Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Апатит-франколитовые коры выветривания карбонатных пород и карбонатитов юга Сибири

ВАК РФ 04.00.21, Литология

Автореферат диссертации по теме "Апатит-франколитовые коры выветривания карбонатных пород и карбонатитов юга Сибири"

сибирский научно-исследовательский институт

геологии, геошзики и минерального сырш

На правах рукописи

ТЕРЕХОВ Владимир Николаевич ■

АПАТИТ-ФРАНКОЛИТОВЫЕ ЮРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД И КАРБОНАТИТОВ ИГА СИБИРИ

04.00.21 Литология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Новосибирск - 1992

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском институте геологии, геофизики и минерального сырья (СШИГГиМС)

Научный руководитель - доктор геолого-шнералогических наук Р.Г.Матухин

Официальные оппоненты: доктор геолого-шнералогических наук

Ю.Н.Занин (ОИГГиМ СО РАН), доктор геолого-шнералогических наук Р.С.Родин (СНИИГГиМС)

Ведущая организация - Центральная Геологосъемочная экспедиция ГШ мКрасноярскгеология"

Защита состоится ,, 17 " декабря 1992 г. в 10 час. на заседании специализированного совета К.О71.13.01 при Сибирском научно-исследовательском институте геологии, геофизики и минерального сырья, в конференц-зале.

Адрес: 630104, Новосибирск-Ю4, Красный проспект, 67.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СНИИГГиМС.

Автореферат разослан ,. 06 " ноября 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук

В.Г.Матухина

ВВВДШИЕ

Актуальность работы. Необходимость применения в сельском хозяйства удобрений, в частности фосфатных,общеизвестна, т.к. без этого нельзя получить полновесный урэяай.В Сибири, где используются, главным образом, привозные удобрения, их нехватка ощущается постоянно, а в последние годи еще более усиливается. В то же время сырьевой потенциал позволяет-создать здесь собственную базу фосфатного сырья. Поэтому необходимость выявления новых месторождений фосфатных руд и вовлечения в эксплуатацию уже известных является очевидной. В этой ситуации следует отдать предпочтение местным источникам фосфатного сырья, пригодного для изготовления фосфоритной муки. Технология получения последней достаточно проста, не требует дополнительной подготовки и обогащения руды, а также не требует больших капиталовложений. Применение фосфоритной муки практически не наносит экологического ущерба он-ружавдей среде.

На юге Сибири известны месторождения фосфатных руд различного генезиса. Наиболее благоприятными для изготовления фосфоритной луки являются руды кор выветривания, в т.ч. развитые на апатит-карбонатном субстрате. Эти руды характеризуются высокими содержащими как фосфора общего - в несколько раз превышающими таковые в материнских породах, таи и лимонно-растворимого. Последний легко усваивается растениями из почв. Кроме того, в фосфатных.рудах отмечается примесь ряда микроэлементов (бор, медь, цинк, кобальт и которые могут рассматриваться в качестве микроудобрений.

Известные месторождения апатит-франколитовых руд коры вывет-гпвания на апатит-карбонатном и апатитсодеркащем карбонатитовом :убстратах характеризуются довольно значительными запасами, но щогие из них либо расположены в экономически неосвоенных районах Маймеча-Котуйсная, Уджинская провинции55), либо в районах ограяи-¡енного землепользования со слаборазвитой инфраструктурой (Ени-¡ейсная провинция, Чадобецкий район). Лишь небольшая часть место-юздений находится в условиях благоприятных для эксплуатации (Ал-(анская провинти, Восточно-Саянская зона). В силу этого особую 1йтуальность приобретает необходимость разработки научного обос-

* Минерагеническое районирование проведено в соответствии с йнерагенической картой СССР. Фосфатное сырье, 1985.

нованая для целенаправленного проведения поисковых работ и в конечном итоге, для выявления новых перспективных объектов в районах максимально приближенных к зонам активного землепользования.

Основные задачи исследований предусматривали: I) изучение состава и зональности рудоносных кор выветривания апатит-карбонатных пород и апатитсодержащих карбона-титов; 2) выявление факторов, влияющих на формирование богатых фосфатных руд коры выветривания, условий их локализации, геохимических характеристик отдельных литологических разновидностей, характера связей первичных и вторичных ореолов рассеяния элементов-спутников фосфатных руд; 3) обоснование процесса формирования фо-сфатояосных нор выветривания на апатит-карбонатном и апагитсодер-яащем карбонатитовом субстратах; 4) разработку критериев прогноза и поисков фосфатных руд воры выветривания.

Научную новизну работы характеризуют: I) унифицированная схема зональности гипергеяных фосфатных руд на юге Сибири на субстратах карбонатного состава; 2) дополнительные факторы (состав и количество некарбонатных включений в субстрате) влияющие на интенсивность выветривания; 3) модель формирования фосфатных руд на апатит-карбонатном и апатитеодержащем карбонатитовом субстратах; 4) критерии прогноза и поисков месторождений фосфатных руд в норах выветривания апатит-карбонатных пород и апатитсодержащих карбонатитов.

