Введение к работе
Актуальность работы. Тонштейны - своеобразные каолинитовые породы, образующие маломощные выдержанные прослои в пластах угля многих бассейнов мира и часто используемые в качестве важных маркирующих горизонтов при стратиграфических исследованиях и расчленении угленосных толщ, а также при корреляции их разрезов. К настоящему времени они обнаружены практически во всех крупнейших угольных бассейнах Европы, Азии, Америки. Их исследованиям посвящены многочисленные работы немецких, французских, американских, английских, русских, украинских геологов. Большой вклад в их изучение внесли Г.Бишофф, К.Бюргер, К.Хене, А.Шюллер,-Д.Штеффлер, Н.Прайс, Ю.К.Горецкий, П.В.Зарицкий, М.Г. Черновьянц. и многие другие. Начиная с 70-х годов нынешнего столетия, тонш-' тёйны привлекли внимание китайских геологов, предпринявших широ-.-кие исследования этих пород во всех крупнейших угольных бассей- нах КНР (Ван Шаовэй, Шэн Юнхэ, Цан Чин, Чжэн Чжи, Чжоу Ипин и", др.). К сожалению они начались значительно позднее, чем в других странах, и до сих пор, несмотря на определенные успехи, еще отс- -тают по своему уровню от работ европейских и американских геологов. Особый интерес представляют вопросы изучения минерального состава и генезиса тонштейнов Китая. Их актуальность связана не только с чисто теоретическим интересом к этим породам и их генезису, но и с возможным их использованием в промышленных целях. В угольных месторождениях КНР прослои и пласты тонштейнов достигают мощности более 1 метра и отличаются в ряде случаев практически мономинеральным каолинитовым составом. При извлечении угля они целиком идут в отвалы пустой породы, занимая значительные площади сельскохозяйственных угодий и загрязняя окружающую среду. В то же время производимого объема каолинитового сырья в Китае нехватает на промышленные нужды, требуется значительное расширение своей сырьевой базы и вовлечение новых источников высококачественного каолинитового сырья. Первые промышленные испытания тонштейнов Северного Китая, в частности Датонского угольного бассейна, показали, что они могут с успехом заменить при изготовлении фарфора традиционные каолиниты остаточных месторождений в корах выветривания. В связи с этим изучение тонштейнов китайс-
ких угольных бассейнов, их химического и минерального состава, текстурно-структурных особенностей и генезиса представляется весьма актуальной задачей и имеет большое практическое и теоретическое значение.
Цель и основные задачи работы. Основной целью настоящей работы является.выявление особенностей минерального и химического составов тонштеинов Чжунголъского бассейна, создание достоверной модели их формирования, а также изучение возможностей для практического использования. В соответствии с поставленной целью конкретными задачами работы являлись: детальное изучение минералогии тонштеинов, их главных, второстепенных и акцессорных минералов, анализ химического состава этих пород и распределения в них некоторых редких и радиоактивных элементов, их подробная структурно-текстурная характеристика и выявление условий формирования как отдельных минералов, так и пород в целом.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Фактический материал диссертационной работы представлен данными личных исследований автора на территории Чжунгольского каменноугольного бассейна в провинции Внутренняя Монголия на севере КНР в период 1991-1992 г.г., а также результатами аналитических исследований, осуществленных в течение 1992-1994 г.г. Были составлены два детальных стратиграфических разреза в центральной и северной частях бассейна с выделением и послойным описанием всех тонштейно-вых прослоев. Отобрано 284 пробы, из которых изготовлено и тщательно описано 120 прозрачных шлифов. Все пробы были изучены методом рентгенофазового анализа для определения их количественного минерального состава. Для 80 из них выполнены полные химические анализы. Рентгеноспектральным анализом проведены количественные определения содержаний некоторых редких и радиоактивных элементов (U, Th, Rb, Sr) в 47 пробах. Для изучения внутреннего строения тонштеинов широко использовался метод электронной микроскопии (обычный и сканирующий микроскоп, 156 проб). Кроме того, 21 проба с крупными кристаллами каолинита была исследована методом электронографии. Были выполнены дифференциальные термические анализы 10 проб тонштеинов. В 6 пробах изучен изотопный состав углерода органических компонентов тонштеинов.
