Содержание к диссертации
Введение
1. История изучения вопроса 6
2. Условия становления и строение ультраосновных альпинотипных массивов 11
2.1. Геодинамика становления и геолого-структурное положение изученных объектов. 11
2.2. Строение рудоносных ультраосновных массивов в складчатой зоне Урала 14
2.3. Петрографическая характеристика пород 17
2.3.1. Ллапаевский массив 18
2.3.2. Верблюжьегорский массив 20
2.3.3. Верхнейвинский массив 22
2.3.4. Общие закономерности петрографического состава альпинотипных ультраосновных массивов 25
2.3.5. Баланс вещества при оливинизации 31
2.3.6. Изучение породообразующих минералов ультраосновных массивов... 35
3. Морфология и состав промышленных хромитовых руд 41
3.1. Верхнейвинский массив 43
3.2. Алапаевский массив 47
3.3. Верблюжьегорский массив 52
3.4. Закономерности состава рудных и акцессорных хромшиинелидов 55
3.5. Тектонический контроль рудных тел 64
3.6. Форма и структурно-текстурные особенности хромитовых руд 66
4. Условия формирования и метаморфизма хромитовых руд 76
4.1. Оценка РТ условий становления и последующего метаморфизма пород и руд 76
4.1.1. Определение температур формирования хромитовых руд 76
4.1.2. Декрипитация и газовая хроматография хромитовых руд и вмещающих ультраосновных пород 80
4.1.3. Определение температур формирования хлорита на основе хлоритового геотермометра 88
4.1.4. Железистость хромшпинелидов как показатель степени метаморфизма 90
4.2. Влияние метаморфизма на состав хромитовых руд 94
4.2.1. Влияние процессов высокотемпературного метаморфизма 95
4.2.2. Специфика низкотемпературного (водного) метаморфизма 106
4.2.3. Зависимость степени метаморфизма от густоты вкрапленности хромитовых руд 111
4.2.4. Акцессорные минералы хромитовых руд 113
4.2.5. Зональность рудных тел по составу хромшпинелидов 117
4.2.6. Причины метаморфизма хромитовых руд 123
4.2.7. Другие виды метаморфизма хромитовых руд 126
4.3. Промышленное использование хромитовых руд 127
4.4. Общая схема эволюции хромитового оруденения в альпинотипных ультрабазитах Урала 130
Заключение 132
Список литературы 138
Приложение 155
- Строение рудоносных ультраосновных массивов в складчатой зоне Урала
- Общие закономерности петрографического состава альпинотипных ультраосновных массивов
- Закономерности состава рудных и акцессорных хромшиинелидов
- Декрипитация и газовая хроматография хромитовых руд и вмещающих ультраосновных пород
Введение к работе
Диссертация посвящена вопросам установления условий формирования и особенностей различных типов хромитовых руд Алапаевского, Bepx-ІІейвинского и Всрблюжьегорского ультраосновных альпннотипных массивов Урала.
Актуальность работы. Дефицит хромитового сырья в России в последнее десятилетие резко повысил интерес к данному виду полезных ископаемых. В настоящее время остается много вопросов, связанных с происхождением хромитов, их устойчивости к вторичным преобразованиям, рациональным методам поисков месторождений. Предлагаемая работа рассматривает вопросы формирования альпннотипных ультраосновных массивов и связанного с ними хромитового оруденения.
Цели и задачи исследований. Работа посвящена двум основным целям: установлению генезиса и условий формирования различных типов хромитового оруденения изученных массивов и характеристика вторичных, метаморфических процессов изменений хромшпинелидов. Итогом служило построение схемы этапов М) формирования и эволюции состава хромшпинелидов с детальной характеристикой каждого выделенного этапа. Помимо того, в результате исследований оказалось возможным описать некоторые общие закономерности изменения состава ультраосновных пород и хромшпинелидов. В процессе работы решались следующие задачи: 1. детальная характеристика условий залегания рудных тел, описание их структурно-текстурных особенностей, характеристика вмещающих ультраосновных пород; 2. статистический анализ минерального состава пород и руд; 3. использование ряда геотермометров, методов декрипитации и газовой хроматографии для установления температур формирования и вторичных преобразований руд; 4. характеристика, на основании всего комплекса данных, процессов метаморфизма хромитов и построение единой схемы эволюции состава хромшпинелидов.
