Содержание к диссертации
Введение
2. Современное состояние вопроса. цель и задачи исследования 10
2.1. Краткие сведения по геологии и структуре Хибинского, массива IQ
2.2. Характеристика типов руд . 15
2.3.. Анализ исследований происхождения брекчиевидных апатито-нефелиновых пород (руд) 18
2.4. Цель и задачи исследования 25
3. Методика исследования брекчиевидных пород 29
3.1 Выбор и обоснование месторождения для проведения основных исследований 29
2.2 Методика изучения морфологии брекчиевидных пород и их трещиноватости в подземных горных выработках 30
3.3. Методика фо то документации 32
3.4. Отбор штуфов для изготовления прозрачных шлифов 3?
3.5. Отбор проб на фазовый анализ 38
3.8. Получение чистого апатита 38
3.7 Применение статистических методов * 39
4. Уорфология брекчиевидных пород 42
4.1. Геологическое строение месторождения Апатитовый цирк ... 42
4.2 .. Структурное положение и процентраспространенности типов руд 51
4.3» Морфологические особенности брекчиевидных апатито-нефел иновых пород 54
4.4.. Трещиноватость брекчневидних апатито-нефелиновых пород 74
5 Петрография брекчиевидных апатито-нефелиновых пород 84
5.1 Визуальное изучение образцов 84
5.2. Минеральный состав апатитовых обособлений и вмещающего уртита* Взаимоотношения между ними 84
5.3 Аншлифы »..118
6 Вещественный состав брекчиевидных пород 124
6.1 Количественный минеральный состав .124
6.2. Состав апатитовых обособлений и вмещающего уртита »131
6.3.Содержание редких земель в брекчиевидных рудах
(породах) »..139
6.4. Корреляционные связи между минералами 141
6.5. Химический оостав брекчиевидных руд (пород) 146
7. Происховдение апатито-нефелиновых пород брекчиевидной текстуры 167
7.1. Результаты экспериментов ,»167
7.2. Гипотеза происхождения брекчиевидных апатито-нефелиновых пород 176
Заключение 183
Литература
- Анализ исследований происхождения брекчиевидных апатито-нефелиновых пород (руд)
- Методика изучения морфологии брекчиевидных пород и их трещиноватости в подземных горных выработках
- .. Структурное положение и процентраспространенности типов руд
- Минеральный состав апатитовых обособлений и вмещающего уртита* Взаимоотношения между ними
Анализ исследований происхождения брекчиевидных апатито-нефелиновых пород (руд)
Но как показали геологические исследования /2,50,54,7]/ внедрение чисто апатитовой магмы исключается, так как в этом случае мы должны ожидать секущие тела апатитовых пород в различных вмещающих породах,, а в действительности апатитовые породы строга приурочены к одному типу пород - ийолит-уртитам и к тому же только к их апикальной прикровлевой части.
М.П.Фивег, описывая Кукисвумчоррскую линзу замечает: "Во многих местах в приконтактовой полосе, иногда и в других местах рудного, тела обнаруживаются неправильной формы глыбы; ийолит-порфира, с хорошо выраженной брекчиевидной текстурой. В этих участках всегда в большом количестве включены неправильно распределенные округлые пятна мелкозернистого апатита (очковая текстура)" /124/.
В последующие годы с накоплением и детализацией геологических материалов точка зрения на генезис апатитовой "брекчии" резко изменилась.. Одно из конкретных суждений было высказано Л Антоновым /Vt который определил апатитовую "брекчию", по его терминологии "негапит", как эруптивную. В„,Н#Годовиков высказал предположение, что этот тип руд образовался "вследствие расплавления древних ийолитов апатитовым расплавом и последующей интрузией переплавленного материала, т.е. в образовании брекчиевидной текстуры главным фактором-является палингенез" /30/«.
Наиболее четкое определение апатито-нефелиновым породам брекчиевидной текстуры дал А.В.Галахов /26/: "Апатитовая брекчия характерна для богатой зоны месторождения, и лишь местами ее ветви встречаются в бедной зоне . Она представляет собой различно ориентированные обломки апатито-нефелиновых пород, сцементированные апатитосодержащим полевошпатовым уртитом и ийолитом. При увеличении содержания апатита в цементе брекчии он напоминает апа-тито-нефелиновые породы разной текстуры" (с.57).