Фактический материал для исследования был получен на Бирикээнском (Алданский щит), Бело-зиминском (Восточный Саян) и Чуктуионсном (Чадобецкое поднятие) месторождениях апатит-франколитовых руд. В период с 1986 по 1991 год были изучены разрезы по керну 28 колонковых скважин -5316 noi м, 2 карьера-76 пог.м, 12 канав-1390 пог.м, отобрано 1147 проб. В лабораториях СШШТиМСа и НТО "Запсибгеология" выполнены 284 химических, 681 приближенно-количественных спектральных, 91 термических, 106 рентгенос.трунтурных анализов, изучено 380 шлифов. Дополнительная информация получена из опубликованных и рукописны} источников, а также из творческих общений с коллегами из других научно-исследовательских и производственных организаций.

Практическая значимость исследований определяется их реализацией в опубликованных и рукописных работах, а также в рекомендациях территориальным геологическим организациям, основанным на прогнозной сценке территорий Красноярского края, Иркутской области и Алданского района на

фосфатные руды воры выветривания.

Апробация. Основные результаты исследований нашли отражение в двух отчетах СНИИГГиМСа и восьми публикациях. Кроме того они докладывалисьуна совещании "Проблемы рудоносного карста Сибири" (Новосибирск, 1987), на XI Геологической научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Сибири (Новосибирск, 1988), на расширенном заседании по проблеме "Развитие нетрадиционных видов агрохимического сырья и местного производства фосфоритной муки" (Люберцы, 1989), на научно-практической конференции "Актуальные вопросы региональной геологии Сибири" (Новосибирск, 1990), а также на НТС ряда геологических экспедиций.

Защищаемые положения. I) Гипергенные фосфатные руды, сформированные на апатит-карбонатном и апатитсодер-жащем варбонатитовом субстратах имеют одинаковую зональность и близкий вещественный состав. 2) Геохимическая специализация материнских пород наследуется продуктами выветривания. Она может проявиться и в перекрывающих рыхлых отложениях, что позволяет идентифицировать породы субстрата по содержаниям микроэлементов в гипергенных образованиях и во вторичных ореолах рассеяния.3) Модель формирования гипергенных фосфатных руд базируется на участии в этом процессе некарбонатных: включений в субстрате: при относительно небольшом ножчестве включений (менее ГО %), разрушающихся с образованием каолинита, развиваются преимущественно апатитовые, а при значительном количестве (свыше 20-30 %) - франволитовыэ руды. 4) Усовершенствованные известные ранее и разработанные автором вритерии прогноза и поисков фосфатных руд воры выветривания на апатит-карбонатном и апатитсодержащем варбонатитовом субстратах позволяют проводить поэтапную оценку перспективности площадей.

Объем диссертации. Работа содержит 181 страницу машинописного тенета и состоит из 4 глав,сопровождающихся II рисунками, 34 таблицами и списком литературы включающем III наименований.

Б процессе работы автор пользовался консультациями, советами и помощью М.В.Суховерховой, В.Г.Матухиной, Н.И.Светлицкого, Б.Г. Краевского, Е.И.Никитиной, H А.Гладкова. В оформлении текста и графики участвовали А.А.Макарочкин, Р.И.Рунова, О.в.Хорольская. Болыцую помощь в осуществлении программы исследования оназал научный руководитель - доктор reoлого-миваралогических наук - Р.Г. Аатухин. Автор приносит всем свою искреннюю благодарность.

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОВЕДЕНИИ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ФОСФОРА В ПРОФИЛЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Изучением нор выветривания на различных по генезису карбонатных образованиях Сибири занимались многие исследователи. Среди многочисленных публикаций по различным аспектам данной проблемы следует отметить работы В.И.Бгатова, Ю.Н.Занина, Ю.П.Казанского, В.П.Казаринова, С.А.Кашика, Н.А.Лизалёка, В.Г.МатухинОй, Р.С.Ро-. дина, З.Я.Сердюк, А.О.Смилкстын, Р.А.Цшшна и др., в которых освещены процессы карстообразования и формирования пор выветривания, поведение элементов при гипергенезе, а также приводятся данные по различным гипергенным полезным ископаемым (фосфор, алюминий,железо, реднсметальные и редкоземельные элементы и др.).

Автором исследовались коры выветривания, развитые на апатит-содержащих карбонатигах и апатит-карбонатных породах, в которых главным фосфатсодержащим минералом является апатит. В процессе выветривания он высвобождается из карбонатной вмещащей массы в результате выщелачивания последней. Содержание апатита повышается уже в продуктах дезинтеграции материнских пород и, в целом, в большинстве месторождений отмечается тенденция к увеличению его концентраций вверх по разрезу в пределах нижних частей глинисто-охристых продуктов выветривания. Выше по профилю в пределах той же зоны содержание его начинает падать вплоть до полного исчезновения. Относительная мощность горизонтов обогащенных и обедненных апатитом в корах выветривания различна. Иногда апатит может почти полностью отсутствовать в глинисто-охристых образованиях, что обусловлено его выщелачиванием в условиях повышенной кислотности среды. Растворение апатита в значительной степени зависит от появления в продуктах выветривания каолинита (Занин, 1975; Бурмин, 1987). Наличие последнего перемещают уровень растворения апатита до зоны дезинтеграции. Растворенные фосфаты теоретически должны отлагаться в виде различных минеральных форм на различных горизонтах коры выветривания. Поскольку изменение кислотности-щелочности в профиле выветривания, происходит закономерно, то должна бы наблюдаться вертикальная минералогическая зональность в распределении всех гипергенных минералов фосфора, однако в изученных месторождениях этого практически не наблюдается, что связано, возможно, с изменением климатических условий в процессе выветривания. По данным Ю.Ю.Бугелъского (1883), Г.И.Бупзшского (1951) и др. в -гумидной обстановке преимущественное направление движения инфиль-

трационных вод идет сверху вниз. В аридных условиях направление тока вод изменяется на противоположное. Щелочные воды с нижних горизонтов поднимаются вверх (Бушнский, 1951), в этом же направлении перемещаются и верхние уровни распространения тех или иных гапергенных минералов фосфора, поля распространения одних минералов перекрывают таковые других, приводя к совместному залеганию большинства фосфатных минералов. Благодаря этому обстоятельству, минералогическую зональность возможно ввделять только по преобладанию тех или иных минералов фосфора.