Фактический материал, положенный в основу исследований. Материал для
исследований отбирался в течение полевых сезонов с 2002 по 2004 гг. главным
образом на Верблюжьегорском, Верх-Нейвинском и Алапаевском массивах. Помимо
. тою, привлечен обширный материал, полученный в результате проведения полевых
работ в 2000-2001 гг. на Халиловском массиве и некоторый объем литературных
данных. Все полевые работы проводились Хромитовой группой Уральского , ,, государственного горного университета, под руководством проф. И.А. Малахова.
Автором изучены 400 аншлифов и 500 шлифов, получены 150 микрозондовых определений состава хромшпинелидов и 50 - других минералов. Изучено 50 полированных штуфов с целью установления структурно-текстурных особенностей руд. На базе оливин-хромшпинелидовых и хлоритового геотермометров получено более 30 определений температур формирования и метаморфизма руд. Методами декрипитации и газовой хроматографии изучено 8 образцов ультраосновных пород и хромитовых руд, для 4 образцов проведена гомогенизация газово-жидких включений (ГЖВ) породообразующих минералов.
Основные защищаемые положения
1. Глиноземистые хромитовые руды, в изученных массивах сингенетически
связанные с реститогенными первичными гарцбургитами, характеризуются
высокотемпературной природой и глубинно-мантийным происхождением.
2. Высокохромистые руды связаны с формированием эпигенетических
полосчатых комплексов: дунит-гарцбургитового, возникшего при прохождении
п. процессов оливинизации первичных гарцбургитов нижних горизонтов массивов и дунит-клипопироксенитового, образовавшегося в верхних горизонтах под воздействием габброидов.
3. В постмагматических условиях акцессорные и рудообразующие
хромшпинелиды подвержены двум главным процессам вторичных изменений:
высокотемпературному метаморфизму, сопровождающемуся увеличением
хромистости и железистости минерала вплоть до формирования чистого хромита
(FeCr204) и низкотемпературному, сопровождающемуся увеличением железистости
вплоть до формирования магнетита (FeFe204).
Новизна работы. На основании обработки большого объема петрографического, минераграфического и аналитического материала выявлены общие закономерности изменения состава ультраосновных пород и хромшпинелидов. Установлен генезис хромитовых руд разных структурных уровней ультрабазитов.
Построена схема метаморфизма хромшпинелидов с выделением двух главных этапов,
4-;
различающихся по температуре и направленности процесса эволюции состава
минерала. Показано широкое развитие процессов метаморфизма на всех изученных
массивах и в ряде случаев установлена его определяющая роль в формировании состава хромшпинелидов. Выявлены главные причины, порождающие метаморфические процессы в ультраосновных породах и хромитовых рудах.
Практическая значимость. Выявление общих закономерностей состава ультраосмовпых пород и хромитовых руд и исследования роли метасоматических процессов в формировании хромитового оруденения имеют основополагающее значение для последующей разработки общей теории генезиса альпинотипных ультраосновных массивов. На его основе возможно обновление прогнозно-поискового комплекса на хромиты. Изучение эволюции состава хромитовых руд при метаморфизме позволяет в дальнейшем при оценке каждого месторождения хромитов более рационально подойти к вопросу его промышленного использования.
