пределах месторождения и рудных тел. Изучение вещественного состава дает также базу для разработки рекомендаций по комплексным технологиям обогащения руд. Выявление технологической зональности дает возможность определиться с выбором конкретных технологий селективного обогащения сульфидных (колчеданных и колчеданно-полиметаллических) руд. На стадии разведочных и разведочно-эксплуатационных работ возможен прогноз и оценка технологических показателей сульфидных (колчеданных и колчеданно-полиметаллических) руд. Последнее возможно, благодаря применению таких методов, как топомине- ралофизические работы, минералогическое и текстурно-структурное и мине-ралофизическое картирование, минераграфия, петрография, геохимия, технологические исследования и др. Слабая разработанность методики и теоретических основ локального прогнозирования, зачастую подменяемых эмпирическим обобщением фактического материала [539], подчеркивает важность и перспективность минералофизических количественных методов изучения рудного вещества и минералофизического картирования.
Морфология колчеданных рудных тел и палеореконструкция рудогенеза
Изучению морфологии колчеданных рудных тел уделяли внимание И.А.Богуш [46, 82], М.Б.Бородаевская [96], А.Г.Жабин и др. [235], В.В.Зайков и др. [251-253, 506], П.Ф.Иванкин и др. [14, 267, 268], К.Р.Ковалев и др. [311], А.И.Кривцов [96, 340], Н.К.Курбанов [96], Р.И.Лутков и др. [235], В.В.Масленников и др. [251-253, 506], В.Ф.Мягков и др. [430], Н.С.Самсонова и др. [235], Н.С.Скрипченко [578, 581-583], В.И.Смирнов и др. [313], М.И.Швайковский [697], и другие исследователи [289, 669, 733,750]. Структурно колчеданная залежь включает два главных рудоконтроли-рующих элемента: рудоподводящий канал и область рудоотложения. Рудо-подводящие каналы чаще всего совпадают с зонами синрудного тектогенеза. Эти два взаимоперпендикулярных градиентных направления служат выражением двойственной природы колчеданных месторождений и могут служить классификационным признаком. Примером крайней дифференцированности рудных тел с вертикальной зональностью являются месторождения типа куроко, латеральной - месторождения в углеродистых флишоидных толщах [410]. Основные области рудоотложения - в большинстве случаев субмаринные депрессии на дне моря и сравнительно тонкий слой нелитифицированных, главным образом, илистых осадков, а также перекрываемые осадками вулканиты (туфы, эффузивы, экструзивные брекчии и т.д.). В целом область отложения в период рудогенеза ориентирована субгоризонтально, поэтому рудные тела получают пластообразную стратиформную конфигурацию; нередки осложнения и раздувы в местах выходов на морское дно рудоподводящих каналов.
Оптимальной плоскостью проекции принято считать плоскость срединной поверхности месторождения, т.е. плоскость залегания рудных тел [156]. В зависимости от геологической обстановки и режима рудоотложения В.А.Прокиным, И.Б.Серавкиным, Ф.П.Буслаевым др. [516] произведена типизация морфологических типов колчеданных отложений на палеовулканической основе: 1. Одиночные залежи пластообразной или плос-колинзовидной формы (Дегтярское, Учалинское, Подольское месторождения и др.); 2. Одиночные залежи штокообразной, Т-образной и линзовидной формы (Жарлы-Аша, Бурибай, Озерное, Молодежное и др.); 3. Системы рудных линз, расположенных на одном стратиграфическом уровне (Юбилейное, Комсомольское и др.); 4. Системы рудных линз, расположенных на не- скольких стратиграфических уровнях (Гайское, Узельгинское, Левихинское, Джусинское). Линзовидную форму также имеют рудные тела колчеданных Месторождений Приорское и 50 лет Октября. Рудные залежи этих месторождений могут быть реконструированы как слабо разрушенные сульфидные холмы [214-216]; 5. Рудные залежи сложной формы, представляющие собой системы этажно-расположенных линз, соединенных общим стержнем - «шашлык»- (Ново-Сибайское, Ново-Шемурское); б.Системы пластообразных тел или уплощенных линз, образующие в совокупности фигуры типа «этажерок» или «воронок» (Акжарское, Осеннее). Так, главное рудное тело Весеннего медно-цинково-колчеданного месторождения, представляющее собой по форме комбинацию двояковыпуклой линзы и пласта, П.Ф.Сопко и др. [616] реконструируется как сульфидный холм; 7. Пластообразные рудные тела, расположенные на различных стратиграфических уровнях - месторождения Каракашского рудного района или, например, рудные залежи отрабатываемого ныне Летнего месторождения, имеющие форму пластов, наследующих неровности палеорельефа днища кальдеры [553]. Пластообразные рудные тела, расположенные на различных стратиграфических уровнях. Рудные тела ныне отрабатываемого
