Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Основные черты геологии железорудных месторождений 14
1.1. Краткая геологическая характеристика Кольской железорудной провинции 14
1.1.1. Кольско-Норвежский мегаблок 14
1.1.2. Главная Приимандровская структура 16
1.1.3. Возраст пород ПЖФ 19
1.1.4. Р- Г условия формирования продуктивной зоны ПЖФ 20
1.2. Геология железорудных месторождений 24
1.2.1. Оленегорское месторождение 24
1.2.2. Кировогорское месторождение 28
1.2.3. Месторождение им. 15-летия Октября 36
1.2.4. Месторождение им. проф. Баумана 38
1.2.5. Месторождение Железная Барака 40
1.2.6. Печегубское месторождение 41
1.2.7. Комсомольское месторождение 42
1.2.8. Южно-Кахозёрское месторождение 45
1.2.9. Айварское месторождение 46
1.2.10. Аномалия Безымянная 48
1.2.11. Волчьетундровское месторождение 49
1.2.12. Свинцовотундровское месторождение 50
1.2.13. Симбозёрское месторождение 51
1.2.14. Урагубское месторождение 53
1.2.15. Рудопроявление Пинкельявр 54
1.2.16. Рудопроявление Шолтьявр 55
1.2.17. Рудопроявление Кичаны 56
Глава II. Петрографическое описание тоналитов и пород железисто-кремнистой формации 57
II.1 Тоналиты 57
II.2. Амфиболовые гнейсы и амфиболиты 58
II.2.1.Роговообманковые гнейсы и амфиболиты 58
II.2.2.Жедритовые гнейсы и амфиболиты 61
II.2.3.Актинолитовыеплагиоамфиболиты 62
II.З. Существенно пироксеновые гнейсы и кристаллосланцы 62
II.4. Биотитовые и гранато-биотитовые гнейсы 65
II.5. Биотитовые гнейсы с мусковитом, силлиманитом идравитом ("глинозёмистые" гнейсы) 67
II.б.Лептиты 69
II.7. Магнетито-кальцито-доломитовые породы 72
II.8. Железистые кварциты 73
II.8.1. Сульфидно-магнетитовые железистые кварциты 76
II.8.2. Магнетитовые железистые кварциты 78
II.8.3. Гематито-магнетитовые железистые кварциты 83
II.9. Скарноиды 84
II.10. Магнетито-клинопироксеновые породы 87
II.11. Гранитные пегматиты 88
II.12. Габброиды 91
II.13. Контактовые роговики 96
II. 14. Гидротермальные жилы 97
Глава III. Минералогия пород ПЖФ 110
III. 1. Самородные элементы 113
III.1.1. Графит. 113
III.1.2.Сера 114
III. 1.3. Минералы рядов золото—серебро и золото—медь 114
III.2. Сульфиды 119
III.2.1. Пирротин 119
III.2.2. Галенит. 121
III.2.3. Сфалерит. 123
III.2.4. Миллерит. 123
III.2.5. Ковеллин 124
III.2.6. Халькозин 124
III.2.7. Пирит. 124
III.2.8. Марказит. 128
III.2.9. Халькопирит. 129
III.2.10. Молибденит. 131
III.2.11.Пентландит. 131
III.2.12. Борнит. 132
III.2.13.Паркерит. 133
III.2.14. Виттихенит. 133
III.3. Теллуриды 134
III.3.1. Алтаит 134
III.3.2. Рикардит. 134
III.4. Оксиды и гидроксиды 135
III.4.1. Кварц 135
III.4.2. Рутил 139
III.4.3. Гематит. 139
III.4.4. Ильменит. 143
III.4.5.Сапфирин 144
III.4.6. Группа шпинели 146
III.4.6.1. Магнетит . 146
III.4.6.2.Герцинит. 178
III.4.6.3. Ганит. 180
III.4.7. Ферроколумбит. 180
III.4.8.Пирохлор 180
III.4.9. Гётит. 182
III.4.10. Пиролюзит и другие оксиды марганца 184
III.5. Силикаты 185
III.5.1. Группа полевых шпатов 185
III. 5.1.1. Микроклин 185
III.5.1.2. Плагиоклазы 186
III.5.2. Мейонит. 189
III.5.3. Группа цеолитов 190
III.5.3.1.Гейландит-Са 190
III.5.3.2. Стильбит-Са 191
III.5.3.3. Шабазит-Са 192
III.5.3.4.Ломонтит. 195
III.5.3.5.Сколецит. 195
III.5.4.Галлуазит-10А 196
III.5.5.Лизардитигрниалит. 196
III.5.6. Тальк 198
III.5.7. Группа слюд 200
III. 5.7.1. Слюды ряда флогопит—аннит. 200
III.5.7.2. Мусковит-2М1 204
III.5.8. Маргарит. 207
III.5.9. Пренит. 208
III.5.10. Хлориты ряда клинохлор-шамозит. 209
III.5.11.Фторапофиллит. 211
III.5.12.Сепиолит. 213
III.5.13. Группапироксенов 213
III.5.13.1. Пироксенырядаэнстатит—ферросилит. 213
III.5.13.2. Пироксены ряда диопсид-геденбергит. 217
III.5.13.3. Авгит. 224
III.5.13.4.Эгирин 225
III.5.13.5.Эгирин-авгит. 225
III.5.14. Волластонит-2М 225
III.5.15. Пектолит. 226
III.5.16. Группа амфиболов 227
III.5.16.1. Антофиллит. 228
III.5.16.2.Жедрит. 229
III.5.16.3.Грюнерит. 229
III.5.16.4. Амфиболы рядатремолит-ферроактинолит. 235
III.5.16.5. Магнезиальная и железистая роговые обманки 241
III.5.16.6. Амфиболы ряда чермакит-феррочермакит. 246
III.5.16.7.Паргасит. 247
III.5.16.8.Магнезиосаданагаит. 247
III.5.17.Кордиерит. 248
III.5.18. Берилл 249
III.5.19. Турмалины ряда дравит-шерл 250
III.5.20. Группа эпидота 251
III.5.20.1. Минералы ряда клиноцоизит—эпидот. 251
III.5.20.2. Цоизит. 255
III.5.20.3.Алланит-(Се) 256
III.5.21.Пумпеллиит-Мв 257
III.5.22. Форстерит. 258
III.5.23. Циркон 259
III.5.24.Датолит. 261
III.5.25. Группа гранатов 261
III. 5.26. Титанит. 267
III.5.27. Силлиманит. 270
III.5.28. Кайнозит-(У) 271
III.5.29. Таумасит. 271 Ш.5.30.Хрихоколла 272
III.5.31.Корнерупин 273
III.6. Фосфаты 273
Фторапатит—гидроксилапатит. 273
III.7.Вольфраматы 275
Шеелит. 275
III. 8. Сульфаты 275
III.8.1. Ангидрит. 275
III.8.2.Гипс 276
III.8.3. Роценит. 277
III.8.4. Фиброферрит. 277
III.8.5. Феррогексагидрит. 279
III.8.6. Копиапит. 279
III.8.7. Пиккерингит-галотрихит. 279
III.8.8.Ярозит. 280
III.9. Карбонаты 280
III.9.1. Группа кальцита 280
III.9.1.1. Кальцит . 280
III.9.1.2. Сидерит. 284
III.9.2. Доломит. 284
III.9.3. Малахит. 286
Глава IV. Геохимия пород ПЖФ и тоналитов 287
IV. 1. Петрогенные элементы 287
IV. 1.1. Кремний 287
IV.1.2.Титан 290
IV. 1.3. Алюминий 292
IV. 1.4. Железо 292
IV. 1.5. Марганец 295
IV.1.6. Магний 296
IV. 1.7. Кальций 297
IV.1.8. Натрий 298
IV. 1.9. Калий 299
IV. 1.10. Фосфор 300
IV. 1.11. Углерод 300
IV.12.Cepa 301
IV. 1.13. Общие закономерности петрохимии ПЖФ 302
IV.2. Микроэлементы 305
IV.2.1. Литий 305
IV.2.2. Рубидий 306
IV.2.3. Цезий 307
IV.2.4. Стронций 308
IV.2.5. Барий 309
IV.2.6.Медь 309
IV.2.7. Никель 311
IV.2.8. Кобальт. 312
IV.2.9.Цинк 312
IV.2.10. Молибден 314
IV.2.11. Свинец 314
IV. 2.12. Серебро и золото 315
IV2.13.Xpoм 316
IV2.14. Ванадий 317
IV.2.15. Галлий 317
IV2.16. Германий 319
IV2.17. Скандий 320
IV.2.18. Редкоземельные элементы 322
IV.2.19. Цирконий 323
IV.2.20. Ниобий 324
IV 2.21.Бор 325
IV.2.22. Главные закономерности в распределении микроэлементов по разрезу ПЖФ 326
Глава V. Генезис пород полосчатой железорудной формации 330
V. Свойствам происхождение полосчатости пород ПЖФ 331