По представлениям Т.Н»,йвановой /60/: "В апатитовой брекчии различают - цемент и обломки. Цемент представлен апатитосодержащим полевошпатовым уртитом . Местами уртит содержит очень большое количество полевого шпата Обломки, брекчии сложены пятнистой и пятнисто-полосчатой апатитовой породой, аналогичной той» которая характерна для богатой зоны» Структура апатитовой брекчии сложная. Цемент имеет гипидио-морфнсЕзернистую структуру обычную для пятнистых и пятнисто-полосчатых апатитовых пород, панидиоморфнозернистую иди алло три аморфно-зернистую о участками пойкилитовой" (с.32).
Позднее Т..Н.Иванова /61/ приходит к выводу, что: "Ксенолита апатитовых пород обычно соответствуют окружающим породам. Однако наблюдались случаи, когда ксенолиты были представлена бедными линзовидно«полосчатыми породами, хотя брекчия залегает1 в богатой руде, и наоборот.
Судя по полосатости, обломки апатитовых пород повернуты относительно друг друга, что дает основание рассматривать это образование как типичную эруптивную брекчию ...м (с.ІЗі).
Но Г#М»Вировлянский /23/ считает, что брекчиевидные породы нельзя рассматривать как эруптивные образования, что " в таком случае естественна было бы ожидать проявления трубчатых или штокообразных форм брекчиевых тел, а также наличия в них многочисленных ксенолитов пород кристаллического фундамента, вынесенных из глубин в процессе внедрения магматического материала" (с.32)..
Г.М.Вировдянский рассматривает апатитовые брекчиевидные: породы (руды),, как образовавшиеся исключительно вследствие тектонических процессов: "Резко различные размеры обломков; разнообразие формы и резкие границы их с цементирующим материалом; широкое проявление остроугольных обломков, а также дезориентированное расположение их среди цемента" (с,32). И далее: "Характерная для
этого процесса тенденция к горизонтальному расположению длинных осей обломков отражает свободные условия внедрения, отсутствие ориентированной нагрузки, направленного давления в период формирования брекчии, т#е. условия, при которых распределение обломков в брекчии регулируется, в конечном итоге, соотношениями удельных весов магматического расплава и обломков" (с.83).
Факты, описанные Г.ЬЦЗировлянским, наблюдались и нами, однако из соотношения удельных весов минералог и содержания их в апатитовых обособлениях легко вычисляется их средний удельный вес, который равен 3,21, плотность же магматического расплава, при раскристаллизации образовавшего: так называемый "цемент", равна 3,07. Но кроме того, в расплаве содержались углеводородные газы, что показано в работах.И.АЛетерсилве /IQI/, и летучие соединения фтора и воды» Газовая составляющая оценивается нами приблизительно в %, тогда плотность магматического расплава будет еще ниже - 2,92. При таком соотношении удельных весов,, если даже допустить, что апатитовые обособления - так называемые "ксенолиты11 находились в спокойном состоянии, т.е.. когда по Г.М.Вировлянскому предполагается "отсутствие ориентированной нагрузки", все "ксенолиты0 под действием сил» тяжести потонут в расплаве и соберутся на дне камеры, что подтверждается нашими экспериментальными исследованиями, о которых будет сказано ниже .
М»М.Калинкин /6 7/, занимаясь изучением закономерностей размещения апатито-нефелиновых руд в юго-западном; рудном поле Хибин, при описании текстур рудного тела отметил: "... повернутые блоки апатито-нефелиновых руд и ийолит-уртитов в массивных уртитах часто являються не ксенолитами, а типичными структурами блокировании, сформировавшихся на раннемагматическом этапе по типу об разования автобрекчий" (с. 100). Но М,М.
Методика изучения морфологии брекчиевидных пород и их трещиноватости в подземных горных выработках
Изучение морфологии: проводилось следующим образом. Первоначально по геологическим планам и разрезам были намечены доступные для наблюдений выработки, пройденные по брекчиевидным породам.. Затем намеченные участки изучались в естественных условиях. Каж дый участок (ІО-ЗО м) предварительно отмывался водой, привязывался к опорной маркшейдерской сети, после чего тщательно изучался визуально, В пикетажную книжку записывались текстурные и структурные особенности Ар-обособлений и вмещающего уртита, взаимоотношения между ними, количество обособлений и характер их расположения: в породе, контакты брекчиевидных пород с другими типами пород и руд. Попутно намечались точки отбора образцов. После визуального изучения производилась фотодокументация участка Сем.3,2) и опробование,.