2. РАЗМЩЕНИЕ, ГЕОЛОШЧЕСЮЕ СТРОЕНИЕ И СОСТАВ «ОСФАТОНОСНЫХ КОР ВЫВЕТРИВАНИЯ

Промышленные залежи фосфатных руд на субстратах карбонатного состава на юге Сибири известны в пределах Алданской минерагениче-ской провинции, где они связаны с полями апатит-карбонатных пород; в Присаянской мияерагенической зоне - с апатитоносными карбонати-тами; в Чадобецком минерагеническом районе - с апатитоносными иа-рбонатитами и слабофосфатными вмещашщши карбонатными породами. Формирование гипергенных фосфатных руд происходило во всех вышеперечисленных регионах в мезозойско-кайнозойское, а в Алданской провинции - еще и в протерозойское время.

2.1. Алданская минерагеническая провинция

(норы выветривания апатит-карбонатных пород)

В Алданской минерагенической провинции наиболее крупные про-мышленно значимые скопления гиперганных фосфатных руд, развитых на апатит-карбонатных породах, известны в пределах Центрально-Алданского блока, где они локализуются в Селигдарском, Бирикээнскоц Чульманском грабенах, Хардогасском синклинории и др.

Бирикээнское месторождение отображается в магнитном поле отрицательными (до -1500 нТл) аномалиями, в гаммаспентрометрическом - аномалиями интенсивностью свыше I пА/'кг, в поле силы тяжести -положительными контрастными аномалиями. Участки развития кор выветривания отображаются локальными отрицательными гравитационными аномалиями.

На Бирикээнском месторождении апатит-карбонатные породы имеют розоватую, розовато-сиреневую окраску, характерно постоянное присутствие апатита преимущественно сургучного цвета, в количестве от долей процента до 20-30 %. Среднее содержание Р£Од составляет 4 %. В карбонатной толще встречаются линзовидные прослои и

линзы сульфатно-карбонатных пород и кварцево-карбонатных песчаников.

Продукты выветривания апатит-карбонатных пород протерозойского возраста представлены литифицированными образованияш массивной, брекчиевидной и бобовой текстуры, темно-вишневой, темно-бурой окраски. Состав продуктов выветривания кварц-апатитовый с окислами железа. гЛшералы фосфора представлены порфиробластическими выделениями крупных хорошо ограненных кристаллов новообразованного апатита и мелкими зернами реликтового апатита. Среднее содержание Р205 составляет 12 %.

Мезозойско-кайнозойские (рыхлые) продукты выветривания развиты как по протерозойским продуктам выветривания, так и по апатит-карбонатным породам.. Рыхлые продукты выветривания имеют буроват о-жалтоватую, буровато-сиреневую, красновато-охристую окраску. Их состав песчано-глинистый с гидроокислами железа и фосфатными 'минералами. Гипергенные фосфатные руды сложены рыхлыми глинистыми, песчанистыми массами и натечными образованиями. Содержания Р20^ в них изменяются от II до 32 %.

Минералы фосфора в корах выветривания представлены, главным образом, апатитом, в меньшей степени - франколитом.

Апатит из апатит-карбонатных пород имеет .преимущественно сургучную, реже бледно-зеленую или голубую окраску, форма зерен округлая, призматическая или неправильная, размер - от десятых долей миллиметра до 8 см. В корах выветривания апатит может сохранять первичную форму, либо дезинтегрироваться по трещинам отдельности. Химическим анализом в нем установлены содержания оксидов церия - 0,37 %, лантана- 0,15 %, стронция - 0,14 %. Новообразованный апатит протерозойских кор выветривания представлен кристаллами призматической формы размером от первых мм до десятков см, реже - бесформенными зернами. Окраска преимущественно сургучная. Вторичный апатит отличается от первичного относительно пониженными содержаниями редких земель (0,3 и 0,12 % оксидов церия и лантана, соответственно) и несколько повышенными - оксида стронция (0,22 %). По составу относится к гидроксилсодержащему фторапатиту.

Франко лит присутствует в мезозойско-иайнозойских продуктах выветривания в виде рыхлых порошновых масс, прожилков, линз, желваков различной формы и размеров. Окраска белая, светло-серая,палевая, желто-бурая и сиреневая. Для франколита характерны пониженные, по сравнению с первичным апатитом, содержания редких земель (0,06 % оксида церия, лантан не обнаружен) и оксида стронция

(0,03 %). Состав франнолита непостоянен: от фторапатита до гидро-ксилкарбонатапатита.

