Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Типы тальковых месторождений, методика исследования сырья 6
I.1 История изучения 6
I.2 Основные формации тальковых месторождений 10
I.3 Требования к сырью и его основные типы 14
I.4 Методика исследований 18
ГЛАВА II. Геология и минералого-петрографические особенности сыростанского месторождения 26
II. 1 История изучения района 26
II.2 Структурное положение 27
II.З Стратиграфия 30
II.4 Гипербазиты 31
II.5 Гранитоиды 31
II.6 Геологическое строение талькомагнезитовой залежи 33
ГЛАВА III. Минералого-петрографическая характеристика месторождения 42
III. 1 Минералого-петрографическая характеристика талькомагнезита 42
III.2 Минералого-петрографическая характеристика вмещающих пород 51
III.3 Минералогия залежи талькомагнезита 63
III.4 Последовательность минералообразования 97
ГЛАВА IV. Поведение элементов в процессе образования рудной залежи 101
IV.1 Поведение хрома 101
IV.2 Поведение никеля 104
IV.3 Общая характеристика миграции элементов 107
Заключение 110
Список литературы 112
- Основные формации тальковых месторождений
- Структурное положение
- Минералого-петрографическая характеристика вмещающих пород
- Поведение никеля
Введение к работе
Тальковое сырье является важным видом нерудных полезных ископаемых для складчатых поясов уральского типа. Разработка месторождений талька на Урале ведется с конца XIX века и обеспечивает потребности различных отраслей промышленности России. Интенсивные исследования строения и состава тальксодержащих залежей проводилась 30-40 лет назад. Были установлены основные черты строения месторождений, определен состав сырья, разработаны генетические классификации. Однако ряд вопросов остался открытым, в частности, минералогическая и геохимическая зональность залежей, этапы формирования тальксодержащих пород.
Сыростанское месторождение талькомагнезита, выбранное объектом исследований, является основным источником сырья для ОАО «Миасстальк». Единственным извлекаемым полезным компонентом является тальк. Между тем, магнезит, составляющий основную после талька долю в талькомагнезите, является достаточно ценным сырьем; исследование состава и распределения по типам руд позволяет судить о магнезите как о полезном компоненте. Талькомагнезит и исходный серпентинит содержат повышенные содержания хрома и никеля, что требует изучения их форм вхождения в минералы. Детальное расмотрение минерального состава пород рудного поля позволит прогнозировать качество руды в процессе разработки месторождения, дать рекомендации по более полному извлечению полезных компонентов. Изучение распределения минеральных компонентов и их химического состава позволит выяснить историю развития рудного тела.
Миасский талькоперерабатывающий комбинат был построен в 1925 году. Добытый и переработанный кустарным способом талькомагнезит использовался предприятиями Урала в качестве огнеупорного материала вплоть до 1931 г. В 1959 — 60 гг. комбинатом «Миасстальк» было проведено опробование талькомагнезита для определения возможности его использования в химической промышленности. Испытания проб дали положительные результаты и послужили основой для разработки и утверждения ГОСТ 9605-61 «Талькомагнезит молотый для производства инсектицидов». Строительство новой фабрики в п. Атлян в непосредственной близости от Сыростанского месторождения началось в 1964 г. и закончилось в 1986 г. Фабрика включает в себя несколько цехов: грубого размола, среднего измельчения и помола. Проектная мощность 500 тыс. т. в год. Помимо сыростанского сырья, продукты которого востребованы кровельной, химической и резинотехнической промышленностью, до недавнего времени на старой фабрике в г. Миасс также производилась переработка высококачественного сырья Онотского месторождения (Иркутская обл.) для медицинской и кондитерской отраслей.
Работы по минералогическому изучению талькомагнезитов Сыростанского ме-сторожения были инициированы в связи с необходимостью контроля качества сырья для нужд Миасского талькового комбината, а с 1999 года ведутся автором по теме «Новые и малоизученные минеральные ассоциации - критерии минеральной и металлоге-нической специфики метаморфитов и магматитов Южного и Среднего Урала» (государственный регистрационный номер 01.200.202521) в рамках раздела «Минералогия, петрография и формационное расчленение базит-гипербазитовых комплексов Южного Урала». Работа выполнена в Лаборатории физических методов исследования минерального сырья Института минералогии УрО РАН.
Основной целью работы являлось определение минералого-геохимических свойств талькомагнезитовых руд, как комплексного и практически безотходного природного сырья. При этом решались следующие конкретные задачи: 1) уточнение геологического строения месторождения и его минералогической зональности, 2) разработка методики рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА) для экспрессного минерального анализа руды и готовой продукции; 3) исследование минерального состава руд и его вариаций в пределах рудного тела, 4) определение минералов-носителей никеля и хрома, а также распределение этих элементов в талькомагнезите и вмещающих породах. 5) выделение стадий минералообразования залежи талькомагнезита.
