Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Магнетит железистых кварцитов Кольского полуострова

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Магнетит железистых кварцитов Кольского полуострова"

л

Санкт-Петербургский государственный университет

На правах рукописи

ИВАНЮК Григорий Юрьевич

МАГНЕТИТ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА

(морфология, магнитные и ар. свойства, фазовый и химический состав, генетические особенности)

Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

А втореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наух

Санкт-Петербург 1992

i. .1

M.i. .;..!.Ii» Отдел й^ссортац^

Работа выполнена в Геологическом институте Кольского научного центра РАН.

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Г.Булах, СПбГУ; доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник И.М.Горяинов, КолНЦ РАН

Официальные оппоненты: доктор reoлого-минералогических наук

Г.П.Кудрявцева (МГУ), доктор reoлого-минералогических наук Т.Г.Петров (СПбГУ)

Ведущая организация: Институт геологии и геохронологии докембрия РАН

Защита состоится "21 " мая_1992 г. в 15 ч. 00 мин.

в ауд. 52 на заседании Специализированного совета Д 063.57.27 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук при Санкт-Петербургском государственном университете (199034, Санкт-Петербург, Университетская набережная 7/9, геологический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М.Горького при Санкт-Петербургском государственном университете.

Автореферат разослан " 18 " МА ртА 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Т.Ф.Семенова

Актуальность- проблемы. Вот уже на протяжении целого столе-я породы железисто-кремнистой формации являются ключевым объ-том геологии архея и традиционным предметом споров о их гене-се. Виной последнего обстоятельства, по-видимолгу, является на-чие признаков, часть из которых отвечает классическим представ-ниям об осадочном с последующим метаморфизмом рудообразовании, сть - о метасоматическом, часть - о метаморфическом. Соответ-венно, в зависимости от выраженности тех или иных объективных изнаков в реальных месторождениях и от субъективных взглядов следователей генезис железистых кварцитов определялся как оса-чный, метаморфический или метасоматический. Поэтому обобщение ех "противоречивых" свойств этих пород в рамках единой генети--ской концепции представляется весьма актуальным. Одной из сос-.вных частей проблемы является получение комплексных данных о авном рудном минерале железистых кварцитов - магнетите, - ко-рому здесь традиционно приписывают однотипность морфологии, айильность свойств, стехиометричность состава и совершенство руктуры, что не соответствует действительности. Актуальной за-.чей также представляется изучение магнетита как индикатора ге-огической обстановки его нахождения, свойств и состава руд, яетических-особенностей месторождений железистых кварцитов.

Цель работы состояла в получении комплексных данных о сос-ле и свойствах магнетита, выявлении связей последних с геоло-теской обстановкой нахождения минерала, особенностями распре-:ления магнетита в рудных телах, с их зональностью и в интер-1етации полученных данных' в свете последних достижений естест-1знания.

Такая цель определила следующий круг задач: I) получение 1нных о химическом составе, морфологии, анатомии магнетита, его .гнитных, термических, оптических и механических свойствах; 2) доставление этих данных с данными о текстурных особенностях |род, составе кварцитов и их геологической позиции; выявление [ерджентных свойств системы магнетит-порода; 3) исследование .кономерностей распределения магнетита в рудных телах с позиции юрии самоорганизующихся систем; 4) обобщение выявленных свойств рамках этой теории.

Методика исследований базировалась на тщательном сопостав-!нии тех или иных особенностей магнетита, выявленных комплек-м методов, включающим минераграфию, структурное травление, гмический, микрозовдовый,. рентгеновский, термический анализы.

электронную микроскопию, колориметрию, измерение магнитных параметров, с особенностями состава и строения соответствующих участков кварцитов. Анализ особенностей распределения магнетита в рудных телах потребовал применения ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) Разработана методика исследования магнитных свойств минералов при помощи жидких кристаллов, позволившая, помимо прочего, выявить не известные ранее особенности в распределении векторов намагниченности магнетитовых зерен;

2) Установлено, что магнетит в железистых кварцитах характеризуется значительной гетерогенностью, выраженной в разнообразии морфогенетических разновидностей минерала, дисперсии размеров индивидов, неоднозначности анатомии и физических свойств. В значительной части образцов фиксируются две разновидности минерала: "коричневатая" и "голубоватая" в отраженном свете, - количественные и структурные взаимоотношения между которыми определяются типом железистых кварцитов;.