На Бирикээнсном месторождении установлено, что все изученные разновидности пород характеризуются своими наборами микроэлементов, а продукты их выветривания наследуют геохимическую специализацию материнских пород. Это можно проследить на поведении редкоземельных элементов. Для апатит-карбонатных пород и их протерозойских продуктов выветривания по данным приближенно-количественных спектральных анализов установлены следующие содержания (в среднем): церия - 0,4 и 0,2 %, соответственно, лантана - 0,9 и 0,04 $,стрвНт ция- 0,16 и 0,15 %. Мезозойско-кайнозойсние продукты выветривания апатит-карбонатных пород содержат указанные элементы в относительно пониженных количествах (в среднем церия - 0,03 %, лантана -0,02 %, стронция - 0,14 %).

Редкоземельные элементы и стронций в материнских породах входят в состав апатита, в меньшей степени - карбонатных минералов. При выщелачивании карбонатов и апатита они частично входят в состав новообразованного франколита (но их концентрации там на порядок ниже чем в первичном апатите), частично сорбируются гелями железа и глинистыми минералами и частично выносятся, вследствие этого, в профиле выветривания отмечается закономерное уменьшение содержаний редких земель и стронция от материнских пород к конечным продуктам выветривания.

2.2. Присаянская апатитоносная минерагеническая зона (норы выветривания нарбонатитов)

Массивы ультраосновных щелочных пород и карбонатитов известны в северо-западной части Уринского грабена (Белозиминский.Сред-незиминсвий, Болыпетагнинский) и на площади Онотского грабена (Жидойский).

На Белозиминском массиве карбонатиты занимают в плане более 60 % площади. Наиболее распространены кальцитовые, реже встречаются тела анкеритовых карбонатитов. Максимальные содержания Р2О5 (в среднем 5 %) характерны для кальцитовых карбонатитов (Пожариц-кая, 1962).

Белозиминский массив отображается в магнитном поле аномалиями интенсивностью 2000-3000 нТл, в гаммаспектромегрическом - 1,72,8 пА/кг, в поле силы тяжести - контрастными положительными аномалиями. Участни развития нор выветривания проявляются в виде локальных отрицательных гравитационных аномалий.

Коры выветривания карбонатитов Белозиминского месторождения достигают мощности 40-50 м. В профиле выветривания выделяются зоны дезинтеграции и глинисто-охристых продуктов выветривания.

Зона дезинтеграции представлена обломками пород субстрата (до 80-90 % объема - в пределах горизонта необохренных образований и до 20-30 % - в пределах горизонта обохренных продуктов дезинтеграции) - преимущественно нарбонатитов. Присутствуют реликтовые зерна пироксенов, апатита, биотита, амфиболов, магнетита, пирита, пирохлора, паризита. Вверх по профилю, с уменьшением количества карбонатных минералов, увеличиваются концентрации оксидов железа, глинистых минералов, хотя количество последних невелико. Содержание Р£05 увеличивается от 5 % - в нижней части, до 7,8 % -в верхней части зоны (Егоров, 1974).

Зона дезинтеграции имеет постепенные переходы к зоне глинисто-охристых продуктов выветривания. Окраска глинисто-охристых образований неравномерная, пятнистая, темно-серая, синевато-серая, черная, пятнами к полосами - желтовато-бурая, желтовато-коричневая. Сложены они преимущественно лимонитом, гетитом, гидрогетитом, глинистыми минералами и апатитом. Присутствуют гидрослвды, гидро-хлоркты, магнетит, монацит, пирохлор, франколит. Содержание Р2О5 в среднем составляет 11,7 % (Пчелкин, 1977).

Апатит присутствует в нарбонатитах в виде мелких зерен округлой формы и мелких призматических и игольчатых кристалликов размером от сотых долей мм до 2 мм. Окраска апатита бесцветная или белая со слабым зеленоватым или розоватым оттенком. В ворах выветривания зерна апатита с поверхности обычно покрыты пленками и налетами оксидов железа и реже - марганца. В верхней части зоны глинисто-охристых продуктов выветривания отмечается его частичное растворение. По составу это фторапатит с примесью редкоземельных элементов и стронция (суммарное содержание оксидов редких земель и стронция - 0,3-1,5 %). В составе редких земель преобладает церий (Капустин, 1973).

Франколит встречается спорадически в виде рыхлых землистых агрегатов и сврытокристалличесних натечных образований белого цвета, выполняет прожилки и пустоты в корах выветривания. Для него характерны более.низкие по сравнению с апатитом содержания оксидов редких земель - 0,72 %, оксида стронция - 0,02-0,11 % и фтора - 0,98-1,50 %, но в составе редких земель как и в апатите преобладает церий (Капустин, 1973).

2.3. Чадобецний минерагенический район ' (норы выветривания карбонатных пород и карбонатитов)

Чадобецний минерагенический район расположен в пределах одноименного куполовидного поднятия Сибирской платформы. Поднятие представляет собой брахиантинлинальную силадну эллипсовидной формы размером 30 х 40 км, вытянутую в субмеридиональном направлении. В его пределах выделяется два ядра: Териновское - на севере и Чук-туконское - на юге. В ядрах расположены массивы щелочно-ультраос- ' новных пород с карбонатитами, перекрытые мощным чехлом элювиальных образований. Наиболее изучены в настоящее время коры выветривания Чуктуконского массива.

Карбонатиты слагают крупные штоки и серию мелких жил. Наиболее распространены кальцитовые, реже встречаются доломитовые и кальцит-доломитовые карбонатиты. Содержание Р^О^ в них достигает 5,5 %, в среднем составляет 0,81 %.