V.1. Основные модели формирования полосчатости железистых кварцитов 332
V.l.l. K модель 332
V. 1.2. Фотохимическая модель 333
V. 1.3. Биогенная модель 334
V.1.4. Гравитационная модель 334
V. 1.5. Метасоматическая модель 335
V.1.6. Инфильтрационная модель 336
V1.2. Оценка степени неоднородности железорудных толщ посредством модуля дискретности 340
V1.3. Фурье-анализ последовательностей минеральных зёрен 342
V1.4. Фрактальная геометрия железорудных толщ 345
V 1.4.1. Фрактальная геометрия полосчатости 346
V 1.4.2. Фрактальная плойчатость 352
V. 4.3. Фрактальные линзовые ансамбли 356
V 1.4.4. Перколяционные кластеры 363
V 1.4.5. Брекчии 365
V.5. Хаотическая динамика железорудных систем 369
V.5.1. Хаотические аттракторы 369
V .5.2. Процедура Грассбергера-Прокаччия 371
V.5.3. Реконструкция динамики железорудной системы по данным магнитного каротажа и анализа окраски железистых кварцитов 374
V. 1.5.4. Результаты анализа полосчатости методом гиперсимволов 379
V.2.О природе складок 385
V.2.1. Складкообразование в железистых кварцитах Печегубского месторождения 385
V 2.1.1. Текстурные особенности железистых кварцитов 385
V.2.1.2. Изменение состава железистых кварцитов при складкообразовании 387
V2.1.3. Минералогическая характеристика железистых кварцитов 392
V.2.1.4. Магнитная анизотропия магнетита 394
V2.1.5. Микроструктура железистых кварцитов 394
V.2.1.6. Соотношение структурных и вещественных переменных 398
V.2.2. Автоволновая складчатость 402
V.2.2.I. Хаотические аттракторы в деформируемых средах 403
V.2.2.2. Пульсации Помо-Манневиля 406
V2.2.3. Перемежаемость в железистых кварцитах 411
V.2.3. Механохимическая самоорганизация 412
V.3 Железорудные пояса - древнейшая перколяционная структура Земли 416
V.3.1. Эффект Бенара и полигональные геологические структуры 416
V.3.2. Перколяционные структуры литосферы 419
V.3.2.1. Перколяционные структуры в Хибинском щелочном массиве 419
V.3.2.2. Геометрия эпицентров землетрясений 427
V.3.2.3. Регматические (линеаментные) сети 428
V3.2.4. Фрактальная размерность земной коры по сейсмическим данным 430
V3.3. Гранито-железорудные комплексы 431
V3.3.1. Аутогенная зональность ПЖФ 434
V3.3.2. Самоорганизованная критичность и её роль при формировании железорудных месторождений 435
Заключение 442
Приложение I. Применение нематических жидких кристаллов для изучения магнитных свойств минералов 446
Список литературы 450
Введение к работе
Актуальность и цели исследования. Вот уже на протяжении целого
столетия породы полосчатой железорудной формации (ПЖФ) являются объектом пристального внимания учёных, поскольку они не только концентрируют в себе все основные проблемы докембрийской геологии, но и являются основным источником железа для мировой промышленности. Этому также способствовало широчайшее распространение ПЖФ на всех кристаллических щитах и очень высокий уровень их геолого-промышленного освоения, обеспечивающий исследователей высококачественным фактическим материалом, не сопоставимым с таковым для прочих метаморфических комплексов. Особенно активно дискуссия о происхождении железистых кварцитов велась в 50—60 годы, что было инициировано, прежде всего, работами Н.М.Страхова (1947) и Г.Джеймса (James, 1954) об экзогенно-осадочном генезисе кремнисто-железорудных толщ. Определенной альтернативой указанным воззрениям явились разработки Н.С.Шатского (1954), А.Гудвина (Goodwin, 1962), М.С.Точи-лина (1963; Точилин, Горяинов, 1964), Н.П.Хераскова (1964), В.Н.Гусель-никова (1969); Л.Н.Формозовой (1973), П.М.Горяинова (1976; 1990 идр.), Р.К.Морриса (Morris, 1986 и др.) и др., в которых отстаивалась идея существенного вклада эндогенных (прежде всего, вулканогенного) факторов в процессы мобилизации и накопления железорудного вещества. Принципиально иная трактовка генезиса полосчатых железорудных формаций заложена в работах А.А.Полканова (1935) и его последователей (Жданов, Малкова, 1974; Барабанов, 1974;Трусова, 1976; Барабанов, 1977; Михайлов, 1979; 1983, 1989; Панков, Нечеухин, 1981; Панков, 1984; Жданов, 1993 и др.), которые считают эти породы продуктом глубокой метасоматической переработки различного рода основных и ультраосновных пород. Вместе с тем, большинство сторонников осадочного генезиса ПЖФ признают значительную роль метасоматических явлений в формировании современного облика месторождений железистых кварцитов, а учёные, отстаивающие метасоматическии генезис этих формаций, вынуждены говорить о литологическом и стратиграфическом контроле метасоматитов, наследовании метасоматическими текстурами метаморфическихтекстур и т. п.
В конце 1970-х годов интерес к ПЖФ стал быстро затухать по всему миру, число публикаций резко сократилось, новые данные о составе и строении большинства железорудных месторождений-гигантов ничего нового для решения проблемы их генезиса не давали, и в конце концов геологическое сообщество в большинстве своём признало вулканогенно-осадочный генезис пород железорудной формации, примитивность и постоянство их химического и минерального состава. Дискуссия о
(
СИБЛНОТЕКА І з
Vm——і—— I in і'.»»
происхождении высокометаморфизованных железистых кварцитов Кольского полуострова к этому времени также окончательно зашла в тупик, но и по несколько иной причине. Её суть П. М. Горяинов выразил следующим образом: "... чем большее число подсистем рассматриваемой системы ("железорудная формация") попадало в наше поле зрения, тем дальше от согласования представала причинно-генетическая схема. Всё отчётливее вырисовывалась альтернатива: либо пренебречь некоторыми, хотя и согласованными между собой свойствами ради того, чтобы все остальные объединить в рамках общепринятых подходов, либо оставить всё как есть, но отказаться от попыток "втиснуть" их, все самые разнообразные свойства как части сложноорганизованного, упорядоченного сообщества, в детерминистские генетические конструкции (например, метаморфическую осадочно-вулканогенную). То есть отдать предпочтение структурно-организационным аспектам исследования, а не традиционным историческим" (Горяинов и др., 1990, стр. 150).