Апробация работы. Материалы, положенные в основу работы, докладывались на Международных молодежных конференциях "Металлогения древних и современных океанов" в г. Миассе (2000, 2003-2004), VI Международном симпозиуме им. акад. М.А. Усова в г. Томске (2002), Чтениях им. А.Н. Заварицкого в г. Екатеринбурге (2003-2004), чтениях памяти акад. П.Н. Чирвинского в г. Перми (2005). Результаты работ изложены в 11 печатных работах и производственном отчете. Получен грант Министерства Образования (шифр А03-2.13-5) и медаль РАН за лучшую выпускную квалификационную работу.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 154 стр. текста, содержит 22 табл.,42 рис. и приложение с составами хромшпинелидов, библ. список -203 работы.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, д.г.-м.н. профессору И.А. Малахову и к.г.-м.н. доценту П..Л. Бурмако за постоянную поддержку, советы и критические замечания по ходу написания работы.
За помощь в проведении аналитических исследований автор благодарен к.г.-м.н. Н.Г. Саножниковой и к.г.-м.н. В.Н. Ослоповских.
В ходе выполнения работы автор пользовался постоянным вниманием и поддержкой профессоров В.А. Душина, В.Ф. Рудницкого, А.Г. Баранникова и многих сотрудников кафедры геологии, поисков и разведки МПИ, которым автор выражает искреннюю благодарность.
Строение рудоносных ультраосновных массивов в складчатой зоне Урала
В строении ультраосновных массивов Урала основную роль играют гарцбургиты и дуниты при подчиненном положении последних, участие пироксенитов и прочих пород существенно меньше. Дуниты образуют жило- и шлирообразные тела различной мощности, соотношение их с гарцбургитами позволяет выделять различные структурно-формационные комплексы. Проблема пространственного взаимоотношения и происхождения таких комплексов подробно рассматривалось многими исследователями [82, 97, 121 и др.]. Автором наибольшее предпочтение отдается разработкам И.А. Малахова [94], выделившего пятичленное строение ультраосновного разреза (рис. 2.1). Приведем их характеристику (снизу-вверх): - дунитовый комплекс - слагает нижние горизонты разреза и представлен дунитами с подчиненным количеством гарцбургитов и рассеянной хромитовой минерализацией (курмановский тип); - дунит-гарцбургитовый полосчатый комплекс - чередование дунитов и гарцбургитов, в зависимости от соотношения между ними выделяются: - кемпирсайский тип - примерно равное соотношение дунитов и гарцбургитов, образующих мощные пластообразные тела с крупными залежами хромитовых руд; - кракинский тип - полосы маломощных жильных тел дунитов среди поля гарцбургитов, с первыми связаны небольшие линзо- и жилообразные тела массивных хромитовых руд; - гарцбургитовый комплекс - сложен исключительно гарцбургитами с небольшими или средними по размерам шлирообразными телами хромитов (верблюжьегорский тип). - ДВК комплекс - сложен чередующимися дунитами, верлитами и клинопироксенитами, развивающимися на контакте гарцбургитов и более молодых габброидов (хабарнинский тип). Характер распространения комплексов в разных массивах Урала существенно варьирует. В зоне ГУГРа, где степень эрозии альпинотипных массивов была. очевидно, наиболее высокой, достаточно часто наблюдаются глубокие горизонты ультраосиовного разреза. Причем нередко в пределах одного массива в разных его блоках наблюдаются все комплексы пород, что связано с интенсивной тектонической нарушенностью и значительными амплитудами подвижек по разломам [4].