Научная новизна проведенных исследований определяется следующими основными результатами: 1) Пополнены аналитические данные по основным минералам Сыростанского месторождения: получены кривые дифференциального термического анализа для основных минералов талькомагнезита - талька, магнезита и хлорита; детально изучен химический состав хлорита и магнезита с распределением по площади месторождения; исследованы хромшпинелиды месторождения и характер их распределения в руде и первичных серпентинитах. 2) Выявлены ранее не обнаруженные на Сыростанском месторождении собственные минералы никеля: миллерит и продукт его замещения - виоларит. 3) Прослежены пути миграции никеля и хрома при отальковании серпентинитов на Сыростанском месторождении. 4) Разработана оригинальная методика для проведения рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА), позволяющая контролировать минеральный состав тальковой руды и полученного концентрата. 5) Изучена степень постоянства минерального состава руды по площади Сыростанского месторождения.
Практическая ценность работы. Разработанная методика РКФА применяется ОАО «Миасстальк» при контроле качества поступающей руды и выходящей готовой продукции. Применявшиеся ранее методы исследования под микроскопом требуют трудоемкого изготовления шлифов и имеют локальный характер. Применение дорого стоящего химического анализа дает результаты, которые не всегда можно корректно интерпретировать. Метод РКФА позволяет быстро и одназначно определить минеральные составляющие и их соотношение в пробе. Выявленная в залежи зависимость содержания магнезита от степени приближенности к серпентиниту позволяет прогнозировать качество сырья в рудном теле.
Основные защищаемые положения:
1. Формирование залежи талькомагнезитов Сыростанского месторождения происходило в среднем-позднем карбоне в три стадии: в начальной стадии происходи ло образование талька и магнезита по сети трещин в серпентинитах; в средней стадии происходило массовое формирование талькомагнезитов и общая хлоритизация с пред полагаемой температурой 450 - 500 С; а на заключительной стадии образовывались трещины отрыва на контакте между реликтовым серпентинитом и вновь образованным талькомагнезитом с выполнением полостей благородным тальком и магнезитом.
2. Залежь талькомагнезита сформировалась в результате метасоматоза суженной части гипербазитовой пластины и заключена среди сланцев, что обеспечило повышенную концентрацию гидротерм при образовании талькомагнезита в дислоцированных серпентинитах. Талькомагнезиты характеризуются незначительными вариациями минерального состава в объеме залежи, выраженными, главным образом, в увеличении доли хлорита от лежачего бока к висячему с 5 до 10 %.
3. Метасоматоз ультрабазитов на Сыростанском месторождении приводит к практически полному изменению форм нахождения никеля и хрома. Никель переходит из сульфидной формы (миллерит) в силикатную (изоморфная примесь в тальке). Хром при разложении реликтовых хромшпинелидов концентрируется в хлорите.
4. Разработана оригинальная методика для проведения рентгеновского количественного фазового анализа (РКФА) применительно к тальковому сырью, которая позволяет оперативно контролировать минеральный состав руды и готовой продукции.
Фактический материал собран автором во время полевых работ 1991- 99 гг., а также предоставлялся Миасским тальковым комбинатом. Рентгеновский анализ был основным методом исследования, и в процессе работы было сделано порядка 900 по-рошкограмм, включая дебаеграмы. Также изучено около 100 прозрачных шлифов, выполнено и обработано порядка 90 микрозондовых и 20 термических анализов. Исследования проводились как на материале проб, так и на монофракциях из этих пород. Химический анализ тальков методом «мокрой химии» проводился в лабораториях ОАО «Миасстальк» Р. Т. Зайнуллиной; было выполнено порядка 20 анализов. Выполнено порядка 60 анализов методом атомной адсорбции в химической лаборатории Института минералогии УрО РАН, аналитик - М. Н. Маляренок. Мессбауровская спектроскопия сделана в Лаборатории экспериментальной минералогии и физики минералов Института минералогии УрО РАН, аналитик - А. Б. Миронов. Все остальные виды исследований вьтолнены в Лаборатории физических методов исследования минерального сырья Института минералогии УрО РАН автором и В. А. Котляровым.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на совещаниях «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 1998, 2001, 2002), «Минералогические музеи в XXI веке» (С.-Петербург, 2000), изложены в 6 публикациях (монографии, путеводителе экскурсии по тальковым месторождениям Урала, 3 статьях и тезисах доклада), а также отражены в информационных записках для ОАО «Миасстальк».