В рамках этого подхода были изучены геологическое строение отдельных месторождений и всего ареала железорудной формации (Горяинов и др., 1987; Горяииов, Балабонин, 1988; Горяинов, 1989; Goryainov, 1990; Горяинов и др., 1987; 1990; Никитин, Иванюк, 1991; Иванюкидр., 1996; Goryainovetal., 1997 идр.), особенности минералогии железистых кварцитов (Иванюк, 1991; Иванюкидр., 1994; 1999; 2001; Балабонин, Иванюк, 1995, Базай, Иванюк, 1997; Голиков идр., 1999), текстурные особенности железистых кварцитов (Иванюк, Никитин, 1991; Базай, Иванюк, 1995, 1996; Базай и др., 1999; Егоров, Иванюк, 1996; Иванюк, 1997; Горяинов идр., 1997; Goryainov etal., 1997 идр.) и сделаны некоторые общие выводы об эволюции железорудных систем докембрия Кольского полуострова (Горяинов, 1989; 1995; 1998; Горяинов идр., 1992; 1997 Иванюкидр., 1996; Базай, Иванюк, 1996; Goryainov, Ivanyuk, 1998; Горяинов, Иванюк 2001; 2002; 2003). Этими работами удалось показать, что за кажущейся примитивностью геохимического и минерального спектра железных руд — а это вошло во многие сводки и справочные источники — кроется огромная геолого-генетическая и технологическая информация. Выявленная связьсостава и свойств минералов со строением железорудных месторождений сделала актуальным обобщение всей минералогической и петрографической информации о железных рудах. Такое обобщение приобретает особое значение при переориентировании на новые технологии (например, для производства магнетитового концентрата для порошковой металлургии) и нетрадиционные виды сопутствующих полезных ископаемых, в частности - золота.
Соответственно, в рамках решения традиционной проблемы генезиса месторождений полосчатой железорудной формации, включающей в качестве составляющих проблему строения замкнутых железорудных
поясов и отдельных месторождений, проблему аутигенной зональности рудных тел и всей формации, проблему полосчатости во всех её аспектах, были определены следующие задачи: 1) изучение минералогии ПЖФ с упором на промышленно ценные и потенциально ценные минералы: магнетит, гематит, золото; 2) изучение минеральной и геохимической зональности рудных тел и всей толщи ПЖФ; 3) обобщение всех имеющихся данныхпо геологии, петрологии, минералогии и геохимии Кольской ПЖФ на основе современных представлений о строении и свойствах сложных систем с использованием фрактальной геометрии, теорий диссипативных структур и самоорганизованной критичности; 4) классификация месторождений и рудопроявлений ПЖФ на количественной основе и разработка простых критериев прогноза их запасов. Решение этих задач определило структуру работы.
Объём и структура работы. В первой главе представлены новые или заново переосмысленные данные о геологическом строении района развития ПЖФ, основных железорудных месторождений Кольского полуострова, даны сведения об их возрасте и Р-Тусловиях образования. Это потребовало, помимо прочего, составления новых карт, геологических разрезов и схем большинства месторождений и рудопроявлений ПЖФ, выполнения термодинамических расчётов, дополнительных геохронологических исследований. В ходе этих работ был установлен единый стиль строения всех месторождений, основным элементом которого являются фрактальные ансамбли линзовидныхтел железистых кварцитов, характеризующихся воспроизводимой аутигенной и текстурной зональностью.
Во второй главе приведена петрографическая характеристика основных типов пород и руд ПЖФ, включая метасоматиты и гидротермалиты, для чего нами были проведены масштабные работы по диагностике породообразующих и акцессорных минералов посредством микрозондового и рентгенофазового анализа, проведена качественная и количественная оценка минерального состава пород и руд всех месторождений и рудоироявлений, охарактеризованных в первой главе.
В третьей, основной по объёму и фактической нагрузке главе приведены сведения о распространённости, составе и свойствах 113 минеральных видов, достоверно установленных на месторождениях ПЖФ Кольского полуострова, сопровождаемые 700 оригинальными микрозондовыми анализами. Особенно детально рассмотрены промышленно ценные минералы: магнетит, гематит и самородное золото, а также породообразующие силикаты всех пород ПЖФ.
Четвертая глава, отражающая результаты изучения геохимии ПЖФ, состоит из двух разделов, посвященных, соответственно, петрогенным элементам и микропримесям. В начале каждого из разделов приведены сведения о распределении отдельных элементов по разрезу ПЖФ, их
парагенстических взаимоотношениях с другими элементами, характере вариационных кривых и т.д., в конце - обобщение полученныхданных на основании многомерного статистического анализа средних содержаний элементов в породах ПЖФ.
В пятой главе рассматриваются вопросы образования полосчатости железистых кварцитов, текстурной и минерально-геохимической зональности рудных тел и всей толщи пород ПЖФ. Полосчатость железистых кварцитов изучена комплексом методов, включая методы фрактальной геометрии, анализ Фурье, методы символической динамики, метод фазовых портретов, процедуру Грассбергера-Прокаччиа и другие методы анализа временных (пространственных) рядов. Показано, что в большей части образцов её статистические характеристики соответствуют фликкер-шуму, характерному для детерминированно-хаотических систем с перемежаемостью ламинарных и турбулентных режимов и систем с сам организованной критичностью (СОК). На примере Печегубского месторождения рассмотрены закономерности формирования многопорядковой складчатости в осевых зонах рудных тел, проведена аналогия между морфологией складчатых зон и строением турбулентных потоков жидкости, установлена зависимость самых разнообразных структурных и вещественных характеристик железистых кварцитов от интенсивности складчатости. Сходство морфологии ПЖФ самых разных возраста и положения с перколяционными кластерами, вполне понятное в свете современных теоретических и экспериментальных работ по проблемам фрагментации и трещинообразования, предопределило детальный анализ геологическихперколяционныхзон, сделанный с привлечением большого объёма новыхданных по геологии, геохимии и минералогии апатитовых месторождений Хибинского щелочного комплекса (Горяинов и др., 1998; Иванюкидр., 199б;2002;Яковенчукидр„ 1996; 1997; 1999 идр.).
Работа объёмом 50 авторских листов включает 64 таблицы, 270 рисунков и список цитированной литературы из 425 наименований. В качестве основных генетических выводов проведённых исследований выдвинуты следующие защищаемые положения:
-
Комплекс месторождений железистых кварцитов Кольского полуострова полностью сформировался за период 2.8-2.5 млрд. лет, в течение которого температура процессов минералообразования понизилась с 600-900 до 100 С. Степенная зависимость числа месторождений от их запасов (с коэффициентом корреляции 0.9996) свидетельствует о едином рудогенерирующем процессе для всех месторождений и, как следствие, о бесперспективности поиска на Кольском полуострове новых крупных месторождений железистых кварцитов.
-
Месторождения железистых кварцитов Кольского полуострова характеризуются необычно широким для архейских метаморфических
комплексов разнообразием минеральных видов (114), связанным в первую очередь с различными метасоматическими породами и гидротермальными жилами (в том числе, с золотосеребряным орудснением), сформировавшимися в контактовой зоне железистых кварцитов и биотитовых гнейсов за счёт привноса Mg, Са, К, Na и Si.
-
Буферные свойства железистых кварцитов обусловливают симметричную всществешгую зональность рудных тел, выраженную рядом последовательных популяций, каждая из которых включает одну из пород главной серии (гематито-магнетитовые, магнетитовые, сульфидно-магнетитовые железистые кварциты, биотитовыс гнейсы и др.), связанные с ней метасоматиты (магнетито-диопсидовые породы, магнетито-карбонатные породы, эпидозиты, нодулярные гнейсы идр.) и гидротермальные жилы.