Осеннего месторождения аналогично образуют пластовые субгоризонтальные залежи пирит-халькопиритового состава со сфалеритом и магнетитом [605]; 8. Рудные тела различной, часто жилообразной и неправильной формы -Горная Байкара [615], Бакр-Тау, Балта-Тау [513, 514]. Рассматривая морфологию первичных недеформированных единичных колчеданных залежей, В.А.Прокин, И.Б.Серавкин и др. [516] выделяют пять групп рудных тел, различающихся формой и условиями происхождения: 1. Пластовые и пластообразные залежи; 2. Линзовидные залежи; 3. Рудные тела изометричной (сундучной, штокообразной и неправильной) формы; 4. Т-образные залежи; 5. Рудные тела жильной, изометричной и неправильной формы, образовавшиеся на субвулканическом уровне. Близкая к рассмотренной, но боле качественная систематика морфологических типов была разработана М.Б.Бородаевской, А.И.Кривцовым и Н.К.Курбановым [95, 96], выделившими также пять типов рудных залежей. Однако в классификации В.А.Прокина и др. [516] выделен широко распространенный линзовидный тип рудных тел, а крутопадающему типу секущих залежей внимание не уделено. Вместе с тем к последнему типу можно отнести рудные тела такого известного месторождения, как Кизил-Дере в Дагестане. Это месторождение досконально изучено И.А.Богушем [48, 80, 361] А.Г.Жабиным [224], М.М.Курбановым [360, 361, 538], Н.В.Резниковым [538], В.Г.Рыловым и В.Н.Труфановым [80] и другими исследователями.
Минеральный индивид как элементарная организационная геологическая структура
Иерархические соотношения вещественных объектов, исследуемых в рудной геологии, могут быть выражены рядом [354]: Земля-» литосфера-» рудная формация-» месторождение—» геологическое тело (рудная залежь) -» горная порода (руда) -» минерал-» (молекула-» атом). С учетом этого иерархического ряда, отработка геологического материала в рамках настоящей работы проводилась комплексно на нескольких уровнях организации геологических объектов с использованием апробированного [62, 92, 565] системного подхода: геологическая структура-» объект-» агрегат -» минерал.
Схема иерархической систематизации природного косного вещества была предложена О.С.Кочетковым [326, 327]. В ней выделяемый минеральный уровень организации планетарного вещества базируется на генетическом принципе Аристотеля и на принципе детерминизма в минеральном мире Земли, выдвинутым В.И.Вернадским и А.Г.Бетехтиным [31], Д.П. Григорьевым [173] и др. Аристотель подразделил материальный мир на минеральное, животное и растительное царства. Первое объединяло в себе все многообразие косного вещества Земли. Эта приоритетная позиция, как отмечает О.С.Кочетков, в корне отлична от более поздней позиции К.Линнея, отождествившего понятия «минерал» и «кристалл», понизившего и сузившего тем самым иерархический уровень минерального вещества в мироздании. В дальнейшем «минерал-кристалл» был поставлен на один уровень с некристаллическими природными веществами как равнозначные таксономические единицы [477, 641]. Подобное отождествление понятий «минерал» и «кристалл», как отмечает О.С.Кочетков (2004), укреплялось узкой направленностью практического применения и познания природного косного вещества. Оно выражалось в разработке методов диагностики и детального исследования преимущественно кристаллического вещества [327].
Минеральный индивид как "телесное образование", по выражению Д.П.Григорьева, является в полной мере носителем геологической информации на макро- и микроуровнях. Составные части минерала (молекулы, атомы) содержат информацию, которая уже не будет отличаться полнотой, необходимой для характеристики геологического объекта. Атом -объект более низкого иерархического уровня, предшествующего минералу. Подобные «кирпичики» называются [669] «элементарными ячейками уровней иерархии».
В топологическом отношении, как показывает Ю.А.Косыгин [323], геологическое пространство не является непрерывным, оно скорее дискретно, т.е. при достаточном сгущении точек наблюдения мы попадаем в тело кристалла или зерна, где сталкиваемся с минералогическими и кристаллографическими законами построения структуры, выходя, таким образом, за сферу геологических построений. Это позволяет считать, что минеральный индивид есть элементарный объект геологии.