3) Состав магнетита меняется по степени окисленности и образует прерывисто-непрерывный ряд по содержанию общего железа от составов магнетит-вюстит до магнетит-маггемит;

4) Выявлена тесная связь свойств и состава магнетита и же-•лезистых кварцитов со складчатостью, причем последняя сопровождается упорядочением состава кварцитов и магнетита, ориентировок векторов намагниченности магнетита, распределения его в породе. Это позволило отклонить общепринятую версию о деструктивном, наложенном характере плойчатости и предположить, что складчатость здесь- является результатом внутренней хаотической динамики железорудной системы;

5) Проведенное по методу Ф.Такенса (1981) исследование закономерностей распределения магнетита в рудных телах подтвердило предположение, что пространственные изменения содержания магнетита в кварцитах являются проявлением внутренней хаотической динамики рудообразующей системы, описываемой странными аттракторами малой размерности.

Практическая ценность работы состоит в возможности широкого использования ее результатов, как в геологических исследованиях, так и в промышленном производстве. В частности,, впервые получены комплексные сведения о составе и свойствах магнетита железистых кварцитов Кольского полуострова, как ценного сырья не только для доменной, но и порошковой металлургии. Выявленные

азличия магнитных свойств разновидностей магнетита могут иметь ажное значение при разработке современных схем обогащения желе-истых кварцитов. Несомненный интерес представляет обнаруженная огерентность состава и свойств магнетита и кварцитов, имеющая чевидную прогнозную ценность. Трудно переоценить практическое начение метода исследования магнитных свойств веществ при помо-;и жидких кристаллов, который уже нашел применение в электронике материаловедении.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на 1 Всесоюзном совещании "Теория минералогии" (Сыктывкар, 1991), :а УШ Всесоюзном совещании по физическим свойствам горных пород :ри высоких температурах и давлениях (Уфа, 1990), на выездной :ессии ВДО (Апатиты, 1990), на П Всесоюзном семинаре "Оптика :идких кристаллов" (Красноярск, 1990), на 1У Всесоюзном съезде ;о геомагнетизму (Владимир, 1991), на международном семинаре по птике жидких кристаллов "Белые ночи" (Ленинград, 1991), на Лет-гей Европейской конференции по жидким кристаллам (Вильнюс, 1991) i на I Всесоюзном семинаре "Геологическая синергетика" (Алкала, 1991).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ.

Объем работы составляет 226 страниц машинописного текста, [ллюстрированного 120 рисунками. Список цитированной литературы ¡одержит 167 наименований. Структура автореферата совпадает со :труктурой диссертации.

Автор выражает глубокую признательность А.Н.Богдановой, ¡.Н.Бритвину, И.В.Никитину, С.А.Реженовой, В.И.Скибе и В.А.Тю->емнову за помощь в исследованиях, особенно подчеркивая постоян-юе внимание и поддержку со стороны научных руководителей -¡.М.Горяинова, А.Г.Булаха и Н.Л.Балабонина.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Введение

Системное изучение архейских железорудных месторождений Вольского полуострова (Горяинов, Балабонин, 1988) дало серьезные юнования для того, чтобы к исследованию этих образований подхо-1ить как к потенциальным диссипативным структурам. Одним из ха-зактернейших свойств последних является когерентность самых раз-щх признаков, причем изучение даже одного из них способно про-гигь свет на природу всей диесипативной системы (Берже, Ломо,

Видаль,.1991). Применительно к железистым кварцитам это означает, что состав, свойства, распространенность и другие особенности, скажем, кварца, амфибола или магнетита могут оказаться связанными не только друг с другом, но и с текстурами кварцитов, формой и размерами рудных тел, степенью преобразований и т.д. В качестве такого рода "зонда" автором был выбран магнетит - один из двух (второй - кварц) сквозных и главный рудный минерал железистых кварцитов и сопутствующих рудоносных пород.

Глава I. Основные черты геологии месторождений и вещественного состава железистых кварцитов.