-
Переход от прямополосчатых железистых кварцитов внешних зон рудных тел к плойчатым железистым кварцитам осевой зоны осуществляется через зону перемежаемости прямополосчатых и плойчатых пород. При этом закономерно и взаимосогласованно изменяются топологические свойства полосчатости железистых кварцитов, их микроструктура, минеральный и химический состав, физические свойства и состав породообразующих минералов.
Научная новизна. Приведены новые сведения о геологическом строении, петрографии, минералогии и геохимии большинства месторождений и некоторыхрудопроявлений железистых кварцитов Кольского полуострова. Детально изучено 113 минеральных видов, установленных автором на месторождениях железорудной формации, в том числе более 70 впервые для этих комплексов. Впервые дана характеристика золото-серебряной минерализации, связанной с жильным комплексом околорудных кислых гнейсов. Впервые комплексом методов (анализ Фурье, методы фрактальной геометрии, символической динамики, теории самоорганизации и др.) изучены статистические свойства полосчатости пород железорудной формации. На основании анализа минерально-геохимической и текстурной зональности толщи пород формации предложена новая модель генезиса месторождений железистых кварцитов, включающая процессы формирования продуктивной зоны фумарольными источниками; её метаморфизм и образование характерной зональности рудных тел; складкообразование и формирование полосчатости; образование брекчий, внедрение жил гранитных пегматитов и даекдолеритов, образование различных метасоматитов и гидротермальных жил.
Фактический материал и методы исследований. Диссертация в основном опирается на полученные лично автором теоретические и практические результаты. В её основу положены материалы геологических, петрографических, геохимических, минералогических и технологических
исследований автора за более чем пятнадцатилетний период работы на Кольском полуострове. Геологические исследования включали широкий комплекс методов, втом числе картирование, структурные, геофизические и геохронологическис исследования и др. В ходе работ на месторождениях и рудо проявлениях Кольского полуострова автором собраны значительные по объему коллекционные материалы (более 1000 образцов), результаты лабораторного петрографического, минералогического и геохимического изучения которых легли в основу работы. Автор непосредственно участвовал во всех этих работах, включая разработку нового метода изучения магнитных свойств минералов при помощи жидких кристаллов, статистический анализ полученныхданных, в том числе, при помощи оригинальных компьютерных программ. Для сравнения привлекаются материалы автора по геологии и минералогии Хибинского и Ковдорского массивов.
Практическая значимость работы определяется возможностью прямого использования её результатов для оптимизации добычи и обогащения железистых кварцитов с целью получения магнетитового, гематитового и золотосеребряного (супер-)концентратов. Данные об аутигенной зональности рудных тел и всей толщи пород ПЖФ могут быть использованы для прогноза оруденения на сопредельных территориях Балтийского щита и в других регионах мира. Большое значение имеют ограничения на возможный размер месторождений и качество руд, вытекающие из установленной автором принадлежности ПЖФ к системам с самоорганизованной критичностью. Разработанный в ходе исследований метод изучения поверхности магнитных минералов при помощи жидких кристаллов нашёл применение в минералогии, материаловедении и электронике.
Апробация работы и публикации. Результаты настоящих исследований обсуждались на II Всесоюзном семинаре "Оптика жидких кристаллов" (Красноярск, 1990); VIII Всесоюзном совещании по физическим свойствам горных пород при высоких температурах и давлениях (Уфа, 1990);
IV Всесоюзном съезде по геомагнетизму (Владимир, 1991); II Всесоюзном
совещании "Теория минералогии" (Сыктывкар, 1991); международном
семинаре по оптике жидких кристаллов "Белые ночи" (Ленинград-Валаам,
1991); на Летней европейской конференции по жидким кристаллам
(Вильнюс, 1991); I-IV международных совещаниях по геологической
синергетике (Алма-Ата, 1991,1995; Иркутск, 1992; Апатиты, 1997);
V Всероссийской школе "Структурные исследования кристаллических
образований" (С.-Петербург, 1994); XVI Съезде ММА (Пиза, 1994);
ГХ совещании MAEG (С.-Петербург, 1995); XXXмеждународном геологи
ческом конгрессе (Пекин, 1996); международном совещании "Законо
мерности эволюции земной коры" (С.-Петербург, 1996); ^международном
симпозиуме "Фракталы и динамические системы в науках о Земле"
(Стара Лесна, 1997); IV совещании SGA (Турку, 1997); международной
конференции "Геология и XXI век" (Москва, 1997); Всероссийском совещании "Тектоника, геодинамика и процессы магматизма и метаморфизма" (Москва, 1999); Ш-м Всероссийском совещании "Общие вопросы расчленения докембрия" (Апатиты, 2000); международной конференции "Геология и полезные ископаемые Балтийского щита" (Апатиты, 2002) и др. По вопросам, прямо или косвенно затрагиваемым в диссертации, опубликовано 4 монографии, 38 статей, 55 тезисов докладов; 6 научныхи научно-производственных отчётов.
Благодарности. Исследования проводились в соответствии с научными программами лабораторий "Метаморфогенного рудообразования" и "Самоорганизации минеральных систем" Геологического института Кольского НЦ РАН в сотрудничестве с А.В.Базай, Н.Л.Балабониным, П.М.Горяиновым, Н.Г.Коноплёвой; И.В.Никитиным, А.П.Николаевым, Я.АПахомовским, А.М.Перликовым, П.В.Припачкиным и В.Н.Яковен-чуком. На протяжении многих лет мы постоянно сотрудничали с группой геологов ОАО "ОЛКОН", возглавляемой П. Н. Голиковым. Исследования электрических свойств железистых кварцитов проводились совместно С.С.Крыловым и В.АЛюбчичем (Физический факультет С.-Петербургского университета), определение Р-Гпараметров условий образования пород ПЖФ - с П.ЯАзимовым иД.В.Доливо-Добровольским (ИГГД РАН), анализ геометрии сейсмогеологическихпрофилей ОГТ — с Н.В.Шаровым (ГИ Карельского НЦ РАН), изучение микроморфологии породообразующих минералов железистых кварцитов - с Н.В.Сорохтиной, микроструктурной организации железистых кварцитов - с Д.Г.Егоровым, термических свойств магнетита — с В.И.Скибой, оптических — с Ю.Н.Нерадовским, магнитных — с В.АТюремновым и В.П.Мирош-никовым (все из Геологического института КНЦ РАН). Метод исследования минералов при помощи нематических жидких кристаллов разрабатывался совместно с М.Г.Томилиным (ГОИ им. С. И. Вавилова). Микрозондовые анализы минералов выполнены Я.А.Пахомовским, Е.Э.Савченко и С.АРсженовой; рентгеновские исследования проводились А.Н.Богдановой и Ю.П.Меньшиковым; U-Pb возраст циркона и титанита из амфиболитов Урагубского месторождения определён Т.Б.Баяновой (Геологический институт КНЦ РАН), изучение изотопного состава Sr и Nd и концентрации Rb, Sr, Sm и Nd в магнетито-карбонатных породах ПЖФ -Ю.Д.Пушкарёвым и В.М.Саватенковым (ИГГД РАН). Ряд программ для компьютерной обработки данных разработан В.Э.Асмингом (Кольский региональный сейсмоцентр) и А.М.Перликовым (ИППЭС КНЦ РАН). Фотографии шлифов сделаны при содействии А.Н.Кулакова (Горный институт КНЦ РАН). По вопросам статистического анализа данных я неоднократно получал исчерпывающие консультации со стороны Ю.В.Федоренко иА.М.Перликова (ИППЭС КНЦ РАН). Большую пользу
для интерпретации результатов изучения магнетита принесли беседы с Л.Г.Булахом (С.-Петербургский государственный университет) и Н.Г.Стенииой (ИГ СО РАН). Отдельные промежуточные этапы работ поддерживались грантами РФФИ, завершающий - грантами Комитета природных ресурсов по Мурманской области и Межрегионального центра по геологической картографии. На протяжении многих лет наши исследования процессов самоорганизации геологических систем встречали всемерную поддержку со стороны И.Р.Пригожина (Бельгия) и Г.Хакена (Германия). На заключительном этапе работы с рукописью большую пользу принесли исправления, комментарии и советы Ю.Л.Войтеховского, А.В.Волошина, В.Н.Глазнева, Я.А.Пахомовского, В.П.Петрова (Геологический институт КНЦ РАН) и Д.В.Доливо-Добровольского (ИГГД РАН). Всем названным лицам и организациям я выражаю самую искреннюю признательность. Особую благодарность я приношу моему учителю П.М.Горяинову, во многом благодаря которому и смогла появиться настоящая работа.