Благодарности. Работа выполнена в Институте минералогии УрО РАН под руководством профессора, доктора геол.-мин. наук В. В. Зайкова, которому автор искренне признателен за всестороннюю помощь. Автор благодарен за советы, консультации и критические замечания А. Б. Макарову (УГГА) и Е. В. Белогуб (Имин УрО РАН). Автор выражает признательность начальнику ОТК ОАО «Миасстальк» Р. Т. Зайнуллиной; сотрудникам Имин УрО РАН В. А. Котлярову, И. В. Синяковской, О. Л. Заушициной, И. Ю. Мелекесцевой, Р. 3. Садыковой, М. Н. Маляренок, А. Б. Миронову за помощь в аналитических исследованиях и оформление работы.
Основные формации тальковых месторождений
Большинство тальковых месторождений Урала связано с гипербазитами. Особенно много их в Миасском тальковом районе, который охватывает часть Челябинской области и территории Башкортостана. Существует также Сысертский район в Свердловской области, а также районы развития тальковых месторождений: Режевский, Ишановский, Джетыгоринский, Магнитогорский.
Формации тальковых месторождений описаны согласно классификации И. Ф. Романовича (1963), в основу которой положен характер среды, зависящий от ли-тологического состава исходных пород, а также тип метаморфизма, приведший к таль-кообразованию. В описании используются более поздние сведения, приведенные И. Ф. Романовичем (1973), а также данные Г. Н. Безрукова (1962). Последние сведения по тальковым месторождениям Урала приведены В. Н. Огородниковым и др. 2000.
Талькиты апоультрамафитовые. Месторождения такого типа широко развиты и представлены железистыми стеатитами и железистыми тальковыми сланцами. К этому типу относится месторождения Миасского талькового района железистых талькитов и талькового камня. Стеатиты располагаются на контактах ультрамафитов с более молодыми гранитоидами. Тальковые сланцы локализуются на контактах ультрамафитов с вмещающими серицит-хлорит-кварцевыми, углисто-кремнистыми сланцами или на контакте с ксенолитами этих сланцев внутри тел ультрамафитов. Оталькованию подвергаются не только ультрамафиты, но и высококварцевые сланцы. Кроме тальковых сланцев руды месторождений представлены также слабо рассланцованными стеатитами, тальк-хлоритовыми и тальк-карбонатными разностями. Качество сырья различное. В среднем белизна составляет 70.4 %. Состав тальковых сланцев Пугачевского месторождения (Романович, 1973) следующий: Si02 - 57.22, AI3O3 - 2.33, Fe203 - 5.67, MgO - 28.62, CaO - 0.37. В составе железистых талькитов кроме талька установлены хлорит, брейнерит и другие карбонаты, серпентин, магнетит, пирит, кварц. Тальковые залежи слагают линзы, жилы сложной формы. Эти месторождения образуются под воздействием гидротермальных растворов на ультрамафиты. В Миасской тальковой провинции к ним относятся Кирябинское, Козьмо-Демьяновское, Пугачевское месторождения.
Тальк-хлоритовые руды. Руды этого типа месторождений состоят из талька и хлорита примерно в равных соотношениях, также в них присутствуют карбонаты, актинолит, рудные минералы. Химический состав карельских руд (месторождение
Турган-Койван-Аллуста): Si02 - 42.75, AI3O3 - 8.05, Fe203 - 4.17, FeO - 7.84, MgO -13.08, CaO - 4.66. Залежи имеют преимущественно линзообразную форму. Мощность составляет десятки, а протяженность — сотни метров. Месторождения этого типа связывают с метаморфизмом ультрамафитов габбро-дунит-пироксенитовой формации. Среди руд месторождений этого типа выделяют следующие разности: хлорит-тальковые, тальк-хлоритовые и карбонатно-тальк-хлоритовые. Карбонат, представленный в основном брейнеритом, составляет в среднем 15 — 20 % от состава руд; в небольшом количестве имеются доломит и кальцит. В рудах также отмечаются кварц, серицит, актинолит, серпентин, биотит, и рудные минералы — пирит, пирротин, магнетит, гематит. Средние содержания талька порядка 35 %. На контактах залежей с гранитами местами развиваются зоны хлорит-актинолитовых сланцев.