Породы железисто-кремнистой формации широко распространены в центральной и северо-западной частях Кольского .полуострова. Они метаморфизованы в условиях амфиболитовой и гранулитовой фаций и представлены, помимо железистых кварцитов, различного рода гнейсами, амфиболитами и кальцифирами архейского (2.8-3.0 млрд. лет) возраста. Петрографическое изучение железистых кварцитов и других рудоносных пород из различных месторождений региона показало, что наибольшим разнообразием составов характеризуются породы крупных, разрабатываемых в настоящее время месторождений, тогда как мелкие месторождения и рудопроявления сложены относительно однообразными по составу кварцитами. Сравнение видимых мощностей рудных тел Ш1) и слагающих.их разновидностей кварцитов показало, что с ростом М1 мощности рудных магнетитовых кварцитов возрастают по степенному закону 112. = 0.08 Гематит-магнетитовые породы появляются в составе рудных тел только тогда, когда мощность последних достигает 100-150 м, а слаборудные, наоборот, практически исчезают к 240 м.

Характернейией чертой железистых кварцитов является многопорядковая (фрактальная) полосчатость, когда каждый слой при больших увеличениях оказывается состоящим из все более тонких слойков, Характер полосчатости меняется в зависимости от типа руд: в слаборудных кварцитах средняя мощность элементарных слойков превышает 5 мм, в рудных магнетитовых она равна 2-4 мм, а в существенно гематитовых уменьшается до 0.5 мм. Часто кварциты имеют плойчатую текстуру, которая проявляется лиль в центральных частях рудных тел при превышении ими предела мощности около 10 м. Такая текстурная зональность совпадает с минеральной: слаборудные и суль-фидсздержащие кварциты почти всегда приурочены к эндоконтактовым, а ге.чатитозые - к внутренним частям рудных тел.

Глава 2. Основные черты онтогении магнетита

Магнетит - почти повсеместно главный и "сквозной" минерал ех пород железисто-кремнистого ряда. В зависимости от конкрет-й геологической обстановки нахождения он характеризуется раз-эбразием морфологии, анатомии, парагенетических взаимоотношений другими минералами, механизмов образования, а также большим знообразием размера зерен, состава, кристаллохимических особенней и физических свойств. По своим цветовым оттенкам в отражен-м свете магнетиты подразделяются на две группы: так называемый эрмальный" магнетит серого цвета с коричневатым, розоватым, бу-ватым оттенками и близкую по цвету фазу, но с оттенками голубо-гых, синих, лиловых тонов (в дальнейшем магнетиты первой груп-называются по преобладающему оттенку коричневатыми, второй -лубоватыми). Распространенность одно- (только с коричневатой зновидностыо) и двухфазных (с обеими разновидностями) магнети-в, как и количественные соотношения фаз, главным образом завит от типа кварцитов. В частности, две магнетитовые фазы обнажены в 64% магнетитовых кварцитов и лишь в 1% гематит-магнети-вых. Кроме того, имеется связь с текстурными особенностями под: в среднем у 91% образцов кварцитов с двухфазным магнетитом кстуры прямополосчатые, а у 81% образцов только с коричневатым гнетитом текстуры плойчатые.

Коричневатый и голубоватый магнетиты находятся в различных личественных и структурных соотношениях друг с другом, причем лубоватая фаза всегда фиксируется в срастании с коричневатой, деляется три основных типа таких срастаний: I) агрегаты зерен еих фаз гипидиоморфнозернистой структуры; 2) сложные срастания гнетитовых фаз, когда центральные части зерен сложены' преиму-ственно голубоватой модификацией, явно вторичной по отношению зернам в целом; 3) каемки коричневатого магнетита вокруг эксо-ционных ламелей железосодержащей шпинели в голубоватом.- Вопре-распространенному мнению (Рамдор, 1962), доказательств вторич-го характера голубоватой магнетитовой фазы относительно корич-ватой не имеется. Наоборот, большая часть фактов, особенно рфология срастаний второго и третьего типов, указывает на об-тные соотношения.

Для выяснения тонких особенностей внутреннего строения инди-цов магнетита последние подвергались воздействию соляной кисты. При наблвдении в отражательный микроскоп установлено, что е через несколько секутзд-проявляется интенсивное лобурение зе-

рен коричневатого магнетита, в то время как выделения голубоватого долгое время не обнаруживают практически никаких изменений. Детальное изучение поверхности протравленных образцов при помощи сканирующего электронного микроскопа показало, что побурение коричневатого магнетита вызвано вытравливанием многочисленных ок-таэдрических или псевдоглобигулярных субиндивидов, вызывающих диффузионное рассеяние света. После обработки соляной кислотой зерна голубоватого магнетита,, наоборот, чаще имеют рельеф, основным мотивом которого являются ямки треугольной или квадратной формы. Утверждение же многих авторов о том, что голубоватая фаза хуже травится соляной кислотой, верны лиль отчасти, поскольку внешние различия протравленных зерен той и другой фазы обусловлены, скорее, не скоростью растворения, а различным протеканием этого процесса.