Кировогорское месторождение
Месторождение открыто в 1932 г. студентом Ленинградского горного института Н. С. Зонтовым, работавшим в составе Комсомолькой партии под руководством Д. В. Шифрина. Последний, давая первую промышленную оценку месторождения в 1933 г., обратил внимание на то, что оно состоит из пяти изолированных выходов линзовидной формы. Е. А. Гедовиус, осуществивший в 1949 г. детальную разведку, рассматривал эти тела как результат денудации единого пласта, изогнутого в несколько крупных знакопеременных изоклинальных складок (рис. 1.13а). И хотя какие-либо подтверждения этому отсутствовали, а ряд фактов прямо противоречил (например, "призамковые" части "складок" характеризовались совершенно не подходящими ориентировками гнейсовидности и метаморфической полосчатости), эта модель вызвала одобрение известных специалистов, логично полагавших, что если в железистых кварцитах развита сложная и интенсивная микроскладчатость, то и макроформы должны бытьсложноскладчатыми. В частности, кировогорские "изоклинали" Е. А. Гедовиуса нашли применение в разделе "Тектоника" в 27 томе "Геологии СССР". По мнению Л. Я. Харитонова, предполагаемое на месторождении чередование изоклиналей — наиболее распространенный структурообразующий мотив архейских гнейсовых толщ. Такое представление являлось прямым продолжением двух главенствующих в то время допущений: 1) все разновидности метаморфических пород разреза изначально образовывали горизонтально лежащие слои, достаточно выдержанные и не повторяющиеся в разрезе; 2) пликативные деформации — единственный процесс, ответственный за образование цилиндрических и конических складок, нередко с глубоко уходящими корнями.
В ходе активных буровых, а затем и вскрышных работ (рис. 1.14) было установлено, что гнейсовая толща с железистыми кварцитами образует не складку, а моноклиналь, зажатую между тоналитовыми овалами. Пришлось усиленно искать альтернативу структурной интерпретации не в изоклинально-складчатой, а в чешуйчато-моноклинальной идее (Горяинов, 1976) — так появилась схема блоковой деструкции пород ПЖФ (рис. 1.135), связанной с беломорско-карельской активизацией архейского комплекса (Горяинов, 1981а). Прямолинейные линеаменты с легкостью "отыскались" как в материалах по дешифрированию аэрофотоснимков, так и в карте аномального магнитного поля (рис. 1.15). Обилие внутрирудных блоковых смещений, порой даже шарнирных, казалось бы, также подкрепляло эту гипотезу. Плоскости межблоковой тектонической делимости фиксировались высокотемпературными парагенезиса-ми, изофациальными с таковыми в субстрате (рис. 1.16), т. е. блокировка произошла одновременно с формированием горных пород. Кроме того, рудов-мещающую толщу секут многочисленные тела гранитных пегматитов (под углом около 10 к простиранию пород формации) и ещё более многочисленные дайки долеритов (под углом порядка 35), также легко вписывающиеся в блоковую мозаику "активизированного" комплекса пород ПЖФ Киро-вогорского месторождения (рис. 1.17). Нетрудно представить, насколько неожиданными стали результаты инструментальной документации границ рудных тел (рис. 1.18), которая ни водном случае, ни на одном из погоризонтных планов не обнаружила угловатых границ между железистыми кварцитами и гнейсами!
В строении продуктивной толщи месторождения установлена хорошо выраженная зональность (см. рис. 1.2): краевые её части сложены роговообманковыми гнейсами и амфиболитами мощностью 300—600 м, которые последовательно сменяются меланократовыми биотитовыми гнейсами. В осевой части, наряду с железистыми кварцитами, доминируют лептиты и глиноземистые гнейсы, представленные своими нодулярными, двуслюдяными и клиноцоизито-биотитовыми разновидностями (Горяинов и др., 1987, 1990).
Как это было установлено ещё в 1933 г., железистые кварциты Кировогорского месторождения сосредоточены не в одном рудном теле (как, скажем, на Оленегорском или Комсомольском месторождениях) и не в нескольких вытянутых в линию (как Печегубское, Урагубское месторождения), а в трех компактно упакованных из разнопорядковых линз "гломерах" и серии сопровождающих их более мелких линз (рис. 1.19). Все гломеры изолированы друг от друга, но в зоне ожидаемого продолжения одной в другую располагаются мелкие рудные линзы, в свою очередь совершенно изолированные и друг от друга, и от основных гломер.
Внутрирудная разломная сеть настолько плотна, что вычленяет блоки порядка 1000 м3, которые к тому же часто развернуты как относительно общего простирания, так и относительно друг друга (см. рис. 1.16 и 1.19). Однако внутрилинзовые секущие разломы, маркируемыми дайками основных пород и гранитных пегматитов, зонами брекчирования, бластомилонитами и слюдитами, выходя за пределы линзы, не только никак не искажают ее плавноизогнутых очертаний — хотя внутри нее они контролируют шарнирные смещения и внутрирудную блокировку, — но даже обычно не фиксируются текстурами вмещающих глиноземистых гнейсов.
На разрезах рудных тел проявляется уже отмеченный при описании Оленегорс-кого месторождения их характерный каплеобразный облик (рис. 1.20). Утолщенные части гломер обращены кверху, по восстанию залежи, а "хвосты" — книзу, по падению. И опять в приповерхностных частях рудных тел проявлены интенсивные надвиги, сопровождающие зоны с отрицательным падением, причем они ограничены рамками железистых кварцитов и практически никогда не выходят за пределы гломер (Горяиновидр., 1990; Goryainov, 1990; Goryainov, Ivanyuk, 1998). Продольное сечение гломер практически не отличается от такового Оленегорского месторождения: их утолщенная головная часть находится в приповерхностной, а хвостовая — в глубинной части разреза (рис. 1.21). Важно отметить и то, что результаты замеров 5-линейности (шарниров мелких складок, осей вращения порфироб-ласт и будин граната) в обнажениях карьера и данные о склонении гломер, полученные при составлении продольного разреза, полностью совпадают и составляют величину около 35 ю-юв.
Аутигенная зональность в железистых кварцитах Кировогорского ПРИ месторождения, по сути, ничем не отличается от таковой Оленегорского, просто приходится рассматривать не одну, а несколько линз. По прежнему, гематито-магнетитовые кварциты тяготеют к внутренним частям рудных тел, сульфидсодержа-щие кварциты, карбонатные сланцы и диопсидиты — к внешним. При компонентном анализе минерального состава рудных разновидностей пород ПЖФ Кировогорского месторождения (рис. 1.22) выявлены следующие парагенезисы минералов: 1) Qtz-Mgt; 2) Hem-Actic;
Тела пегматитов и диабазов, развитые в пределах месторождения, объединены в характерные штокверковые сети, развернутые одна относительно другой примерно на 30 (см. рис. 1.19), имеют висячий, бескорневой характер и практически не воздействуют на окружающие кварциты. Дайки долеритов мощностью от 10 метров до первых миллиметров секут все породы, включая гранитные пегматиты (рис. 1.23). До недавнего времени довольно расхожим было мнение о том, чтодолери-товые дайки в толще пород ПЖФ — это корни вулканитов среднего протерозоя. В ходе эксплуатационных работ выяснилось, однако, что "корни" глубинного эффузивного магматизма сами являются висячими, бескорневыми. Никаких признаков магматических резервуаров, древовидных ответвлений или подводящих каналов от более крупных тел, как допускали в 1950—60-е годы (Геология СССР, 1958; Гедовиус, 1962), последующими детальными исследованиями установить не удалось. Уже на глубине 250 метров количество базитовых даек экспоненциально уменьшается , вследствие чего сеть даек на верхних горизонтах в 4.5—5 раз плотнее, чем на глубине 400 м. На глубинах же более 1 км диабазы практически отсутствуют или крайне редки.