Талькомагнезитовые руды. К этому типу месторождений относятся Шабров-ское в Свердловской и Сыростанское в Челябинской области. Также эти руды образуют отдельные участки на месторождениях железистых талькитов (Медведевское месторождение в Миасском районе). Талькомагнезитовые руды состоят из железистого талька, составляющего порядка 50 - 60 %, карбонатов, хлорита, актинолита и других минералов. Средний состав шабровских руд (Романович, 1973) следующий: Si02 - 30.45, AI3O3 - 1.28, Fe203 - 2.62, FeO - 4.12, Ті02 - следы, MnO - 0.26, Cr203 - 0.16, Ni - 0.20, MgO - 34.78, CaO - 0.51, H20 - 3.01. Мощность талькомагнезитовьгх залежей может составлять десятки и первые сотни метров, протяженность - сотни метров и километры. Месторождения связаны с метаморфизованными гипербазитами, залегающими согласно среди углисто-серицит-кварцевых сланцев. Гипербазиты перешли в серпентиниты и тальк-карбонатные породы. Верхняя часть рудной залежи интенсивно выветрена и превращена в глиноподобные породы, которые ниже переходят в тальк-карбонатную дресву, окрашенную гидроокислами железа в бурый цвет, а еще глубже дресва сменяется плотными тальк-карбонатными рудами. Плотные тальк-карбонатные руды являются основной рудой этого типа месторождений и имеют светло-серую окраску. Руды слабо рассланцованы, местами имеют прожилки карбонатов и талька. Форма рудной залежи на месторождениях этого типа бывает линзовидная или пластообразная.
Тальк-хлоритовые сланцы. Руды этого типа месторождений низкосортны и возникают за счет осадочных, эффузивно-осадочных и эффузивных пород. В Миасском районе эти руды слагают крупные залежи мощностью в десятки и сотни метров и протяженностью до первых километров. В состав руд входят тальк, хлорит, карбонаты, кварц, плагиоклаз, тремолит, актинолит, серицит, магнетит, рутил, турмалин. К этому типу относится Урал-Дачское месторождение, имеющее следующий химический состав (Безруков, 1962): Si02 - 48.16, AI3O3 - 7.22, Fe203 - 8.07, MgO - 22.78, CaO - 4.39. Образование этих месторождений происходит при региональном и контактовом метаморфизме. Вследствие низкосортности руд этого типа месторождений их можно использовать лишь в качестве наполнителей для ядохимикатов, а также в кровельной и в других отраслях промышленности, не требующих сырья высокого качества.
Апомагнезитовые талькиты. Это, в основном, высококачественные маложелезистые и малокальцевые стеатиты, реже тальковые сланцы. Типичным представителем является Онотское месторождение. Тальк слагает сложной формы линзы, жилы, реже штоки. Тальковые руды развиваются как по магнезитам, так и по вмещающим гранитоидам, при этом в талькитах в повышенном количестве присутствуют хлорит и кварц. В рудах этой формации содержатся также магнезит, доломит, кальцит, хлорит, серпентин, кварц, сульфиды и магнетит. В рудах встречается гематит, дающий красную окраску стеатиту. Онотские талькиты (Романович, 1973) имеют белизну 65 — 90 %, химический состав: Si02 - 59.77, AI3O3 - 1.85, Fe203 - 0.28, FeO - 1.43, Ті02 - 0.2, MnO -0.05, Сг20з - 0.009, Ni - следы, MgO - 33.92, CaO - 0.43. Формирование месторождения связывают с воздействием гранитоидов на магнезиальные карбонатные породы.
Аподоломитовые талькиты, представленные маложелезистыми тальковыми сланцами, встречаются чаще апрмагнезитовых. Состав типичного для этого типа Светлоключевского месторождения (Романович, 1973): Si02 - 52.52, AI3O3 - 2.19, Fe203 - 0.60, FeO - 0.22, Ті02 - 0.23, MnO - 0.016, Cr203 - нет, Ni - нет, MgO - 26.37, CaO -6.69, Na20 - 0.46, K20 - 0.44, H20 — 0.44. Сланцы слагают залежи сложной формы мощностью до первых сотен метров и протяженностью до первых километров. Месторождения часто располагаются на контакте гранитоидов и доломитов. В экзокон-такте интрузии по мере удаления от нее для этого типа месторождений установлены следующие зоны: 1 - диопсидовая, 2 - тремолитовая, 3 — тальковая, 4 - слабо оталько-ванные карбонатные породы, 5 — карбонатные породы. Сырье месторождений такого типа в подавляющей массе требует обогащения, так как содержит заметную примесь карбонатов, повышающих содержание вредной для керамической промышленности окиси кальция. От этого недостатка избавлены верхние слои залежей. Подавляющая масса талькитов имеет серую окраску, не желательную для лакокрасочной и ряда других отраслей промышленности.