По мере удаления от ГУГРа в массивах начинает преобладать неэродированный гарцбургитовый комплекс и перекрывающие породы. Своим возникновением подобный разрез обязан процессам оливинизации гарцбургитов [96, 101, ПО]. Этот процесс осуществлялся в соответствии с хорошо известной реакцией: в условиях прогрессивного метаморфизма. Поскольку образующийся при оливинизации энстатита кремнезем обычно выносится в более высокие горизонты ульграосновпого разреза, за его счет нередко образуются энстатититовые жилы в верхних частях перидотитового (гарцбургитового) разреза. Такой процесс неоднократно нами наблюдался непосредственно в естественных обнажениях и в карьерах Халиловского и Алапаевского хромитоносных массивов. В том случае, если ромбический пироксен реститогенных гарцбургитов изначально содержал повышенное количество алюминия, то реакция оливинизации сопровождалась образованием шпинелевой фазы MgAbC . Как было ранее установлено [ПО], помимо алюминия из энстатита выносится и хром, идущий на образование магнохромитового и хромитового миналов. Процесс оливинизации гарцбургитов в нижних частях разреза осуществлялся при температуре 800-1000 С, в области шпинелевой фации глубинности (10-15 кбар). Важное место в геологической истории альпиногипных ультрабазитов занимают ассоциирующиеся с ними габброиды. Некоторые исследователи относят их к дифференциатам единого магматического очага [109, 134], другие - к интрузивным образованиям, прорывающим и метаморфизующим ультрабазиты [39, 125], автор является сторонником последней гипотезы. Согласно с ней на контакте ультабазитов и габброидов возникает дунит-верлит-клинопироксенитовый комплекс (ДВКК), представленный чередующимися дунитами, пироксеновыми дунитами, верлитами, оливиновыми пироксенитами, клинопироксенитами, в отдельных случаях достигающих общей мощности до 4 км [39, 50, 55]. Иногда в строении комплекса участвуют плаї иоклазсодержащие разности перечисленных пород, оливиновые габброиды и троктолиты. В последнее время появились экспериментальные данные по взаимодействию консолидированных ультрабазитов и внедряющихся разогретых габброидов [45, 46, 194]. Показано, что на контакте между ними возникает переходный полосчатый ДВВК метасоматитов, строение которого целиком зависит от количественною соотношения ультрабазитов и габброидов и степени насыщенности последних летучими компонентами. По диапазону температур этот процесс соответствует значениям 700-900 С, а по глубинности - анортит-форстеритовой фации (3,5-7,0 кбар).
Общие закономерности петрографического состава альпинотипных ультраосновных массивов
В литературе неоднократно указывалось, что гарцбургиты разных структурных уровней альпинотипных ультрабазитов характеризуется существенными вариациями по содержанию ортопироксена [87]. Отмечаемая закономерность сводится к понижению количества энстатита в гарцбургите от верхних, апикальных частей разреза к нижелезащему дунитовому комплексу, на что впервые обратил внимание И.С.Чащухин [9]. Тем не менее, до сих пор не проводилась обработка данных с целью получения строгих числовых характеристик нормативного состава разных типов гарцбургитов. Для восполнения этого пробела была проведена статистическая обработка представительных выборок с массивов Среднего, Южного и Полярного Урала. Обработка проводилась по данным пересчета пород на нормативные оливин, орто- и клинопироксен по методике Н.Д. Соболева (рис. 2.5-2.7) [144]. Следует сразу указать, что практикуемый более сложный пересчет анализов дополнительно на магнетит, магнезит, брусит и ряд других минералов как правило некорректен и . существенно искажает реальный состав.
В результате обработки данных оказалось, что все гарцбургиты по содержанию нормативного ортоиироксена строго укладываются в два типа (табл. 2.1). Первичные реститовые гарцбургиты, не претерпевшие последующих метасоматических изменений, сохраняются в гарцбургитовом горизонте ультрабазитов [6]. Содержание нормативного ортопироксена в них составляет в среднем 32 % (соответственно 65-67 % оливина), причем эта постоянная не зависит от степени серпентинизации пород [170] (даже при ЮО-% ранней фреатической серпентинизации). Характерно, что такие же данные получены по срединно-океаническому хребту (СОХ), причем в этом случае кривая распределения практически идеально отвечает нормальному закону распределения [8].