По периферии рудных тел залегает большое количество разнообразных гидротермальных жил, в первую очередь альмандино-биотитовых, кальцито-диоп-сидовых (в железистых кварцитах), эпидото-кварцевых, гроссуляро-кварцевых, кварцево-цеолитовых и пектолитовых (во вмещающих гнейсах).
Магнетит
Магнетит — почти повсеместно главный и "сквозной" минерал всех пород железисто-кремнистого ряда и главный объект добычи, в силу чего его изучению было уделено особое внимание. В зависимости от конкретной геологической обстановки, он характеризуется разнообразием морфологии, анатомии, парагене-тических взаимоотношений с другими минералами, механизмов образования, а также ощутимыми вариациями размера зёрен, состава, кристаллохимических особенностей и физических свойств. В отличие от прочих минералов ПЖФ, изучению магнетита из пород Кольской ПЖФ посвящена довольно обширная литература (Макарова, 1972; Барабанов, 1974; Барабанов, Волошин, 1974; Барабанов, 1977; Беляев и др., 1987; Горяинов, Балабонин, 1988; Балабонин и др., 1988; Горя-инов и др., 1990; Иванюк, 1991; Иванюк, Никитин, 1991; Иванюк и др., 1994; 1996; Балабонин, Иванюк, 1995; Базай, 1997; Базай, Иванюк, 1997 и др.), но до сих пор многие вопросы о составе и свойствах этого минерала разрешены не до конца.
Магнетит встречается во всех типах рудных и слаборудных кварцитов, вдиопси-дитах, кальцифирах, различных метасоматитах (см. рис. 1.25, 1.28, 1.30); нередко он присутствует в виде различной густоты вкрапленности во вмещающих амфиболитах и гнейсах (рис. 3.44), особенно вблизи их контакта с железистыми кварцитами. Типичны выделения магнетита в долеритах и, особенно, в гранитных пегматитах, секущих сульфидно-магнетитовые и магнетитовые железистые кварциты (в гематито-маг-нетитовых кварцитах пегматиты обогащены преимущественно ильменитом). При минераграфическом изучении железистых кварцитов из различных месторождений Кольского полуострова примерно в 30% из них обнаружено наличие двухфазных магнетитов с коричневатой и голубоватой в отраженном свете разновидностями в пределах одного аншлифа (Балабонин, Иванюк, 1995). В оставшихся 70 % ан-шлифов наблюдается только "коричневатый" магнетит (хотя необходимо сразу отметить, что вполне надежно разновидности магнетита различаются только при наблюдении в одном поле зрения, так что определённые ошибки в оценке распространённости магнетитовых фаз не исключены).
Две магнетитовые фазы обнаружены нами (Балабонин, Иванюк, 1995) в 64% образцов магнетитовых кварцитов, в 55 % сульфидсодер-жащих, в 30% карбонатных сланцев и лишь в 2 % гематито-магнетитовых руд, причем доля образцов с плагиоклаза в мусковито-биотитовом гнейсе Ки-двумя разновидностями магнетита ровогорского месторождения (обр. КГ-99-llr).
возрастает с увеличением общего содержания магнетита в породе. Количественно эта закономерность отражена на графике, показывающем соотношение долей образцов с одной и двумя разновидностями магнетита в зависимости от степени окисленности породы (рис. 3.45). Последнее определяется минеральными ассоциациями в ряду: сульфиды — магнетит — гематит, а в пределах магнетитовых кварцитов — количественным соотношением магнетита и силикатов. Из графика видно, что двухфазный магнетит отсутствует в сульфидно-магнетитовых и силикатных кварцитах с низким содержанием магнетита; с ростом количества последнего доля образцов с двумя магнетитовыми фазами возрастает, а затем, при достижении предела Fe203 / FeO = 2.5 (т. е. с появлением в породе гематита) вновь резко падает до нуля. Поздние относительно железистых кварцитов разновидности оруденелых пород (кварцевые, цеолитовые, карбонатные жилы, скарноиды, диопсидиты, богатые переотложенные руды и т. д.) включают только "коричневатую" разновидность магнетита. В образцах с двухфазным магнетитом почти всегда количественно преобладает "коричневатая" разновидность; относительное содержание "голубоватой" фазы редко достигает 20-30%. Распространённость одно- и двухфазного магнетитов главным образом зависят от типа кварцитов, хотя и различны для однотипных пород и руд из разных месторождений. Так, "голубоватая" фаза значительно чаще и в большем количестве наблюдается в кварцитах Кировогорского месторождения, чем в рудах Оленегорского, Железноваракского или Комсомольского месторождений. Не характерна она и для пород, образованных в условиях гранулитовой фации.
При изучении железистых кварцитов Печегубского месторождения (Иванюк, Никитин, 1991; Иванюк, 1991л; Егоров, Иванюк, 19966) установлено, что в прямопо-лосчатых магнетитовых кварцитах распространён двухфазный магнетит, а аналогичные породы с интенсивно проявленной плойчатостью содержат только "коричневатый" магнетит. Эта закономерность подтверждается и на других месторождениях, так что в среднем у 91 % кварцитов с двухфазным магнетитом текстуры прямополо-счатые, а у 81 % образцов с однофазным магнетитом — плойчатые.
Типы срастаний, морфология, взимоотношения фаз
Морфологически магнетит весьма разнообразен и слагает агрегаты следующих типов (рис. 3.46): а) полигональные, цепочечные, ленточные, сплошные, петельчатые, ветвистые агрегаты гранобластовой структуры; б) изолированные одиночные, равномерно рассеянные или собранные в разреженные полосы гнезда, сегрегации, идиоморфные и ксеноморфные зёрна; в) сложные скелетные срастания с силикатами, кварцем и сульфидами; г) пойкили-товые вростки магнетита в кварце, силикатах и сульфидах; неравномерная вкрапленность пылевидного магнетита в силикатах, образовавшаяся в результате их изменения или распада высокотемпературных твердых растворов; д) реликтовые ксеноморфные выделения на месте замещенных другими минералами зёрен магнетита; е) параллельно-шестоватые агрегаты удлиненных по одной из осей [111] кристаллов (до 4 см в длину), растущих от одной границы магнетитового прослоя к другой.
Изучение морфологии магнетита при помощи сканирующего электронного микроскопа Hitachi S-430 показало, что габитус идиоморфных индивидов минерала определяется сочетанием двух форм — октаэдра {111} и ромбододекаэдра {110} — с заметным преобладанием первой из них (рис. 3.47). Использование для исследования магнетита нематических жидких кристаллов (НЖК) позволило обнаружить мозаичные зёрна (рис. 3.48), простые и полисинтетические (по шпинеолевому закону) двойники (рис. 3.49), особенно характерные для плойчатых магнетитовых кварцитов. Зёрна магнетита обычно содержат разнообразные по составу, размерам и происхождению включения других минеральных фаз. Основная их часть представляет собой механическую примесь, захваченную при росте магнетитовых зёрен, другие относятся к продуктам окисления магнетита и распада его твердых растворов с герцинитом и ильменитом.