По определению Н.П.Юшкина, [713], минеральный индивид является элементарной системой относительно автономного структурного уровня организации материи - минерального, специфику этого уровня составляют кристаллическое состояние вещества. Кристаллы и минералы есть характеристическая форма состояния твердых космических тел. Минералы есть наиболее древние создания Планеты, и они древнее самой жизни, как отмечает А.Г.Жабин, «кристаллы минералов есть характеристическая форма состояния твердых тел» [230]. В свете синергетических воззрений минерал можно назвать элементарной самоорганизующейся геологической структурой и элементарным информационным таксоном в геологии.
Количественные формы проявления латентной зональности колчеданных объектов
В практике геологических и технологических работ пирит является не только наиболее распространенным сульфидным минералом, но самым различным образом используется при прогнозе, поисках, разведке и технологиях переработки руд. Довольно пристальное внимание изучению пирита уделено В.А.Прохоровым [517, 518]. На важную роль пирита в формировании пространственной зональности околорудных ореолов колчеданных месторождений указывается в работах И.А.Богуша и др. [53, 61, 77, 119-121], Н.И.Еремина [204, 205], Н.З.Евзиковой и др. [197], Н.И.Еремина и Н.Е.Сергеевой [212], А.Г.Жабина, Н.С.Самсоновой и др. [237, 459, 559], В.В.Зайкова и др. [217], А.Г.Злотника-Хоткевича [263], В.Н.Логинова [384], А.И.Кривцова и др. [410], Н.В.Петровской [471], А.Я.Пшеничкина [523], В.И.Смирнова [593], Т.Н.Шадлун и др. [693], автора и др. [117, 119-121, 299], а также других исследователей [9, 23, 25, 91, 129, 150, 217, 546, 561, 645,653,748,761,800]. Пирит- доминирующий минерал гидротермально-осадочных ископаемых колчеданных месторождений, он слагает иногда практически весь объем рудной массы и в существенной степени определяет технологические свойства руд. В природных условиях пирит имеет широкий генетический спектр и сопровождает новообразованиями весь онтогенический цикл гидротермально-осадочного рудогенеза. Многофункциональная роль пирита проявляется в том, что пирит как минерал, сопутствующий всем сульфидным рудам, является прямым поисковым показателем последних. Поисковые качества минерала следуют из достаточно легкой визуальной диагностики самого пирита и продуктов его окисления в экзогенной обстановке. Поэтому для большинства сульфидных рудных тел пирит играет роль поискового ореольного минерала. На важное поисково-оценочное значение пирита указывают А.Г.Жабин и др. [459]: по химическому составу пирита выявляется рудная зональность, пирит - индикатор зональной структуры ореолов.
Пирит обладает широким спектром разнообразной минералогенетической информации, его типоморфные показатели дают возможность характеризовать как генетические позиции сульфидных руд и минерализации, так и проводить онтогеническии анализ оруденения; пирит является индикаторным минералом сульфидных руд, через показатели которого можно качественно и количественно прогнозировать скрытое сульфидное оруденение. В отдельных случаях залежи пирититовых (колчеданных) масс являются исходным сырьем для производства серы, железа и химической продукции. Пирит, благодаря геохимическим барьерным способностям, является концентратором типоморфных элементов в ореолах [459], это важнейшее свойство дает ему возможность концентрировать халькофильные элементы - Au, Ag, Со, Se, Те, Pt, Ni и др. - (табл. 3), содержание которых в пирите делают его промышленно ценным сырьем. заключены промышленно-ценные минералы. Характер срастания пирита с этими минералами, структурные особенности и физические характеристики пирита определяют технологические свойства руд. Отдельные кристаллические разности пирита используются для изготовления недорогих ювелирных изделий [608].
Геолого-минералогическая индикация может проявляться на двух уровнях, рассматриваемых системным подходом. Индикативным (или информативным, типоморфным) может быть наличие какого-либо минерала, и это увеличивает информативность геологической среды, элементом которой является указанный минерал. В другом случае типоморфными могут быть некоторые свойства или параметры минерала. Тогда увеличивается информативность системы «минерал» на уровне кристалла или агрегата. А.Г.Жабин и др. установили, что минералы-индикаторы околорудных ореолов обладают различной способностью сохранять свои первичные конституционные (структура+состав) свойства. К устойчивым относится чрезвычайно распространенный пирит, который содержит основную геохимическую информацию о рудных гидротермах [241]. По образному выражению Т.Н.Шадлун [691], пирит- именно тот минерал, который является свидетелем всех преобразований при метаморфизме; на качественном и количественном уровне он фиксирует эпигенетические трансформации [42, 525]. А.Г.Жабин показал, что зона развития вкрапленности пирита превышает по радиусу подрудные метасоматиты; при этом пирит как универсальный минерал-индикатор содержит основной объем информации о направлении из околорудного ореола в сторону рудного тела [229].