Маложелезистые порошковатые тальковые руды. Месторождения образуются при выветривании оталькованных доломитов. К этому типу относятся Алгуйское и Киргитейское месторождения. Руды рыхлые и состоят из чешуек и сростков чешуек талька, присутствуют также глинистые минералы, хлориты, тремолит и другие. Алгуйские руды имеют следующий химический состав (Романович, 1973):
Структурное положение
В структурном отношении район Сыростанского месторождения талькомагнезита принадлежит к зоне мегамеланжа Главного Уральского разлома (ГУР) (рис. П.2.1 и П.2.2). В этой структуре тектонически совмещаются метаморфические породы верхнего протерозоя (зона Уралтау), палеозойские вулканогенно-осадочные комплексы (Возне-сенско-Присакмарская и Западно-Магнитогорская зоны), а также многочисленные тела альпинотипных гипербазитов (Кораблев и др., 2000ф; Петров, 2002ф и др.). Тектоническое районирование территории сталкивается с определенными сложностями, которые вызваны интенсивной дислоцированностью и динамометаморфизмом пород.
Работами ГДП-200, выполненными московскими специалистами ГУП «Аэрогеология» в 2000-2002 гг., полоса шириной 5-10 км, к которой приурочено месторождение, выделена в зону серпентинитового мегамеланжа, а в примыкающих с запада породах Уралтау выделена зона бластомилонитизации. Однако, присутствие в этой полосе довольно мощных толщ слабодислоцированных пород, которые можно проследить на большие расстояния по простиранию (до 15-20 км), позволяет определить блоки, принадлежащие Уралтау и Вознесенско-Присакмарской зонам (Петров, 2002ф). Согласно такому разделению, район Сыростанского месторождения талька относится к Вознесенско-Присакмарской зоне.
Зона Уралтау представлена метаморфизованными в амфиболитовой фации терригенно-осадочными породами верхнего протерозоя. Непосредственно к северо-западу от месторождения развиты кристаллические сланцы (с гранатом, ставролитом, графитом), мрамора, слюдяные кварциты. Данные породы выделяются в уреньгинскую свиту R.2Mr. Сыростанский гранитный массив имеет непосредственные контакты с породами этой свиты к северу от месторождения (см. рис. П.2.2).
В Вознесенско-Присакмарской зоне преобладают вулканогенно-осадочные породы. Снизу вверх выделяются поляковская свита Оитрі, представленная хлорит-серицитовыми сланцами и песчаниками с подчиненным количеством метаконгломера-тов, метабазальтов, хлорит-кремнистых сланцев. Возраст поляковской свиты определен по находкам конодонтов в Западно-Магнитогорской зоне к югу от Сыростанского месторождения как нижний-средний ордовик (Петров, 2002ф). Породы метаморфизо-ваны в зеленосланцевой фации, подвержены пирометаморфическим и динамомета-морфическим изменениям.
Силурийские и девонские отложения Вознесенско-Присакмарской зоны представлены углисто-кремнистыми и углисто-глинистыми сланцами сакмарской свиты S \sk, полимиктовыми конгломератами, песчаниками и мраморами туратской свиты Dj. 2tr, базальтами, андезитами и их вулканокластическими разностями кульбердинской свиты T 2kd.
Выше по разрезу со стратиграфическим несогласием залегают углисто-глинистые, углисто-карбонатные сланцы и мрамора визейского яруса нижнего карбона. Породы сопоставляются с кизильской свитой Ci.2V kl.
Западно-Магнитогорская зона представлена палеозойскими вулканогенно-осадочными породами и известняками. В основании располагаются базальты и вулканогенно-осадочные породы поляковской свиты 0\.гр1- На них залегают вулканомикто-вые отложения ирендыкской свиты Di-2i , которая перекрывается вулканогенно-осадочной толщей среднего-верхнего девона — нерасчлененной карамалыташской и улутауской свитами Dikr-Di.yul. На этих породах залегает мукасовский горизонт сили цитов D mv. Выше наблюдаются нижнекаменноугольные породы визейского яруса С]. 2V kl, которые представлены известняками и известково-глинистыми породами.
Сыростанское месторождение приурочено к одноименному гипербазитовому массиву, который слагает тектоническую пластину среди палеозойских отложений. Мощность пластины первые сотни метров, протяженность несколько километров. На севере массив соединяется с Тургоякским, а на юге с Верхне-Иремельским и Нуралин-ским массивами (см. рис. И.2.1). Сыростанский массив, так же как и другие гипербази-товые массивы ГУРа (Золотогорский, Сугомакский, Таловский) имеет офиолитовую природу. Их возраст оценивается как ранний ордовик (Кораблев и др., 2000ф). Практически все тела гипербазитов в той или иной мере серпентинизированы, к ним приурочены листвениты, а также многочисленные тальковые и золоторудные проявления.