"Коричневатый" и "голубоватый" магнетиты находятся в различных количественных и структурных соотношениях друг с другом, причем "голубоватая" фаза всегда фиксируется в срастании с "коричневатой". Выделяется три основных типа таких срастаний:
1. Гипидиоморфно-, аллотриоморфно- и идиоморфно-зернистые агрегаты зёрен ко-личественно преобладающего "коричневатого" магнетита с "голубоватым" (рис. 3.50Й). Относительные размеры зёрен, их морфология, характер границ весьма разнообразны, хотя "голубоватая" фаза чаще, чем "коричневатая", образует идио-морфные выделения. В таких агрегатах явных признаков развития одной разновидности по другой обычно не устанавливается, но частое нахождение кристаллов "голубоватого" магнетита включенными в зёрна или сегрегации "коричневатого" может свидетельствовать о более поздней кристаллизации последних;
2. Сложные срастания магнетитовых фаз с прихотливыми очертаниями их выделений. Центральные части зёрен сложены преимущественно "голубоватой" модификацией, а в краевых частях развиты каймы "коричневатого" магнетита, явно вторичного по отношению к "голубоватому" (рис. 3.506). Последний часто имеет вид монолитной массы, разбитой трещинками, заполненными "коричневатым" магнетитом, либо брекчии, обломки которой — "голубоватая" фаза, а цемент — "коричневатая". Для "голубоватого" магнетита здесь характерна неоднородная "пористая" или "слоистая" поверхность, тогда как "коричневатая" разновидность выглядит гладкой даже при больших увеличениях. Такие срастания нередко входят составной частью в агрегаты первого типа;
3. Каёмки "коричневатого" магнетита вокругэкссолюционныхламелей герцинита в "голубоватом" (рис. 3.50в). Этот своеобразный морфологический тип обнаружен в железистых кварцитах рудопроявлений Кичаны и Пинкельявр, хотя его наличие можно ожидать везде, где магнетит содержит экссолюционные ламели герцинита. Образование таких каемок, очевидно, происходит синхронно с распаяем высокотемпературного твердого раствора. Обычно цветовые различия между фазами этого типа очень невелики и наблюдения удобнее осуществлять при помощи НЖК, который по-разному взаимодействует с "коричневатой" и "голубоватой" разновидностями магнетита. При травлении образцов соляной кислотой уже через несколько секунд проявляется интенсивное побурение зёрен "коричневатого" магнетита, в то время как вы-дезгенйй "голубоватого" долгое время не обнаруживают практически никаких изменений, кроме появления редких треугольных или квадратных ямок травления. При дательном воздействии кислоты количество и размеры ямок растут, приводя в конечном итоге к полному потемнению зерна. Растворение "коричневатой" фазы происходит равномерно на всей поверхности, ямки травления редки. В конечном итоге рельеф выделений коричневатого магнетита может оказаться даже несколько выше, чем рельеф "голубоватого" магнетита.
Кальцит
Кальцит — распространённый акцессорный минерал всех пород железисто-кремнистой формации. В гематитсодержащих кварцитах он достаточно редок, для магне-титовых и сульфидно-магнетитовых кварцитов характерны его мелкие (порядка 0.01 — 0.10 мм) округлые зёрна, их линзовидные сегрегации (до 5 см в поперечнике) и струйчатые просечки (рис. 3.188) а в магнетито-диопсидовых породах появляются кальци-товые гнезда и прожилки до нескольких десятков сантиметров в поперечнике. В железистых кварцитах месторождений им. проф. Баумана и Кировогорского встречены магнетито-кальцитовые прожилки мощностью 0.5—2.0 см, секущие не только сами железистые кварциты, но и кварцевые жилы в них. Крупнозернистый молочно-белый кальцит нередко цементирует обломки железистых кварцитов в зонах брекчирования этих пород, широко развитых на Кировогорском месторождении. В апоамфиболитовых кальцифирах кальцит является главным минералом, образующим в ассоциации с лабрадором и геденбергитом гранобластовый агрегат изометричных зёрен (до 2 мм в поперечнике) белого цвета, а в магнетито-кальцито-доломитовых породах он заполняет интерстиции в агрегате более идиоморфных кристаллов доломита и магнетита (рис. 3.189).
Для нодулярных и роговообманковых гнейсов типичны мономинеральные крупнозернистые сегрегации кальцита белого или розового цвета, зальбанды которых часто инкрустированы кристаллами диопсида, эпидота и андрадита. Здесь же широко распространены кварцевые жилы, в осевых частях которых присутствуют линзо-видные скопления крупнозернистого ярко-оранжевого кальцита (до 15 см в поперечнике и 3 см в толщину). Хорошо образованные бесцветные кристаллы кальцита (до 1 см в поперечнике) характерны для гидротермальных жил с кварцем, диопси-дом, эпидотом, роговой обманкой, гроссуляром и цеолитами, секущих биотитовые гнейсы Кировогорского и Оленегорского месторождений (рис. 3.190). Чаще всего они имеют ромбоэдрическую форму, следы растворения и регенерации. В пустотах апоамфиболитовых диопси-дитов Кировогорского месторождения встречен "натёчный" кальцит, образующий мелкие (до 1 мм в диаметре) почки бледно-жёлтого цвета.
Следует также отметить единичные находки долеритов миндалека-менной текстуры на месторождениях им. 15-летия Октября и Оленегорском. Миндалины (до 2 мм в поперечнике) выполнены кальцитом, клинохлором, ильменитом и кварцем. Похожие, но менее чётко выраженные кальцитовые сегрегации присутствуют в некоторых участках габбровой интрузии, разделяющей месторождения им. проф. Баумана и 15-летия Октября (Горяинов и др., 1968): рис. 3.191.
Поданным микрозондового анализа (табл. 3.71), состав кальцита, в целом, отвечает стехиометрии; из примесей в ощутимых количествах зафиксированы Mg (до 0.06 ф. е. в кальците из магнетито-карбонатоных пород), Мп (до 0.02 ф. е. в кальците из гранитного пегматита и из гидротермальной жилы в биотитовых гнейсах). Fe (до 0.03 ф. е. в кальците из жилы в биотитовых гнейсах) и Si (до 0.02 ф. е.). Кремний, в большем или меньшем количестве зафиксированный практически во всех образцах, скорее всего связан с микровключениями силикатов, не видимыми с разрешением микрозонда.