Глава 3. Конституция и свойства магнетита

Химический состав. Состав магнетита по данным микрозондово-го анализа варьирует в широких пределах, причем в каждом отдельно взятом аншлифе голубоватая фаза более железистая, чем коричневатая. Различие составов сосуществующих разновидностей минерала не постоянно и меняется от десятых-сотых долей процента до 1% и более. Разделение же магнетита по составу на две фазы весьма условно; фактически мы имеем ряд составов магнетита от желе-зодефицитных до железоизбыточных и одно-двухфазность минерала определяется.иными факторами, чем просто степенью окисленности. С учетом того, что железодефицитный магнетит с вакансиями в обеих (тетраэдрической и октаэдрической) катионных позициях имеет в отраженном свете коричнбватый оттенок, а. с вакансиями только в октаэдрических позициях, как и вюститизированный магнетит, - голубоватый (Morris , 1983), - превращение относительно высокоза-кисного голубоватого магнетита в коричневатый можно представить следующим образом:

] tet 3*lU J cot - гол. .

[iextxnt ] tet К' Saiiv-u, J oct

] tet Hfev-uPj oct V"K°P-

где x - часть вакансий тетраэдрической позиции, u>/2 - часть вакансий октаэдрической позиции, т + ш = v . <1агчетит по данным микрозондового анализа почти постоянно в коли--тве от первых сотых до десятых долей .процента содержит микро-

имеси Мп, А1, Са,греже, и в меньших количествах, Тл., Сг, , Ш, Со, V и др. Содержания большинства микропримесей увели-ваются при возрастании количеств соответствующих компонентов в ставе кварцитов, хотя для кремния обнаружена обратная связь с держанием ¡¿¡.Оз в породе. В поведении микропримесей при окис-нии голубоватого магнетита прослеживается следующая тенденция: повременно с уменьшением содержания железа происходит возраста-е количества примеси, если начальная голубоватая фаза содер-т данную примесь в количестве, меньшем определенной величины

и уменьшение, если содержание этой примеси в голубоватом маг-тите превышало X. Величина X составляет 0.08$ для мп, 0.04$ я 0.07$ для А1 и ¡м. . Кальций и титан входят в состав изу-емых магнетитов ограниченно и в голубоватых фазах обычно не держатся. При окнслении минерала их количество обычно возрас-ет.

Окраска магнетита. При визуальной оценке "голубизны" уставлено, что самые голубые зерна имеют и самое высокое содержа-е железа в своем составе. Анализ спектров отражения показал, о окраска голубоватых магнетитов обусловлена максимумом отра-ния в области 400-440 нм, тогда как коричневатая окраска свя-на с широким максимумом в области 580-660 нм. Соответственно, лубоватые магнетиты имеют окраски, попадающие в фиолетово-го-бую часть цветового треугольника (400-485 нм), коричневатые -желто-оранжевуго (600-586 нм). Заметим, что цветности коричне-тых магнетитов практически идентичны цветности эталонного маг-тита, приводимой Т.Н.Чвилевой с соавторами (1977), тогда как етности голубоватых магнетитов - цветности эталонного магге-та (по тем же данным). Этот факт говорит о невозможности на-лсно идентифицировать минералы маггемит-магнетит-вюститового да только по их окраске в отраженном свете.

Твердость магнетита. В среднем твердость голубоватого маг-тита несколько выше твердости коричневатого, хотя области знаний практически совпадают. Но в каждом отдельном аншлифе голу-ватый магнетит всегда тверже сосуществующего коричневатого, о согласуется' с наблюдениями многих исследователей о повышен-м рельефе голубоватого магнетита по сравнению с зернами корич-ватого в аншлифах.