При переходе от гацбургитового комплекса к полосчатому (Кракинский тип) в кривых распределения появляется четко выраженная бимодальность, в которой наряду с первичной ассоциацией фиксируется вторичная - возникшая вследствие процессов оливинизации [16, 110]. Гипотеза истощения гарцбургитовой магмы при кристаллизации [61, 111] маловероятна, так как в этом случае наблюдалось бы одномодальное распределение с сильной дисперсией данных без четко выраженного среднего для всех массивов. Содержание нормативного ортопироксена во вторичной ассоциации существенно меньше (17 %), что вполне отвечает самой сути метасоматических преобразований - замещения ортопироксена оливином. Наконец, в типичном полосчатом комплексе вторичная ассоциация доминирует, что и отмечается для эталонных на Урале Кемпирсайского и Рай-Изского массивов. Недостаточное количество анализов пород препятствует достоверной проверке, тем не менее, даже по ограниченным выборкам Верх-Нейвинского и Алапаевского массива видно (см. табл.), что проявляются обе ассоциации гарцбургигов. Анализ выборок по ультраосновным комплексам других регионов, в частности Чирынайского массива в Южной Сибири показывает, что описанная закономерность характерна и для других регионов (см. рис. 2.5). То же самое относится к древним, докембрийским ультраосновным породам, ассоциирующим с железистыми кварцитами КМА [164]. Здесь также выявлены первичные и вторичные гарцбургиты. Следует добавить, что для всех представленных выборок характерно нормальное распределение данных.
В литературе неоднократно описывались аналогичные диаграммы по распределению ортопироксена с одной вершиной, равной 25 %. В данном случае, очевидно, наблюдается наложение двух пиков друг на друга с образованием псевдоодномодальной выборки (среднее между 17 и 32 % как раз и равно 25 %). В случае существенного нарушения изохимизма при прогрессивном метаморфизме ультрабазитов (Верблюжьегорский, Ишкининский массивы) отмечается более высокое модальное значение содержания ортопироксена - около 42 % [98].
Таким образом, исходя из приведенных данных, можно сделать вывод, что ореол оливинизации существенно шире, нежели сами тела вторичных дунитов и распространяется на прилегающие гарцбургиты. К сожалению, из-за недостатка данных нельзя оценить мощность зоны такой проработки.
Процесс формирования вторичных гарцбургитов неизбежно сказывается на изменении состава содержащихся в них энстатита. Анализ распределения температур формирования энстатитов по всем массивам (без учета принадлежности к первичным и вторичным гарцбургитам) показал наличие двух максимумов (рис. 2.8): 1050-1100 С (первичные, магматические) и 750-800 С (вторичные, метасоматически измененные энстатиты). Обращает на себя внимание тот факт, что второй максимум (высокотемпературный метаморфизм) близок к температуре кристаллизации ассоциирующихся с альпинотипными ультрабазитами габброидов и образованию ДВВК, т.е. можно предположить генетическую связь обоих процессов.
Анализ температур формирования энстатитов из конкретного типа гарцбургитов крайне затруднен отсутствием соответствующих данных. Автору удалось сделать лишь единичные определения, показывающие, тем не менее, жесткую взаимосвязь низкотемпературных энстатитов с вторичными гарцбургитами [131]: Температура формирования энстатига, С 690 720 900 900 Содержание нормативного ортопироксена в гарцбургите (массив Рай-Из) 15 17 24 25 Распределение в гарцбургитах нормативного клинопироксена также достаточно характерно (см. рис. 2.6). В выборках пород из гарцбургитового комплекса клинопироксен имеет отчетливо выраженное логнормальное распределение, что объясняется вторичными процессами клинопироксенитизации на контактах ультрабазитов с габброидами или перекрывающими вулканитами. В выборках полосчатого и переходного комплексов клинопироксен имеет нормальное распределение [29].
В литературе неоднократно поднимался вопрос о первичных и вторичных дунитах ультраосновных массивов (66; Ефимов, 1975; Чащухин, 2004 и др.). На настоящее время дуниты разделяют на основании их геологических и петрографических данных: первичными (сингенетическими) считаются шлировидные дуниты, имеющие постепенные переходы с гарцбургитами и характеризующиеся повышенной примесью энстатита, вторичными (эпигенетическими) - жилообразиые разности с резкими контактами и стерильным от энстатита составом. Разделить их статистическими методами автору не удалось.