Примечания: 1 — Са098[С100О3], тремолито-гематито-магнетитовый кварцит м-ия им. проф. Баумана (обр. БМ-0І-67); 2 - Са097[С101О3], актинолито-гематито-магнетитовый кварцит Кировогорского м-ия (обр. 45-82); 3 - (Са100 Мп001)101[С099О3], андрадито-диопсидо-магнетито-вый кварцит Кировогорского м-ия (обр. 35-81); 4 - (Ca0S9 Fe2+002 Mg001)092[C103O3], альмандино-геденбергито-магнетитовый кварцит рудопроявления Пинкельявр (обр. П-2/138.5); 5 — (Ca092Fe2+001 Mg00] Si001)09J[C102O3], геденбергито-сульфидно-магнетитовый кварцит м-ия им. 15-летия Октября (обр. ОК-99-3); б - (Ca09i Fe2+003 Mn001 Si001)09g[C101O3], ферроактинолито-геденбергито-сульфидно-магнетитовый кварцит Оленегорского м-ия (обр. ОГ-99-14); 7 — (Ca092Fe2+001 Mg001)094[C, 03О3], актинолито-сульфидно-магнетитовый кварцит м-ия им. 15-летия Октября (обр. ОК-99-4); 8— Са099[С100О3], эпидото-андрадито-диопсидо-кальцитовый скарноид Оленегорского м-ия (обр. ОГ-7-98); 9 - (Са096 Fe2+001 Mn001 Mg001)099[C, 01О3], геденбергито-плагио-клазо-кальцитовая порода Печегубского м-ия (обр. ПГ-2-98); 10 - (Са093 Fe2+001 Mn001 Mg001)095 [С102О3], диопсидо-плагиоклазо-кальцитовая порода Айварского м-ия (обр. Н-57-87); 11 —Са097[С101О3], магнетито-диопсидовая порода Кировогорского м-ия (обр. 17-81к); 12 — (Ca091 Mgggj Fe2+00, Mn001)098[C101O3], магнетито-кальцито-доломитовая порода Кировогорского м-ия (обр. 585); 13 — (Са090 Mg005 Fe2+001 Мп001)097[С101О3], магнетито-кальцито-доломитовая порода Кировогорского м-ия (обр. 583); 14 — (Са089 Mg004 Fe2+001 Mn001)09S[C102O3], магнетито-кальцито-доломитовая порода Кировогорского м-ия (обр. 584); 15 — Ca09g[C, 01О3], кварцево-кальцито-гроссу-ляровый прожилок в биотитовых гнейсах Оленегорского м-ия (обр. ОГ-99-2); 16 — (Са090 Мп001)091 [С104О3], кварцево-мусковито-кальцитовая жила в биотитовых гнейсах Оленегорского м-ия (обр. ОГ-00-3); 17 — Са, од[С1 О,], пектолито-кальцито-датолитовый прожилок в мусковито-биотитовых гнейсах Кировогорского м-ия (обр. КГ-99-13); 18 — Са0 9g[Cj 0]О3], кварцево-цеолитовая жила в апоамфибо-литовых диопсидитах Кировогорского м-ия (обр. КГ-98); 19 — (Са098 Si001)099[C10O3], гроссуляро-волластонито-кальцитовый прожилок в гнейсах Оленегорского м-ия (обр. ГИМ-1490); 20 - (Caog7 Mg006 Fe2+002 Мп001)096[С102О3], эпидото-роговообманково-мейонитовая жила в биотитовых гнейсах Оленегорского м-ия (обр. ОЛН-1172); 21 — (Са092 Mg,, Si002 Мп001)097[С101О3], сепиолито-кальцито-вый прожилок в магнетитовых кварцитах Оленегорского м-ия (обр. ОГ-00-11); 22 — Са100[С]00О3], гроссуляро-кварцевая жила в биотитовых гнейсах Оленегорского м-ия (обр. ОГ-99-9); 23 - (Са0 Мп0 02 Fe2+001 Mg00l Si001)09J[C102O3], кварцево-плагиоклазо-мусковитовая сегрегация в нодулярных гнейсах Кировогорского м-ия (обр. КГ-99-6); 24 — Са„ [Cj 03О3], аподолеритовый шамозитовий сланец Кировогорского м-ия (обр. КГ-5-98); 25 — (Са094 Fe2+001 Мп001)096[С]02О3], плагиоклазовый пегматит Оленегорского м-ия (обр. ОГ-99-18); 26 — (Са092 Mn Fe2+001 Mg C,,, ], биотито-микроклиновый пегматит Оленегорского м-ия (обр. ОГ-99-7); 27 — Са095[С102О3], калбцито-кварцево-пренитовая порода м-ия им. проф. Баумана (обр. БМ-01-59). При рассчете формул весь недостаток суммы оксидов отнесен на счет С02.
Пульсации Помо-Манневиля
Простейшим прототипом детерминированного перехода к хаотическому состоянию являются логистические отображения типахп+1 =А П А), где Л - некоторый параметр,/- непрерывная функция, напримерх2 + с, сх{\ - х), cosx, csin( x) и т. д. Рассмотрим, например, известное отображение, введенное в 1845 г. П. Ф. Ферхюльстом для описания динамики биологических популяций в замкнутой среде:
Для ответа на вопрос, что произойдет с рассматриваемой системой по прошествии достаточно долгого времени, достаточно выяснить, какой будет последовательность х , х2, xv...,xn при различных значениях параметра Л.
Анализ уравнения (VI7) показывает, что при 0 Л 1 последовательность стремится к нулю при любых значениях хх. Вообще говоря, поведение последовательности (VI7) удобнее анализировать графически (рис. 5.84), построив в одной координатной плоскости ха+1 - хп графики функций хп+1 = хп и хп+1 -Дхп, А) при заданном значении управляющего параметра Л (May, 1976). Для этого, выбрав произвольное значение дс,, проведем вертикальную линию до пересечения с параболой (V. 17) и получим точку А, а из точки А - горизонтальную линию до пересечения с прямой хп+1 = хп (точка В). Вертикаль из точки В при пересечении с параболой даст точку с"с координатой хг Приняв точку с абсциссой х, за начальную и повторив все операции, получим х3 и т. д. Из графика видно, что при п - сю последовательность стремится к нулю.
Если Л немного больше единицы (например, 1.5), то последовательность (V17) стремится к постоянному значению 0 (рис. 5.85). При Л 1 уравнение имеет один неотрицательный корень х = 0, при переходе через Л = 1 происходит бифуркация и больших п числа Л ведут себя как геометрическая прогрессия (Фейгенбаум, 1983):
Лабораторные эксперименты показали хорошую согласованность данных с предсказанными при помощи соотношения (V. 18) теоретическими значениями.
Поведение последовательности (V. 17) характеризуется высокой чувствительностью к начальным данным, т. е. последовательности, стартовавшие из двух близких точек, быстро расходятся, и мы практически не можем предсказать поведение такой системы в будущем. В частности, такое поведение отображение (V. 17) проявляет при А = 4. Построив для двух сколь угодно близких начальных чисел де, и х/ последовательности {хп} и {хп} , мы увидим, что первые их члены действительно будут очень близки, но, начиная с некоторой итерации, их поведение станет в корне различным (рис. 5.89). Этот эффект играет решающую роль в объяснении общеизвестного факта ухудшения метеорологического прогноза с увеличением мощности его компьютерного обеспечения — это как раз тот случай, когда поведение системы непредсказуемо в принципе, по крайней мере, в деталях. То же самое относится к месторождениям полезных ископаемых, включая железорудные, среди которых совершенно отсутствуют полные аналоги (Горяинов, Иванюк, 2001).
Вернёмся вновь к бифуркационной диаграмме х =ДА) для отображения (V. 17) (см. рис. 5.88). В левой её части происходит каскад бифуркаций удвоения периода, а при А А„ наступает хаос, прерываемый интервалами, в которых существуют устойчивые циклы разных порядков. Самый большой из этих интервалов начинается при А = 1 + V8 , где имеет место устойчивый цикл периода три (рис. 5.90), потом происходят удвоения и появляются циклы S6, S 2 и т.д., вплоть до нового хаотического состояния.
Если рассмотреть поведение последовательности (VI7) вблизи Ас, то обнаружится интересное явление: если при Л Лс после длительного переходного процесса точки притягиваются к циклу SP (см. рис. 5.90), то при Л Хс, несмотря на то, что сначала точки также медленно приближаются к SP, затем они быстро от него отходят. Иными словами, отображение (V. 17) при Л Лс соответствует перемежаемости, когда решения, похожие на регулярное, чередуются в нем с хаотическими (рис. 5.91). Механизмом, посредством которого в логистическом отображении появляется нечётное число неподвижных точек, является т. н. обратный каскад (рис. 5.92). Он имеет близкую к прямому каскаду структуру, но ведет в противоположном направлении по оси Л, причём значения Л, при которых происходят бифуркации обратного каскада, также сходятся к Лтс с масштабным множителем 6 = 4.669...! В этом ещё одно подтверждение того, что хаос на самом деле может представлять собой строгую, но очень сложную организацию.