Вмещающие породы представлены доломитами, в меньшей степени - известняками. В доломитах содержится в среднем 0,14 % Р2°5*

Чуктунонский массив отображается в магнитном поле аномалиями интенсивностью более 700 нТл, в гаммаспбктрометрическом - более I пА/нг, в поле силы тяжести - контрастными положительными аномалиями. Участки развития кор выветривания проявляются в виде локальных отрицательных гравитационных аномалий.

Мощность фосфатоносных кор выветривания карбонатитов участками превышает 300 м. В профиле выветривания выделяются зоны дезинтеграции и охристо-глинистых продуктов выветривания.

Зона дезинтеграции представлена, главным образом, карбонатным песком и мукой, в той или иной степени обохренными, реже встречаются охры и каолиновые глины. Из первичных минералов,кроме карбонатов присутствуют апатит, кварц, сидерит, пирит, марказит, магнетит, флогопит. Гипергенные минералы представлены гетитом, глинистыми минералами, сидеритом.

Зона охристо-глинистых продуктов выветривания сложена рыхлым тоннодисперсным материалом светло-желтой, желтовато-охристой,красноватой, серой, вишневой и черной окраски, содержащим включения гипергенных литифицированных желваков и образований глинистого состава. Последние сложены преимущественно каолинитом и сформировались, по-видимому, при выветривании нсенолитов терригенных пород. Литифицированныа гипергенные образования и рыхлый охристый -материал имеют переменный состав, определяющийся количественными

соотношениями глинистых минералов, оксидов железа, марганца^ также кремнезема и иногда барита. Главным минералом фосфора в этой зоне является франколит, присутствуют - рабдофанит, флоренсит, крандаллит.

Апатит присутствует в,небольших количествах в нижней части зоны дезинтеграции в виде мелких зерен округлой формы и мелких игольчатых кристалликов (от сотых долей мм до I мм) бесцветных или белых, с поверхности обычно покрытых пленками и налетами оксидов железа или марганца. По составу относится к фторапатиту.

Франколит - главный минерал фосфатных руд Чуктуионского месторождения. Он присутствует в ворах выветривания в виде порошко-ватых агрегатов и натечных образований в прожилках и гнездах. Окраска минерала - белая, серая, желтоватая, часто - бурая. Последняя обусловлена примесью онсидов железа. Наибольшие его концентрации характерны для зоны глинисто-оздшстых образований.

В конечных продуктах выветривания Чунтуионского месторождения наряду с фосфором, накапливаются марганец и железо, входящие в состав преимущественно гипергенных минералов. Их содержания увеличиваются вверх по профилю, достигая промышленных концентраций в зоне охр. Средние содержания по результатам 51 химического анализа оксидов фосфора, марганца и железа составляют соответственно 6, 8 и 40 %.

Во вторичных ореолах рассеяния геохимическая специализация пород проявляется следующим образом: карбокатиты и продукты их выветривания фиксируются повышенными содержаниями (в несколько раз превышавдими таковые во вторичных ореолах рассеяния над вмещающими породами) бора, церия, лантана, бария, марганца, ниобия, молибдена, фосфора, свинца, меди, стронция.

Сравнение состава фосфатных руд норы выветривания на всех изученных объектах поназало, что главными минералами гипергенных фосфатных руд являются: на Белозиминском месторождении - остаточный апатит (франколит присутствует в незначительных количествах), на Бирииээнсиом месторождении - остаточный апатит (франколит присутствует в несколько меньших количествах), на Чуктуконском месторождении - новообразованный франколит и другие гипергенные фосфаты (апатит присутствует в незначительных количествах). В этой же последовательности отмечено увеличение в норах выветривания каолинита. Мы считаем, что эти данные мозут свидетельствовать о влиянии последнего на сохранность шш растворение остаточного апатита в условиях гипергенеза. В продуктах выветривания установ-

лены следующие элементы, которые могут использоваться в качестве микроудобрений: бор - менее 0,0006 %, медь - 0,003-0,007 %, цинк - 0.0015-0,0115 %, кобальт - 0,0015-0,06 %, молибден - 0,00010,005 % и др.

3. МОДЕЛЬ «ОРМИРОВАНИИ ФОСФАТОНОСНЫХ КОР ВЫВЕТРИВАНИЯ НА АПАТИТ-КАРБОНАТНОМ И АПАТИТСОДЕРЖАЩЕМ КАРВОНАТИТОВОМ СУБСТРАТАХ

Состав субстрата

Субстрат рассматриваемых" кор выветривания имеет карбонатный состав. Отличия проявляются лишь в составе нарбонатных минералов, влияющих на скорость выщелачивания, а также - в наличии и составе некарбонатных включений. Последние могут замедлить процесс выветривания вплоть до полного прекращения, либо, наоборот - сделать его более интенсивным.

Рудононтролирувдие структуры

Тип рудоконтролирующих структур зависит от степени развития разрывных нарушений, а также от характера залегания и формы зарс-тующихся тел, морфологии контактов с вмещающими некарстуюцими породами. Сочетание этих факторов предопределяет развитие определенной морфологии рудовыещапцего карста.