Опробование брекчиевидных пород представляет определенные трудности, вызванные неравномерным распределением Ар-обособлений в уртите, разнообразием их текстурных разновидностей, необходимостью отбора образцов крупных размеров от 15x30. и более см и т.д., поэтому чтобы изучаемый участок был представлен в образцах как можно полнее: а) он опробуется по вертикальной и горизонтальной осям; б) по вертикальной оси - от подошвы к своду на высоту 1,,5-2 метра, по горизонтальной оси на всю длину участка (I0-3Q м).
Точки опробования и расстояния между ними выбирались с учетом разнообразия текстурных разновидностей обособлений и уртита данного участка. Образцы отбивались так, чтоба Ар-обособление было представлено целиком (или часть крупного) вместе с вмещающим уртитом. Каждый образец отбирался строго ориентированно с привязкой к месту отбора, для чего на образце мелом делались соответствующие пометки, указывающие его положение в массиве до момента отбора. Затем образец снабжался этикеткой с подробным описанием. Для исследований брекчиевидных пород месторождения Апатитовый цирк было отобрано 185 образцов» фи камеральных исследованиях, для выяснения взаимоотношения Ар-обособлений с вмещающим уртитом, каждый образец разрезался по двум взаимно перпендикулярным осям на пластины толщиной 4-5 мм, причем по каждому направлению нарезалось не менее 4 пластин.. Одна пластина расходовалась на изготовление прозрачных шлифов, другая-на производство химического, и фазового анализов, третья - для визуального изучения морфологии образца в срезе,, четвертая - сохранилась как дубликат..
Кроме морфологюь, для изучения особенностей структуры брек-чиевидных пород было проведена инженерно-геологическое исследование трещиноватости, по методике, разработанной на основании "Рекомендаций по изучению трещиноватости горных пород при инженерно-геологических изысканиях для строительства" /109/,.
При изучении пород и руд в подземной горной выработке обычно отмечают лишь отдельные их особенности, большинство же различных свойств данной горной породы ускользает от внимания исследователя. Описание и документация горной породи часто вызывают затруднения» а графические зарисовки схематичны и качество их зависит от способностей и наблюдательности исполнителя.. Названные причины заставляют обратиться к методу фотодокументации как наиболее объективному при изучении руд и пород в подземных горных выработках.
С применением фотодокументации отпадает необходимость в зарисовке горных выработок и в их повторных посещениях, члю особенно важно в условиях непрерывной эксплуатации месторождения. Значительно возрастают качество и объективность геологических планов и раарезов, точность привязки мест1 отбора проб. Появляется возможность определять количественные соатношения между текстурными разновидностями пород и руд, производить планиметрирование отдельных участков рудных тел, исследовать трещиноватость и блочность горных пород
.. Структурное положение и процентраспространенности типов руд
Не -сколько дальше, на фланге участка (ПК 9+704-9+71) (см.рис.4Д1) находится небольшое обособление размером 8x15 см, напоминающий по форме "головастика". Апатитовая линза изогнута плавной дугой,, вдоль всей линзочки по центральной части протянулась тонкая тем -ная силикатная полоска, того же вида и состава,.- что и вмещающий уртит. При тщательном рассмотрении видно, что края линзы неровные, зубяатые с "заливчиками" из уртита. Рядом видны слабые контуры большого, округлого обособления, от которого остался прозрачный отпечаток. Общий характер расположения обособлений в уртите свидетельствует1 о происходившем в расплаве движении. Тектонического воздействия не обнаружено Северный штрек. Оряг I. Участок 6. Кровля выработки между двух стенок, интервал 2 м. В кровле выработки в порфировидном апатитосодержащем; уртите располагается крупное апатитовое тело овальной формы и зонального строения, размером 2x4 м, рис.4.12. Простирание тела, условно названного по характеру расположения в нем апатитовых полос "вихрем", совпадает с простиранием рудного тела» "Вихрь" имеет сложное строение, он состоит из нескольких апатитових слоев, перемежающихся с уртитовыми прослоями. В центральной части "вихря" находится круглое апатитовое "ядро", размером по диаметру 6.0 ом. "Ядро", вероятно„ вначале было целым, а потом, растрескалось на три неравных сегмента, трещины же заполнены силикатным расплавом Ссм.