Поскольку процесс оливинизации приводит к образованию дунитов по гарцбургитам [31], то вполне корректно будет провести расчет баланса вещества. Это тем более важно, что дает возможность оценить масштабы миграции отдельных компонентов. Для расчета взят усредненный состав первичного гарцбургита (30 % нормативного ортопироксена) и жильного дунита из полосчатого комплекса Халиловского массива. Результаты расчета приведены в табл. 2.2 и на рис. 2.9.
Поскольку для пород характерна высокая степень серпенгинизации (90-100 %), то первоначальные составы серпентинизированных ультрабазитов были приведены к сухому остатку. На качестве пересчета это не сказывалось, так как ранняя серпентинизация - процесс изохимический.
В процессе оливинизации существенно нарушается соотношение главных минералообразующих элементов в исходных гарцбургитах. Вследствие замещения энстатита оливином высвобождается значительное количество кремнезема, мигрирующего в верхние горизонты ультраосновного разреза и образующего метасоматические пироксенитовые прожилки и жилы [4].
Закономерности состава рудных и акцессорных хромшиинелидов
В настоящее время не подлежит сомнению факт прямой связи состава первичных акцессорных и рудных хромшпинелидов с петрографическим типом вмещающих ультраосновных пород [40, 64, 85, 157, 176, 177, 191, 192], объясняющаяся вариациями в условиях происхождения последних и их геохимическими различиями [80, 145]. В альпинотипных комплексах с гарцбургитами связаны глиноземистые разности хромшпинелидов (но классификации Н.В. Павлова (1968) - магнезиальные алюмохромиты), с дунитами - высокохромистые (магнезиальные и магнохромиты), с лерцолитами - высокоглиноземистые (хромпикотиты) [52, 58 116, 117]. Наложение метаморфических процессов приводит к изменению состава хромшпинелидов вплоть до полной потери связи с первоначальным составом [153]. Если рассматривать состав хромшпинелидов на классической диаграмме Н.В. Павлова, то очевидно, что они образуют непрерывный ряд от 7,0 до 15 ф.е. Сг3+ без отчетливой группировки в какие-либо поля. Деление хромшпинелидов на хромистые и глиноземистые несколько условно проходит по границе 9,0-9,5 ф.е. Сг3+ и обуславиливается исключительно геологическими данными - приуроченностью руд к дунитам или гарцбургитам (впрочем, как и выделение других типов хромитовых руд). Для установления закономерностей состава рудных и акцессорных хромшпинслидов проведен анализ распределения основных минералообразующих элементов.
Для максимально достоверного определения отбирались представительные выборки по рудам всех генетических типов, как первичные, так и существенно метаморфизованные, и выборки по рудам из разных частей ультраосновного разреза (рис. 3.8, табл. 3.3). Данные для проведения анализа использовались как собственные, так и заимствованные из литературы: 1. Первичные неметаморфизованные руды: - руды из дунитов: - курмановского типа (Курмановское и Вкрапленное месторождения -собственные данные); - кемпирсайского типа (Кемпирсайские месторождения литературные данные Н.В. Павлова [118] (силикатные анализы) и В.А. Симонова [141] (микрозондовые анализы)); - кракинского типа (месторождения Халиловского массива -собственные данные) - руды из гарцбургитов верблюжьегорского типа (литературные и собственные данные по Успеновскому массиву, глиноземистым рудам Кемпирсайского массива [118]) 2. Метаморфизованные руды: - руды из дунитов кракинского типа (м-ния Алапаевского массива - В. р. Алаиаихи и III Поденный рудник - собственные данные); - перекристаллизованные хабарнинского типа (Верх-Нейвинские руды -собственные данные); - по рудам из дунитов и гарцбургитов (Верблюжьегорские месторождения -собственные данные). В результате анализа гистограмм распределения и средних значений основных компонентов выяснился ряд общих закономерностей. Прежде всего, обращает на себя внимание практически полное соответствие первичных хромшпинелидов из дунитов всех структурных горизонтов по содержанию Сг20з, равное 60-61 %. Немаловажно, что это значение остается постоянным, независимо от степени вкрапленности хромитов (исключая акцессорные и убоговкрапленные).