Сыростанский гипербазитовый массив представлен апогарцбургитовыми, реже — аподунитовыми антигоритовыми и лизардитовыми серпентинитами. Контакты гипербазитов с вмещающими породами — тектонические по зонам рассланцевания и меланжа с пестрым составом будин. Непосредственно в Сыростанском карьере в ряде случаев взаимоотношения серпентинитов и вмещающих углистых сланцев затушеваны наложенным метасоматозом. В северной части Сыростанского карьера можно наблюдать будины углисто-известковистых сланцев, окаймленных доломитовыми метасоматитами в массе рассланцованных талькомагнезитовых пород.
В районе месторождения находится два гранитных массива - Сыростанский Сг-3sr и Атлянский Сг-за, принадлежащие к габбро-монцодиорит-гранитной формации (сыростанский комплекс). Массивы многофазны: первая фаза габброидная, вторая (основная) — гранодиоритовая, третья — гранитная.
Сыростанский массив расположен к северу от месторождения. В плане он имеет округлую форму (размеры 11 х 12 км, площадь 120 км ). Большая часть массива представлена гранодиоритами, в центре наблюдаются граниты и трондьемиты. Экзоконтак-товые изменения проявлены довольно слабо. Во вмещающих сланцах отмечены роговики и скарнированные известняки.
Породы первой фазы представлены габброидами — от мелкозернистых с диабазовой структурой до крупно- и гигантозернистых, амфиболизированных. Габброиды слагают серию тел размером до нескольких десятков метров и занимают незначительный объем. Среди габброидов выделяются участки монцонитов, кварцевых монцонитов и диоритов. Породы второй фазы представлены гранодиоритами и биотитовыми гранитами. Более основные разновидности приурочены к периферии плутона, более кислые — к центру (см. рис. П.2.2). Третья фаза массива представлена дайками различной мощности и состава - от ультракислого (аплиты) до среднего (диорит-порфириты) и основного (микродолериты). Наиболее ранние отличаются невыдержанной мощностью, неровными контактами и отсутствием зон закалки, что, по-видимому, объясняется внедрением расплава в вязкий, не полностью раскристаллизованный субстрат. Более поздние тела имеют резкие ровные контакты и, по-видимому, заполняют контракционные про-тотектонические трещины (Структурное..., 2003).
В составе Атлянского массива преобладают биотитовые граниты с подчиненным количеством более основных разностей.
Изменения пород сыростанского комплекса обычны для габброидов и гранитои-дов: соссюритизация и серицитизация плагиоклаза, хлоритизация железо-магнезиальных минералов, лейкоксенизация сфена, развитие вторичного альбита, мусковита, кварца и эпидота.
Минералого-петрографическая характеристика вмещающих пород
Серпентиниты имеют площадное распространение, внутри рудной залежи они образуют оталькованные «останцы» в виде линз различных размеров и представляют собой плотную породу без определенной системы трещиноватости. По внешнему виду и физико-механическим свойствам серпентиниты резко отличаются от талькомаг-незитов.
Структура породы — порфиробластовая, текстура — массивная. Породообразующими минералами серпентинитов участка месторождения являются серпентин (в основном, антигорит), карбонат и тальк (табл. 10). Как видно из результатов рентгено-фазового анализа, основную часть породы составляет серпентин, а тальк и карбонат имеют подчиненное значение. Карбонатная часть серпентинитов представлена исключительно магнезитом, встречающимся в виде скоплений неправильной формы зерен. В зернах магнезита часто наблюдаются мелкие листочки антигорита и выделения неправильной формы рудных минералов, которые представлены магнетитом, пиритом, минералами никеля, хромитами.
Первоначальных материнских породообразующих минералов (оливина и пироксена) в серпентинитах из останцов, залегающих непосредственно в талькомагнези-тах, не обнаружено, тогда как в юго-восточной части района месторождения наблюдаются реликты оливина и пироксена, почти нацело серпентинизированные.
Серпентин обычно образует игольчатые, чешуйчатые или игольчато-сноповидные агрегаты и по своей структуре может быть отнесен к антигориту. Индивиды антигорита в породе распределены без всякой закономерности, а в некоторых образцах можно видеть игольчато-сноповидные агрегаты, представленные псевдоморфозами талька по антигориту (Рис. ЇЇ.2.1). Общий минералогический состав серпентинитов на основе РКФА представлен в таблице 11.
Как видно из расчетов содержания минералов, «останцовые» серпентиниты также подверглись оталькованию, только изменению подверглась примерно одна пятая часть породы. Соотношение содержаний талька к магнезиту в серпентините ( 1:1) идентично соотношению этих минералов в талькомагнезите.