Способ формирования руд

На начальных стадиях выветривания, при выщелачивании карбонатов из апатитсодержащих материнских пород накапливается апатит. Карбонатные минералы сохраняются преимущественно, в нижней части профиля и обусловливают наличие там щелочной среды. За счет постоянного притока инфильтрационных вод, насыщенных углекислотой и ■ органическими кислотами, фронт выветривания перемещается на более низкий гипсометрический уровень, в результате, в остаточных продуктах накапливается апатит. В тех случаях, когда в материнских породах присутствуют в достаточно больших количествах сульфиды, разрушающиеся с образованием серной кислоты, либо - силикатные минералы, при выветривании которых образуется каолинит, кислотность среды в верхних частях профиля повышается, апатит становится неустойчивым и может выщелачиваться вплоть до полного исчезновения. При этом высвобождаются и мигрируют фосфатное вещество,редкие земли, стронций. На более верхних горизонтах профиля выветривания они сорбируются глинами, гелями железистого и марганцови-

стого составов, а также входят в состав новообразованных минералов фосфора. В верхней части зоны глинисто-охристых продуктов выветривания отлагаются алюмофосфаты - устойчивые в условиях максимальной кислотности, ниже - вплоть до материнских пород, отлагаются гипергенные кальциевые фосфаты. В дальнейшем, при старении и кристаллизации гелей, происходит частичное высвобождение фосфора, его миграция и осаждение в виде гипергенных кальциевых и алюмока-льциевых фосфатов. В конечном итоге, наиболее богатые фосфатные руды локализуются в зоне глинисто-охристых продуктов выветривания и имеют существенно апатитовый, франколитовый, либо апатит-фран-колитовый состав.

Зональность гипергенных фосфатных руд

В нижних частях кор выветривания залегают относительно бедные существенно апатитовые руды, связанные с продуктами зоны дезинтеграции. По составу они являются переходными между материнскими породами и охрами. Фосфатные минералы в них могут присутствовать как в виде остаточного апатита, так и в виде инфильтрационных фосфатов - преимущественно франиолита (последние обычно пользуются ограниченным распространением). Для руд зоны дезинтеграции характерно наличие значительных количеств остаточных карбонатных минералов.

Вышележащие охристые руды характеризуются более высокими содержаниями фосфора, не содержат карбонатов. В них может проявляться минералогическая зональность в распределении фосфатных минералов: в нижней части профиля руды имеют существенно апатитовый состав, в верхней - преобладающим минералом фосфора является фра-нколит, иногда в верхней части могут присутствовать алюмофосфаты.

4. КРИТЕРИИ ПРОГНОЗА И ПОИСКОВ ФОСФАТНЫХ ЕУД КОШ ВЫВЕТРИВАНИЯ

Поисковые критерии массивов щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов

Тектонические критерии. Массивы щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов приурочены к жестким стабильным структурам -щитам, краевым выступам древних платформ, краевым частям и зонам сочленения геоблоков земной коры; контролируются региональными глубинными разломами. Одним из характерных поисковых критериев, как минерагенических регионов, так и отдельных массивов, являются крупные кольцевые линеаменты. Особенно перспективны участки пере-

сечения этих структур с зонами региональных и глубинных разломов.

Формациояно-морфологические критерии обусловлены развитием формации щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов в форме массивов "центрального" типа. Формация характеризуется как правило однотипным набором полезных компонентов, поэтому при установлении принадлежности массива к этой формации можно изначально ориентировать геологоразведочные работы на определенные виды полезных ископаемых.

Метасоматические критерии. Весьма типичны околорудные изменения, проявляющиеся в карбонатизации и, участками, флогопитиза-ции и альбитизации вмещавших пород.

Петрографические и петрохимические критерии. Массивы сложены телами карбонатитов и щелочно-ультраосноЕНых пород (пикритовых порфиритов, пироксенитов, мельтейгит-уртитов, нефелиновых сиенитов). Для последних характерны низкие содержания кремнезема, высокие - кальция, железа, повышенные - титана и пониженные - алюминии относительно средних составов по Р.Дэли (1936). Из апатит-содержащих карбонатитов наиболее распространенными являются каль-цитовые, присутствуют доломитовые и анкеритовыэ. Химический состав карбонатитов в различных масивах непостоянен и зависит от количества и химического состава ксенолитов и останцов вмещающих пород.

Геохимические критерии. Высокие содержания церия, лантана, стронция, бария (1-Ю нларков в земной коре по А.П.Виноградову, 1962) и ниобия в первичных ореолах рассеяния позволяют однозначно диагностировать яарбонатиты. Наличие шлиховых ореолов минералов, характерных для комплексов щэлочно-ультраосновных пород и карбонатитов (апатита, пирохлора, -титаномагнетита, перовскита, магнетита, барита), также является достаточно надежным геохимическим критерием.

Геофизические критерии. Массивы щелочио-ультраосновных пород и карбонатитов фиксируются положительными магнитными (до 2000-30С0 нТл) и гравитационными аномалияш. Характерны локальные радиоактивные аномалии (более I пл/кг) уран-ториевой природы. ■

Поисковые критерии нор выЕетривания карбонатитов

Тектонические критерии. Благоприятным фактором является наложение друг на друга и сопряжение различных систем разрывных на-

рушений кольцевых, радиальных, ортогональных, диагональных), обе-спечиващкх максимальное количество участков разеттия зон дробления и трещиноватости. Последние способствует проникновению агентов выветривания на большую глубину. Наличие разрывных нарушений в поле развития комплексов щелочн о-ультраосновных пород и карбо-натитов может свидетельствовать о возможности развития кор выветривания .