рис.4.12). Далее следуют апатитовые слои перемежающиеся с силикатными, апатитовые слои шириной 10-15 см, силикатные - 3-5 см. Внешний апатитовый слой самый мощный (шириной 40-50 см) имеет неясно выраженную пятнистую текстуру - мелкие силикатные пятна неравномерно разбросаны по апатитовому слою.. В южной краевой части "вихря" мощный апатитовый слой переходит в слой мощностью 10-15 см с линзовидно-полосчатой текстурой» который быстро переходит в свою очередь во вмещающий ур-тит. Восточный край "вихря." заканчивается небольшой группой обособлений Сом» рис. 4.12) одно из них имеет форму шара (в диаметре 10 см) и пятнистую, текстуру, аналогичную мощному апатитовому слою "вихря", другое - в виде тонкого слоя длиной 25 см и шириной 3 см состоит из чистого апатита, остальные - в виде полос, слоев В описанном спиралевидном апатитовом теле, расположенном в контурах брекч невидно го. рудного тела, представлены все основные типы текстур, распространенные в апатито-нефелиновых рудных телах» Каких-либо тектонических нарушений, за исключением естественной трещи-новатости, на всем протяжении выработки обнаружено не было Горизонт +530 м. Участок 7. Вентсборочный орт (ВСО-іг Х Интервал 7 метров» Восточная стенка выработки, рис.4.13. На данном участке в темноцветном порфировидном апатитосодержащем уртите "разбросаны" апатитовые обособления, которые были подсчитаны» Оказалось, что на участке размером 1,2x7 м в общей сложности насчитывается ЮО обособлений из них: округлых, размером от 3 до 20 ом - 4Q; линзовидных, размером от 1-3 до 65 см - Ь%\ угловатых, размером 5-25 см - 10%; неопределенной формы, любого размера - % Визуально на расстоянии 1-1,5 м обособления имеют отчетливую, границу о вмещающей породой, но при ближайшем рассмотрении их контуры оказываются нечеткими, расплывчатыми из-за постепен -ного перехода в урни Текстура обособлений на данном участке необычна и нами более нигде не была встречена. Внешне, как эта можно судить и по фотографии (ем»рис»4Д4 а), она напоминает пятнистую, на самом же деле эти чернае пятна состоят из игольчатого эгирина, образовавшего т.н» "эгириновые солнца" (см.деталь рис»4.14 б).. Причем, нередко "эгириновое солнце" пересекает границу между апатитовым обособлением и уртитом так, чта одна его часть растет из обособления,, другая - из уртита» Подобные же эгириновые скопления есть и в самом; уртите на участках наиболее насыщенных апатитом, "Эгириновые солнца", кан в обособлениях, так и во вмещающей породе распределены: неравномерное При петрографическом изучении эгириновых сростков обнаружено, что все они густо насыщены, апатитом.. Кроме "эгириновых солнц", в апатитовых обособлениях присутствуют и темноцветные силикатные пятна, обычные для пятнистых руд..- На участке встречено много: обособлений, состоящих сплошь из апатита (рис.4.15 а,,б). По взаимному расположению апатитовых обособлений во вмещающем: уртите можно выделить два основных типа движения - линейное и вихреобртное (рис»4,15 в). Это дает основание утверждать, что в расплаве имели место разнонаправленные движения, обусловившие при остывании своеобразный характер расположения обособлений, Тектонических нарушений не обнаружено»
Горизонт +470 м.. Участок 8„ Откаточная штольня. ПК 0+50. Интервал Ю м. Северо-восточная стенка выработки (рис.4,16) представлена брекчневидными рудами, сцементированными апатитосодержащим порфировидным уртитом. Крупные обособления размером до 5 М с пятнистой- и пятнисто-полосчатой текстурой сменяются (интервал. 1-5 м) группой апатитовых пятен неправильной линзообразной и квадратной форм,- расположенных хаотично: и как бы смятых и перемешанных между собой, контуры их выделяется! с трудом и условно,, так как уртит на участке густо насыщен апатитом» Несмотра на хаотичный характер расположения обособлений в уртите тектонических нарушений нет,, за исключением естественной трещиноватости одинаковой для обособлений и вмещающей породы»
Минеральный состав апатитовых обособлений и вмещающего уртита* Взаимоотношения между ними
Результаты комплексного изучения брекчиевидных апатито-нефелиновых пород Хибин приводят к следующим выводам:
1 Основная масса апатито-нефелиновых пород брекчиевидной текстуры в юго-западном рудном поле Хибинского массива располага ется в висячем боку рудного тела в зоне богатых руд По условиям геометризации они; уподоблены неправильному линзообразному телу, мощность которого уменьшается как по простиранию, так и по падению.