Результаты рентгеновского анализа. Для надежной диагности-изучаемых магнетитовых фаз из одного из сравнительно интен-вно окрашенных и однородные выделений голубоватого магнетита

был произведен отбор материала с помощью микротвердометра и проведено его рентгеновское изучение, подтвердившее, что голубоватая фаза является магнетитом. Прецизионное рентгеновское исследо вание магнетитов с повышенным содержанием голубоватой фазы и вообще без нее показало наличие значимых различий по целому ряду рентгеновских параметров, хотя однозначная интерпретация этих различий пока затруднена в силу неодинаковости химических составов исследуемых магнетитов, степени их однородности и т.д.

Результаты термического анализа. Кривые ДТА заметно различаются для одно- и двухфазных магнетитов. Первые характеризуются наличием двух более-менее четких экзотермических пиков при температурах 310-370 °С и 775-600 °С, тогда как на кривых нагревали двухфазных: магнетитов пик в районе 775-800 °С отсутствует, но за то появляется слабый дополнительный экзотермический максимум при 250-270 °С. Микроскопическое изучение искусственных амплифов, из готовленных из отожженных проб, показало, что при отжиге исчезает голубоватая фаза. Во всех пробах отмечено появление вторичного гематита, который резорбирует магнетит по краям зерен или образует нодулеобразные вьщеления по всему их объему; количество мартита заметно выше в пробах, первоначально состоящих из двух магнетитовых фаз. С учетом вышеизложенного можно заключить, что: I) при нагревании магнетит, состоящий из двух фаз, одна из которых железодефицитна по отношению к другой, начинает окисляться раньше,-чём гомогенный; результатом этого процесса является исчезновение высокожелезистой фазы, а на кривых ДТА появляется пер вый максимум экзотермического дублета; 2) окисление магнетита может протекать'не только снаружи-внутрь, как обычно полагают, о чем свидетельствует появление в центральных, внешне не измененных частях магнетитовых зерен нодулеобразных выделений гематита. Объяснить появление последних можно, если предположить, что окисляемая фаза представлена метастабильным железодефицит-ным магнетитом, который при повышении температуры переходит в гематит; 3) дальнейший ход окисления сильно зависит от предыстории процесса и крупности зерен магнетита: при сильной окисленнос ти минерала в первую фазу нагревания, что характерно для двухфазного магнетита, высокотемпературный максимум не проявляется, в противном же случае при достаточно крупной фракции пробы или при высокой скорости нагревания он может зафиксироваться.

Магнитные свойства. Исследование магнитных свойств-магнетита включало как традиционные методы (измерение температуры Кюри,

параметров кривых намагничивания, изучение термомагнитных кривых и т.д.), так и впервые предложенный автором совместно с М.Г.То-милиным способ определения положений векторов намагниченности зерен ферромагнетика при помощи нематических жидких кристаллов (НЖ). Если слой ВКК поместить между скрещенными поляризаторами оптического микроскопа, то в отсутствие магнитного поля директор жидкого кристалла будет перпендикулярен подложке. Ось Jfe оптической индикатрисы НЖ при этом окажется параллельной оптической оси микроскопа и будет наблюдаться погасание. Поворот директора под действием магнитного поля будет сопровождаться просветлением поля зрения за анализатором. Интенсивность прошедшего слой К® света определяется законом ianroca:

J - J0 sia 2 2Q sin2 (6/2),

где JQ - интенсивность падающего на поляризатор света, Q -угол между плоскостью поляризации одного из поляризаторов и одной из главных осей эллиптического сечения индикатрисы НЖК, S -разность фаз света по выходу из слоя НЗНК. То есть, визуализация магнитного поля осуществляется как изменение разности фал или интенсивности света, прошедшего сквозь зону локальной деформации слоя НЖ. Положение вектора намагниченности подложки определяется методом оптической компенсации (Ивантак, Томилин, 1990).

Применение данной методики к исследованию магнетита позволило установить, что в железистых кварцитах наблюдается два принципиально различных типа магнитной анизотропии: I) когда векторы намагниченности зерен лежат в плоскости слоистости кварцитов и угол сс между статистическим направлением намагниченности магнетитавьгх зерен и полосчатостью равен нулю ; 2) когда векторы намагниченности направлены к полосчатости под углами, близкими к ±45°. Соответственно, на вариационных кривых значений ОС в первом случае наблюдается единственный максимум, совпадающий с направлением полосчатости, во втором - два максимума, симметрично расположенных относительно направления полосчатости. Некоторое количество аншлифов характеризуется трехыодальными распределениями а с экстремумами при ССа = +45°, о(. ^ =-45° и ot-0=0°.