-
По минеральному составу тонштейны Чжунгольского бассейна разделены на две группы: мономинеральные каолинитовые и бимине-ральные каолинит-бемитовые. В качестве второстепенных и акцессорных минералов в обеих группах тонштейнов встречаются гиббсит, галлуазит, монтмориллонит, гидрослюды, кварц, гематит, пирит, карбонаты, циркон, рутил. Минеральный состав Чжунгольских тонштейнов отражает сложную историю их формирования, в котором принимали участие процессы нормального осадконакопления из водных сред (истинных и коллоидных растворов), привнос чужеродного эолового материала, а также явления последующего преобразования осадков.
-
Химический состав тонштейнов Чжунгольского бассейна, главными компонентами которого являются АІ2О3, S102 и НгО^ достигающими в сумме 907. и более, отражает их простой минеральный состав. Положение фигуративных точек химических анализов тонштейнов на диаграмме АІ2О3 - Si02 - НгО"1" отвечает последовательному изменению исходных полевых шпатов и мусковитов в гидрослюды, а затем в каолинит и, наконец, в бемит. Эти изменения имели место в условиях влажного и жаркого (тропического) климата.
-
Средние содержания радиоактивных элементов U и Th, равные соответственно 10*10~4 и 20*10-4 7. в тонштейнах Чжунгольского бассейна, хорошо коррелируются с содержаниями ТЮг. Величина Th/U-отношения в них в среднем равна 2, что в два с лишним раза меньше, чём в целом для Земли (4,2 по данным Аллегра, 1986). Она свидетельствует о том, что преимущественное накопление урана имело место в восстановительныхусловиях бассейна седиментации.
-
Совокупность результатов проведенных исследований позволяет обосновать генезис Чжунгольских тонштейнов как продуктов выветривания кварц-мусковит-полевошпатовых пород, перемещенных и переотложенных в бассейне угленакопления в восстановительных условиях.
НАУЧНО-ПРИКЛАДНОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Китай является родиной фарфора, а его фарфоровая промышленность имеет всемирно известную репутацию производителя высококачественной и высокохудожественной продукции. Более 1000 лет основным источником фарфорового сырья служили значительные каолиновые коры выветривания силикатных по-
род. В настоящее время требуются новые источники каолинового
сырья для производства огнеупоров, керамики, бумаги и т.п. В
связи с этим большое значение приобретают его новые нетрадицион
ные источники, одним из которых могут быть прослои тонштейнов
каменноугольных бассейнов. Первые технологические испытания,
проведенные для тонштейнов Датонского бассейна, показали их вы
сокое качество и возможность производства из них высококачест
венного фарфора, огнеупора и разных типов керамики. Высокая чис
тота китайских, тонштейнов, значительные мощности их прослоев и
большие запасы открывают перспективы их широкого использования
для нужд промышленности и позволяют в будущем не только поддер
жать выпуск продукции на современном уровне, но и значительно
расширить его. Проведенные автором исследования показали, что
одним из источников этого сырья могут служить тонштейны Чжун-
гольского каменноугольного бассейна, суммарные запасы которых
превышают 3 млрд. тонн. Научно-прикладное значение данной работы
заключается в том, что автором впервые изучен минеральный и хи
мический состав тонштейнов Чжунгольского бассейна,_которые _яеля
ются основой для дальнейшего исследования их практического использования. Выяснение состава и генезиса этих тонштейнов открывает перспективы для поисков и разведки других подобных месторождений на территории Китая.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые проведены комплексные минералого-химические исследования тонштейнов Чжунгольского бассейна, позволившие детально охарактеризовать минеральный состав и текстурно-структурные особенности этих пород, их химический состав, поведение главных и второстепенных элементов в процессах накопления и преобразования осадков. На этой основе предложена гипотеза генезиса тонштейнов, рассматривающая эти породы как продукт нормальной седиментации в прибрежных лагунах в условиях влажного жаркого климата при ограниченном участии частиц пепла, переносившихся воздушным путем из соседних регионов с активной вулканической деятельностью. Впервые изучено распределение и поведение урана и тория в тонштейнах Китая, вскрыты причины их накопления в этих породах.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения общим объемом в _ машинописных стра-