Первичные руды из гарцбургитов разбиваются на два подтипа: из нижних горизонтов верблюжьегорского уровня с содержанием Сг203 - 37-39 % и из верхних горизонтов - 48-50 %. Различие объясняется близостью последнего типа к более молодым габброидам и воздействием последних. По содержанию Л120з, MgO и FeO таких строгих закономерностей не наблюдается, зато отмечается закономерное повышение доли FeO и падение - А120з по мере повышения степени метаморфизма РУД- Анализ выборок по метаморфизованным хромитовым рудам как из дунитов, так и из гарцбургитов показывает, что среднее содержание Сг203 в них аналогично первичным дунитовым рудам, вне зависимости от состава исходных хромитов. Если взять средние данные по всем выборкам хромитовых руд этого типа, то полученный состав можно выразить следующей кристаллохимической формулой (титан суммирован с трехвалентным железом): или, при присоединении марганца к железу и незначительном округлении: (Mg5.oooFe 3.ooo)8.ooo(Cri2.5ooAl3.oooFe 0.500) 16.000О32, по классификации Н.В. Павлова такой состав соответствует магиохромиту. Все коэффициенты выражаются целыми числами или кратны 0,5, т. е. можно предположить, что эта формула отражает наличие определенною промежуточного состояния состава связанных с дунитами хромшпинелидов, к которому последний стремится при формировании и последующем метаморфизме в коровых условиях. Вполне вероятно, что существует промежуточное состояние, отвечающее рудам из гарцбургитов (как и хромитам других типов), но из-за редкой встречаемости неизмененных гарцбургитовых руд и отсутствия достоверной выборки его не удалось точно определить для альпинотипных массивов. По этой причине автор обратился к выборке по Сарановскому массиву (базируясь на данных, заимствованных из монографии [67]), основываясь на том, что глиноземистые хромшпинелиды расслоенных комплексов имеют с таковыми из альиинотипных объектов близкие условия формирования. Для хромитов этого типа обобщенная кристаллохимическая формула выглядить следующим образом: или, при присоединении марганца к железу и незначительном округлении: Свидетельствуя о наличие еще одного промежуточного состояния состава хромшпинелидов, характерного для гарцбургитов (по классификации Н.В. Павлова отвечает магноалюмохромиту). Сравнивая эти состояния между собой, видно, что наиболее важные различия наблюдаются лишь для трехвалентной іруппьі элементов. Причем в рудах гарцбургитового типа существенно повышается содержание трехвалентного железа. Однако, вполне вероятно, что это объясняется приведением состава хромшпинелидов к стехиометрии [48], поскольку систематические данные определения Fe2+ и Fe3+ в хромшпинелидах с помощью ЯМР показали их существенное отклонение от расчетного [149]. Выделить какие-либо другие промежуточные состояния оказалось невозможным за недостатком данных (отсутствием достоверных выборок). Разброс данных вокруг указанных промежуточных состояний, диагностируемый с помощью дисперсии (см. табл. 3.3), достаточно велик, образуя перекрывающиеся между собой поля составов. Тем не менее, анализируя выборки по каждому типу, также намечаются определенные закономерности.