2. Морфологические признаки брекчиевидных апатито-нефелиновых пород не позволяют отнести их к известным типам магматогенных брекчий
3 Изучение трещиноватости показало, что брекчиевидные породы возникла одновременна с остальными типами апатито-нефелиновых руд и вмещающих их ийолит-уртитов. Если бы Ар-обособления были обломками руд, то они должны иметь свою собственную систему трещинова-тости, отличающуюся от трещиноватости вмещающей породы, но подобное явление нигде не обнаружено.
4.. Апатитовые обособления в большинстве случаев имеют собственный текстурный рисунок; их расположение в уртите часто указывает на вихреобразные или линейные движения, происходящие в расплаве.
Крупноигольчатый апатит ранкей генерации в апатитовых обособлениях независимо от их конфигурации располагается в подавляющем большинстве своем параллельно подошве пласта вмещающих пород, что исключает предположение о брекчировании апатитовых тел и захвате их обломков уртитовым расплавом.
5. Граница раздела между Ар-обособлением и уртитом в определенной степени условна, так как всегда наблюдается взаимное проникновение минералов. В Ар-обособлениях отсутствуют какие-либо признаки термального воздействия на них со стороны вмещающей породы, но зернистость апатита уменьшается от центра «обособления к периферии, и обособления активно воздействуют на вмещающий ур-тит, что проявляется в развитии: новообразований тонко игольчато го ильменита и кальсилита (?) в нефелине вмещающей породы.:
7. Петрографическое изучение Ар обособлений и вмещающего ур-тита брекчиевидных пород показало, что в них минеральные ассоциации полностью идентичны, но минералы присутствуют в разных количественных соотношениях, что отвечает признакам пород» возникших в результате ликвации 7. Минералы и петрогенные компоненты в сосуществующих Ар обособлениях и вмещающем их уртите взаимосвязаны прямолинейными отрицательными связями. Составы сосуществующих пород резко кон трастны, что характерно для ликватов , образовавшихся из единого исходного расплава.
Химический и минеральный состав сосуществующих изверженных пород свидетельствует об их разделении в расплаве.
8. Вещественный состав брекчиевидных апатито-нефелиновых руд связан с составом других типов руд количественно и генетически.
9. Содержание фтора и редких земель в апатитах из Ар-обособлений, из уртита и из богатых апатитовых руд идентично.
10.. Экспериментальными исследованиями установлено, что кристаллический апатит активно растворяется в силикатном расплаве природного уртита без добавления летучих и при атмосферном давлении, а это значит, что ксенолиты апатитовых пород (руд) не могли бы сохраниться в уртитовом расплаве и, следовательно,, брекчневидные апатито-нефелиновые породы не могли образоваться за счет тектономагматических процессов,
11. Экспериментальными работами установлено, что уртитовый расплав, даже с низким содержанием Р205 (1,0-1,3$) в присутствии химически активного компонента /t/я/ликвирует с образованием силикатного (уртитового); и капель фосфатного расплавив;
12. Контрастное распределение минеральных фаз и петрогенных компонентов в изученных брекчиевидных апатито-нефелтновых породах и в породах, полученных экспериментально в результате ликвации расплавов, аналогично 13.. Составы брекчиевидных апатито-нефелиновых пород находятся в поле сосуществования несмешивающихся жидких фаз системы /а -АІ з і О СазСЕО и KgOfQ AI j-C CK ) чт0 закономерно для пород, образовавшихся в результате ликвационного разделения гомогенного расплава 14. Брекчиевидные апатито-нефелиновые породы представляют собой продукт ликвации ийолит-уртитового расплава, обогащенного 2%» Отделившийся ликват фосфатного состава, благодаря насыщенности летучим» компонентами, всплывал, вверх в виде каплевидных обособлений разного размера, одновременно принимая участие в субгоризонтальном: перемещении вместе с уртитовым более вязким расплавом, что послужило причиной возникновения разнообразных форм апатитових обособлений.
15. Апатито-нефелиновые брекчиевидные руды представляют собой горные породы, характеризующиеся такситовой текстурой, поэтому по отношению к ним допустимо применение термина "брекчиевидные", но исключается "брекчия", как противоречащий генетическому содержанию.
16. Предлагаемая ликвационная концепция позволяет увязать в одно целое: местоположение, форму, количественный минеральный и химический состав брекчиевидных руд, их связь со всеми другими текстурными разновидностями руд, принимающими участие в строении рудных тел апатито-нефелиновых месторождений.