Геохимические критерии. Продукты выветривания нарбонатитов фиксируются вторичными ореолами рассеяния фосфора, ниобия, марганца, бария, церия, стронция, а иногда (Бвлозишшсний массив) еще и циркония, бериллия, цинка, хрома, молибдена. Коры выветривания пикритовых пор$иритов могут характеризоваться высокими содержаниями титана, во вторичных ореолах рассеяния. Коры выветривания на массивах щелочно-ультраосновных пород и карбонатитов могут сопровождаться шлиховыми ореолами шрохлора, татаномагяетита, перовс-кита, магнетита, барита, иногда - апатита и др.

Геоморфологические критерии. Наиболее важными критериями являются: наличие крупных депрессионных форм рельефа, широких,пологих, участками заболоченных долин рек и ручьев, а также закарсто-ванность вмещающих карбонатных пород.

Геофизические критерии. Коры выветривания сопровождаются локальными радиоактивными аномалиями ториево! природы интенсивностью до первых десятков мир/час. Сеошвнне магнитных минералов в корах выветривания, либо в перекрывающих отложениях (фиксируются в виде локальных магнитных аномалий интенсивностью более 1000 нТл. Депрессии, выполненные продуктами выветривания в гравитационном поле, отображаются в виде локальных отривдтельных аномалий силы тяжести, а также выявляются злектроразведочнши методами (ВЭЗ).

Поисковые критерии апатит-варбонатнах пород

Тектонические критерии. Месторождения апатит-карбонатных руд приурочены в древним ядрам'щитов. Фосфатное оруданение локализуется в пределах зон глубинных разломов, т.н. последние сопровождаются многочисленными грабеноподобными структурами, обусловливающий сохранность апатит-варбонатных пород в опущенных блоках.

Литологаческие критерии. В составе апатжт-карбонатных пород преобладают доломиты, в той или иной степени мраморизованные.име-пцие специфическую розовато-сиреневую окрасву и включения апатита сургучной окраски. Породы могут быть надежно диагностированы по

внешнему облику. В небольших количествах в виде линз и линзовид-ных прослоев встречаются апатитсодержащие сульфатно-карбонатные породы, известняки, извествошстые песчаники.

Геохимические кратериа. Апатит-карбонатные породы отличаются от овружаицих пород более высокими содержаниями в первичных ореолах рассеяния фосфора, ц^рия, лантана, иттрия, стронция, бария и сопровождаются шлгасовши ореолами апатита, циркона, монацита.

Геофизические критерия. Блоки апатит-карбонатных пород в магнитном поле отображаются интенсивными отрицательными аномалиями. Месторождения приурочены в градиентным зонам пол» силы тлжести, соответствующим разломам глубокого заложения. Апатит-карбонатные породы сопровождаются раякоаитивнши аномалиями уран-ториевой природы.

Поисеовыз критерии яор выветривания апатит-карбонатных пород

Тектонические критерии. Участки пересечения и сопряжения разрывных нарушений, мощнш протяженные зоны трещиноватости и дробления являются наиболее благоприятными для формирования мощных кор выветривания, связанных с карстом.

Геохимические критерии. «осфатоносные продукты выветривания характеризуются высокими содержаниями (в несколько раз превышающими фоновые) фосфора, церия, лантана, иттрия, бария, стронция, железа, марганца. При благоприятных геохимических условиях повышенные содержания этих элементов проявляются во вторичных ореолах рассеяния гипергеяных кестороадений апатит-франк о литовых руд.

Геоморфологические критерии. Коры выветривания приурочены к карстовым депрессиям, расположенным в пределах линейно ориентированных речных долин, а такке я уплощенным водоразделам и их склонам.

Геофизические критерии. Продукты коры вывэтривания при мощности свыше первых десятков петров отображаются в гравитационном поле в виде локальных отрицательных аномалий силы тяжести. Фосфа-тоноснне коры выветривания характеризуются наличием лональных радиоактивных аномалий преимущественно ториевой природы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе изучения разрезов фосфатоносных нор выветривания на Алданском щите (Биривээнсвое месторождение), Чадобецком подня-

тии (Чуктуконское месторождение) и Восточном Саяне (Белозиминское месторождение) и данных из опубликованных и рукописных источников была составлена унифицированная схема зональности гипергенных фосфатных руд юга Сибири на субстратах карбонатного состава, обоснованы дополнительные факторы, влияющие на интенсивность выветривания, разработана модель формирования фосфатных руд на апатит-карбонатном и апатитсодержащем карбонатитовом субстратах, детализированы известные ранее и разработаны новые критерии прогноза и поисков месторождений апатат-франколитовых руд нор выветривания апатит-карбонатных пород и апатитсодержащих карбонатитов. Основные выводы сводятся к следующему:

1. Геохимическая специализация апатит-карбонатных пород (редкоземельная) и апатитсодержащих карбонатитов (редкоземельно-ред-кометальная) проявляется в продуктах их выветривания и в перекрывающих осадочных отложениях. Во вторичных ореолах рассеяния апатит-карбонатные породы фиксируются повышенными относительно фоновых содержаниями церия, лантана, фосфора, а апатитсодержащие кар-бонатиты - кроме вышеуказанных элементов - ниобия, бора, бария, марганца, свинца, меди, стронция.