Декрипитация и газовая хроматография хромитовых руд и вмещающих ультраосновных пород
Для вакуумной декриптометрии были отобраны представительные пробы хромитовых руд навеской 50 мг, фракции 0,25-0,5 мм которые анализировались в декриптографе ВД-5 до температуры 800-1000С с интенсивностью нагрева 20С/мин (лаборатория Ростовского гос. Университета, аналитик - В.П. Труфанов). Известно, что расплавные включения не дают эффектов декриптации выше 1000С, поэтому вакуумно-декриптометрический анализ таких проб при температурах более 800-1000С мало эффективен. Оптимальный вес и размер фракции установлен опытным путем в серии предварительных экспериментов. Анализировались следующие пробы: X 4/7 - облагороженные [2] нодулярные руды с хлоритовыми каймами, месторождение № 90 (Халиловский массив); А-51 - бедновкрапленные руды Курмановского месторождения; А-34 -околорудные серпентиниты, III Поденный рудник (Алапаевский массив); В-Н 21 - аподунитовые серпентиниты Верхне-Александровского месторождения; В-Н 23 - перекристаллизованные высокохромистые руды, Верхне-Александровское месторождение (Верх-Нейвинский массив); Вер 32 - сильно метаморфизованные руды, тело № 19; Вер 38 - слабо метаморфизованные руды, тело № 26 (Верблюжьегорский массив); Результаты вакуумно-декриптаметрического и газово-хроматографического анализа представлены в табл. 4.2, 4.3 и на рис. 4.3-4.6. Данные анализа минералогического состава проб, состава газов, выделяющихся при декрипитации, а также литературные данные [72], позволяют соотнести все выявленные пики газовыделения с образованием тех или иных минералов (или процессов, приводящих к изменению состава минералов) в хромитовых рудах и вмещающих породах (см. табл. 4.2). Целесообразно первоначально интерпретировать результаты анализов проб пород, а затем, основываясь на них, разобрать результаты анализа хромитовых руд.
Для образцов ультраосновных пород фиксируются три пика газовыделения, как правило, изолированных друг от друга. По температурным интервалам и значениям максимумов газовыделения они достаточно четко коррелируются между собой, что позволяет сопоставить их с нижеперечисленными процессами. В интервале температур 20-140 (160) С происходит истечение из трещин и пор адсорбированных газов. Характерно, что величина пиков по интенсивности газовыделения напрямую зависит от количества серпентина в пробе. При температурах 220-360 С происходит дегидратация и разложение серпентина (лизардита). Исключение составляет проба А-51, в которой этот процесс идет при более высоких значениях - 300-350 С. Пик 420-550 (600) С, очевидно, отвечает процессу окончательного разложения оливина. Это существенно противоречит литературным данным [72], по которым она должна происходить при температурах около 690 С, однако в точности соответствует температуре устойчивости самого оливина. Для хромитовых руд картина существенно меняется. Здесь также присутствуют слабо выраженные пики 20-140 и 220-300С, отвечающие соответственно за адсорбированные газы и разложение серпентина (иногда - хлорита и магнезита). Однако они крайне малы по интенсивности газовыдсления, так как количество нерудной массы в рудах невелико. В области температур 400-700 (800)С во всех пробах зафиксирован наиболее интенсивный пик (или серия взаимосвязанных пиков - обр ВН-23), отвечающий, по нашему мнению, высокотемпературному метаморфизму хромитовых руд и образованию хлорита. Эти данные подтверждаются использованием хлоритового геотермометра. Температура начала процесса сильно варьирует - от 550 до 800 С, что в целом совпадает с геологическими наблюдениями (в частности, степенью удаленности от вызвавших метаморфизм габброидов). Вместе с тем этот интервал нельзя непосредствен но связывать с температурой формирования руд, т. к. по данным оливин-хромшпинелидового геотермометра она существенно больше (см. выше). В составе газовой фазы всех проб преобладают Н20, С02, N2, в подчиненном количестве присутствуют 02 и углеводороды [1]. Причем доля последних несравненно меньше, чем в неметаморфизованных первично-магматических рудах [67], что свидетельствует о прохождении метаморфизма хромшпинелидов в окислительной обстановке. Сопоставление температур декрипитации минералов с составом выделяющейся газовой фазы приводится в табл. 4.4.