Интересен контакт серпентинита с талькомагнезитом. В литературе (Соколовский, 1962ф; Романович, 1973) описан постепенный переход талькомагнезита в серпентинит, однако, нигде не указываются масштабы этого перехода. На наш взгляд, контакт является достаточно резким, и вся приконтактовая зона с обеих сторон имеет мощность в среднем порядка 20 см. Контакт серпентинита с талькомагнезитом изображен на рисунке II.2.2, где видно, что наибольшие контактовые изменения присущи талькомагне-зиту, тогда как со стороны серпентинита изменений практически не наблюдается. Сам контакт выполнен крупночешуйчатым (до 10 см) благородным тальком зеленого цвета с мономинеральными, до 10 см, образованиями магнезита. Магнезит имеет форму линз, вытянутых вдоль контакта, и присутствует как в талькомагнезите, так и в серпентините. В зоне контакта часто можно наблюдать развитие талька по трещинам в серпентините. В этом случае центральная часть трещины выполнена благородным крупночешуйчатым тальком, а по периферии идет маломощная, до 5 см, зона талькомагнезита, в состав которой входит мелкочешуйчатый тальк зеленого цвета и магнезит.
Приведенный состав серпентинита (см. табл. 10) отвечает валовому содержанию минеральных составляющих в пробе без учета особенностей их распределения и структурных особенностей породы. При детальном рассмотрении выясняется, что большая часть талька и магнезита приурочена к мелким трещинкам, рассекающим серпентинит. На это указывает и габитус магнезита, который представлен исключительно пластинчатыми образованиями. При изучении неизмененных внешне серпентинитов (массивных нетрещиноватых и без тальк-карбонатных прослоек) установлено, что процесс оталькования развит в них в гораздо меньшей степени, и состав серпентинита в этом случае получается следующий: серпентин - 90 %, тальк - 5 % и магнезит — 5 %. Все это еще раз подчеркивает контролирующую роль трещиноватости породы в процессе оталькования.
Зеленые сланцы находятся в западной части участка месторождения и подстилают лежачий бок продуктивной залежи. Характерной особенностью сланцев является полное отсутствие магнетита в породе. Минеральные ассоциации этих сланцев целесообразно рассматривать по визуально выделяющимся разностям: сланцы из южной части отрабатываемого участка, сланцы из северной части без следов перемятости и сланцы сильно перемятые. Следует учесть, что в средней части карьера находится крутопадающее разрывное нарушение, фиксирующееся только в западной стенке карьера.
Поведение никеля
Никель также принадлежт к группе железа. Как и большинство элементов, в процессе минералообразования никель может иметь несколько валентностей в зависимости ется двухвалентный никель. Геохимическое поведение никеля определяется сходством этого элемента с железом и магнием.
На Сыростанском месторождении никель считался полезным сопутствующим компонентом, в связи с чем «Уралмеханобр» (Пантелеева, Кураев, 1988ф) провел работы для определения возможности попутного извлечения никеля из талькомагнезита. Несмотря на повышенное содержание никеля в талькомагнезите, достигающее 0.2 %, его извлечение оказалось невозможным в связи с отсутствием собственной минерализации и вхождением никеля в виде изоморфной примеси в тальк. В дальнейшем исследования, связанные с никелем, не проводились.
На Сыростанском месторождении автором были отобраны пробы талькомагнезита и вмещающих пород. Пробы (по 10 проб для каждой разновидности) были взяты как из южной части карьера, так и из северной из коренных выходов для выявления закономерности распределения никеля по площади месторождения. С целью установления характера вхождения никеля в минералы, пробы талькомагнезита и серпентинита разделялись на несколько фракций, исходя из разницы в удельном весе. Минералогический состав каждой фракции контролировался рентгенофазовым анализом. В результате разделения вьщелились тальк-хлоритовая, тальк-хлорит-магнезитовая и тяжелая магнетитовая фракции. Разделение вмещающих пород по фракциям не проводилось. Полученные пробы анализировались рентген-флюоресцентным методом, результаты приведены в таблице 35.
Из данных таблицы видно, что наибольшая концентрация никеля приходится на "останцовый" серпентинит, а наименьшая — на талькомагнезиты. Так же, как и в случае с хромом, углистые сланцы имеют повышенное содержание никеля по сравнению с хлорит-серицитовыми сланцами, в которых никель практически отсутствует.
Наиболее вероятное объяснение этому явлению можно дать, исходя из особенностей/ органического вещества, содержащегося в углистых сланцах, которые ведут себя как своего рода концентраторы таких элементов как хром и никель.