2. Модель формирования гипергенных фосфатных руд на апатитсодержащем карбонатитовом и апатит-карбонатном субстратах основывается, главным образом, на состава субстрата и характере содержащихся в нем некарбонатных включений. Минеральный состав карбонатных образований субстрата влияет на скорость и интенсивность процессов выветривания. Глинистые минералы, образующиеся при ги-пергенезе некарбонатных включений, способствуют изменению режима кислотности-щелочности инфяльтрационньгх вод и, как следствие,растворению или сохранности первичного апатита. Присутствие монтмориллонита обусловливает наличие щелочной среды и, соответственно, сохранность первичного апатита. Значительные количества каолинита в охристых продуктах выветривания способствуют дополнительному подкислению инфильтрационных вод, приводящему к выщелачиванию апатита, что и наблюдается на Чуктуконском месторождении, где главным минералом фосфора является франколит. На Бирикээнскоы месторождении каолинитовне глины пользуются меньшим распространением и руды имеют апатит-франколитовый состав. На Белозиминском месторождении глинистые минералы представленные каолинитом встречаются в небольших количествах и главным минералом фосфора является остаточный апатит.

3. Уточнены: связь рудононтролируюцих структур и их морфоло-

гии с тектоникой, способ формирования рудных залежей и зональность в распределении минералов фосфора. Профиль коры выветривания, в соответствии с изменением кислотности инфильтрационных вод в вертикальном направлении представлен в верхней части устойчивыми в кислой среде окислами железа, марганца, глинистыми минералами, гипергенннми фосфатами. Апатит частично или полностью выщелочен. В нижней части профиля (реакция вод нейтральная или щелочная) большинство первичных минералов за исключением карбонатов устойчиво. Из фосфатов накапливается преимущественно апатит.

4. Разработаны комплексы прогнозно-поисковых критериев для гипергенных фосфатных руд на апатитсодержащем карбонатитовом и апатит-карбонатном субстратах, на основе тектонических, формапдо-нно-морфологических, петрографических, литологических, метасома-тических, геохимических и геофизических критериев. Предполагается поэтапная оценка изучаемых территорий - в начале работ выявляются площади перспективные на обнаружение апатитоноского субстрата,затем, в пределах этих площадей, выявляются участки распространения фосфатоносных кор выветривания.

5. На всех изученных объектах содержание фосфатов в корах выветривания возрастает в два и более раз по сравнению с таковыми в материнских породах. В гкпергенном франколите средние содержания редких земель и ряда других элементов значительно ниже чем в первичном апатите и обычно не превышают сотых долей процента.Продукты кор выветривания содержат примесь ряда элементов - бор,медь, кобаль, цинк, молибден и др. в таких количествах, что могут рассматриваться в качестве микроудобрений.

6. Проведенные исследования позволяют считать, что апатит-франколитовые руды экологически более благоприятны для изготовления фосфоритной муки, чем первичные апатитовые руды апатит-карбонатных пород.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Суховерхова М.В., Светлицний Н.И. Ильиных Е.В., Терехов В.Н. Апатитоносная метакарбонатная формация Центрально-Алданского блока // Литолого-геохимическио и палеогеографические предпосылки рудоносности осадочных формаций: Сб. науч. тр./ СНИИГГиМС, - Новосибирск, 1987. - С. 4-10.

2. Матухин Р.Г., Суховерхова М.В., Терехов В.Н. Экзогенное фосфатообразование в протерозое Алданского щита // Экзогенное по-родо- и рудообразование в докембрии. - М., Наука, 1988.-С.201-204.

3. Суховерхова M.B., Гладков H.A., Светлицкий Н.И., Терехов В.Н. Фосфатоносный карст Центрально-Алданского блока //Рудоносный карст Сибири: Сб. науч. тр./ СНИИГГиМС - Новосибирск,1989.-С.III-119.

4. Суховерхова М.В., Гладков H.A., Матухин Р.Г., Терехов RH. Фосфатоносные коры выветривания Алданского щита // Геология и геофизика. - Новосибирск, 1990. Ц 8. - С. 55-62.

5. Суховерхова М.В., Гладков H.A., Матухин Р.Г., Терехов RH. //Система рационального комплексирования методов при прогнозировании и поисках апатит-карбонатных и апатит-франколитовых местс-ториадений. Алданский щит // Актуальные вопросы региональной геологии Сибири: Тез. докл. науч.-практич. конф. 21-23 ноября 1990 г.

- Новосибирск, 1990, - С. 49-51.

6. Суховерхова М.В., Матухин Р.Г., Никитина Е.И., Терехов В.Н. Редкоземельные элементы и стронций в фосфатоносной коре выветривания Алданского щита // Актуальные вопросы региональной геологии Сибири: Тез. докл. науч.-практич. конф. 21-23 ноября 1990г.

- Новосибирск, 1990. - С. 142-143.

7. Терехов В.Н., Никитина Е.И. Зональность продуктов выветривания карбонатитов Чадобецного и Татарского массивов // Актуальные вопросы региональной геологии Сибири: Тез. докл. науч.-практич. конф. 21-23 ноября 1990 г. -• Новосибирск, 1990. - С. 140-141'.

8. Терехов В.Н., Никитина Е.И..Фосфатоносные норы выветривания проявления Чуктукон. Чадобецкое поднятие // Проблемы минерального сырья-сельскохозяйственного назначения Сибири: Сб.науч.тр. /СНИИГГиМС. - Новосибирск, 1990. - С.23-33.

Подписано в печать 26.10.1992 г. Формат бумаги 60x90/16 Печ.л. 1,5 Уч.-изд.л. 1,25 Тирак 100 энз. Заказ 1393

630104, Новоскбирск-104,'Красный проспект, 67, ОНТИ СНШТиМСа