Характер распределения никеля по разновидностям талькомагнезита показывает его преобладание в наиболее рассланцованных породах, что можно напрямую связать с более интенсивной циркуляцией гидротермальных растворов по породам с повышенной трещиноватостыо. Площадное распространение никеля — равномерное, с учетом рассланцованности рассматриваемых участков. В талькомагнезитах никель также неравномерно распределен по фракциям. Большая концентрация приходится на тальк-хлоритовую фракцию, а затем заметно уменьшение содержаний никеля через обогащенную магнезитом фракцию к тяжелой. Увеличение концентрации в тяжелой фракции, лишенной магнетита, вполне естественно, учитывая наличие в ней миллерита и виоларита, но массовая доля такой фракции крайне мала и составляет десятые доли процента от общего веса пробы. Из этого можно заключить, что основная часть никеля заключена в тальк-хлоритовой фракции. Из приведенных в предыдущих главах данных о составах минералов месторождения (см. табл.13, 15) видим, что ни хлорит, ни магнезит не содержат никеля, соответственно, он практически весь содержится в тальке.
Отдельно следует рассмотреть зону контакта талькомагнезита с серпентинитом. Ранее уже детально описывался ее минералогический состав, мощность и особенности. Учитывая, что в магнезите никель отсутствует, а при исследовании сульфидов были обнаружены только безникелевые пириты, остается сделать вывод, что вся концентрация никеля приходится на благородный тальк. Повышенные значения никеля в зоне контакта по сравнению с аналогичными фракциями из талькомагнезита и серпентинита можно объяснить отсутствием в этих пробах хлорита. Как бь шо показано, хло-рит не содержит никель, и его присутствие в пробе разубоживает никелевую концентрацию. Здесь же следует сказать о форме вхождения никеля в тальк и его поведении в процессе оталькования. В предыдущей главе была показана зависимость окраски талька от степени нагревания, приведена кривая дифференциального термического анализа, из чего было сделано предположение о присутствии в благородном тальке двухвалент- ного никеля, в то время как в основной массе руды никель имеет более высокую валентность, вероятнее всего три. .
Распределение никеля в серпентините несколько отличается от его распределения в контактовой зоне и талькомагнезите. Сопоставляя данные по фракциям и, учиты вая, что в серпентините содержание тяжелой фракции на порядок больше, чем в таль-комагнезите, можно предположить большую концентрацию никеля в сульфидной форме (миллерит) и распределение остального в тальк-серпентиновой массе (хлорит в серпентините отсутствует). Микроскопические размеры выделений талька в серпентините не позволяют судить по их цвету о валентности присутствующего в нем никеля. Остается предполагать все-таки двухвалентную форму, учитывая слабую степень оталько-ванности серпентинитов.
В заключение следует сказать, что в процессе оталькования серпентинитов происходил вынос никеля с почти полным его перераспределением из сульфидной формы (миллерит) в силикатную (изоморфная примесь в тальке), где он замещает магний, с частичной концентрацией в виоларите. Миграция никеля проходила в двухвалентной форме и началась при достаточно низких температурах. Появление хлорита начинается при более высоких температурах, ориентировочно выше 300 С. Одновременно с этим из оставшихся сульфидных форм происходит образование галогенного виоларита. Принимая во внимание экспериментально полученную максимальную температуру его образования — 461 С (Боришанская и др., 1988), можно предположить, что при дальнейшем повышении температуры значительной миграции никеля уже не происходило, а шло образование хлорита с перераспределением хрома в породе. Таким Образом, часть никеля в процессе оталькования вошла в виде двухвалентной изоморфной примеси в тальк при сравнительно низких температурах - до 280 С, а в дальнейшем этот никель остался в тальке, перейдя в трехвалентное состояние. Часть никеля была вынесена за пределы рудного поля и сконцентрировалась в перекрывающих таль-комагнезиты углистых сланцах, вероятно, сорбированная органическим веществом.
Изучение минерального состава талькомагнезитов, серпентинитов и вмещающих пород Сыростанского месторождения, а также сравнение химического состава исследованных минеральных видов в различных ассоциациях позволило рассмотреть поведение некоторых элементов в процессе оталькования серпентинитов.
Для рассмотрения поведения хрома были сделаны химические анализы различных пород месторождения, которые показали уменьшение содержания хрома от серпентинитов к талькомагнезитам. Перекрывающие их углистые сланцы характеризуются минимальным содержанем хрома. Автором исследовались хромшпинелиды в серпентините и талькомагнезите, а также другие минералы-носители хрома в различных ассоциациях. Выше было показано, что процессе оталькования хромшпинелиды были