Одномодальные распределения а. характерны почти исключительно для прямополосчатых кварцитов: только 13% таких образцов имеет плойчатуго текстуру. В кварцитах, где распределение векторов намагниченности носит трехмодальный характер, плойчатые и прямо-полосчатые разновидности представлены поровну, а 90% образцов, для которых установлено наличие магнитной анизотропии второго

типа, плойчатые. По-видимому, магнитная анизотропия первого типа индуцируется магнитным отжигом в сочетании с резкой анизотропией формы магнетитовых слоев и зерен, тогда как наличие внешних напряжений, превосходящих некоторую критическую величину, вызывает намагниченность в плоскости скольжения (III) магнетита, наиболее близкой к площадкам максимальных касательных напряжений, характеризуя магнитную-анизотропию второго типа. Естественно, что переход от первого типа анизотропии намагниченности ко Еторому активизируется при складкообразовании.

Сопоставление кривых нормального намагничивания магнетита показало, что остаточная намагниченность однофазных магнетитов быстрее достигает насыщения, чем двухфазного, причем для этого требуется поле в 1.5-2 раза меньшей напряженности. Это связано с наличием в зернах.двухфазного магнетита микронеоднородностей, вызывающих сильную локальную магнитную анизотропию. Действительно, максимальной неоднородностью характеризуются именно голубоватые магнетиты, хотя к такому же результату должно привести само наличие е пробе двух разновидностей минерала с различными составами и свойствами. Сопоставление соответствующих напряженнос-тей насыщающего и коэрцитивного полей показывает, что они связаны обратно экспоненциальной зависимостью, т.е. максимальные их значения характерны для двухфазного магнетита (и возрастают при увеличении содержания голубоватой фазы в пробе).

Абсолютная величина остаточной намагниченности насыщения вполне отчетливо связана с содержанием марганца в магнетите и линейно возрастает при увеличении последнего из-за увеличения магнитного момента минерала. Точки Кюри магнетита лежат в пределах 569.0-581.5 °С, не зависят от содержания микропримесей и од-но-двухфазности, а связаны со степенью окисленности минерала, плавно возрастая с ее увеличением. Образцы однофазных магнетитов характеризуются однотипной формой термомагнитных кривых, соответствующей таковой стехиометричного магнетита. Термомагнитные кривые двухфазных магнетитов осложняются "горбом" при температурах порядка 250-350 °С, наличие которого, по мнению Г.Л.Кудрявцевой (1988), может свидетельствовать о присутствии в анализируемой пробе маггемита. Однако, в виду отсутствия маггемчта в наших образцах, данный "горб", скорее, является здесь аналогом первого максимума экзотермического дублета на кривых ДТА двухфазного магнетита, связанного с окислением более высокожелезистой голубоватой модификации минерала.

Глава 4. 1елезистые кварциты Кольского полуострова -пример геологических диссипативных структур

Детальное изучение железистых кварцитов Кольского региона показало, что практически все их химические и физические особенности претерпевают существенные, а самое главное, закономерные изменения при складкообразовании. В частности, при переходе от прямополосчатых пород к плойчатым, как в пределах одного обнажения, так и для кварцитов из различных обнажений, рудных тел и месторождений, обнаруживается рост дифференцированности железистых кварцитов: из их состава исчезают все химические компоненты, кроме оксидов железа и кремния, которые концентрируются в моно -минеральные ритмично чередующиеся слои. Прямополосчатые породы, наоборот, статистически менее дифференцированы, имеют неконтрастные (вплоть до массивных) текстуры, обусловленные чередованием слоев близкого минерального состава.

Как отмечалось, складкообразование сопровождается не хаоти-зацией векторов намагниченности магнетитовых зерен, как это обычно считают, а просто наведением совершенно иной, но не менее строгой анизотропии намагниченности. Смена одномодальных распределений векторов намагниченности бимодальными (через тримодаль-ные), согласно теории вероятностей,представляет собой стохастический аналог бифуркации, приводящей к росту упорядоченности векторов намагниченности (Нико'лис, Пригожин, 1990).

Переход голубоватого магнетита в коричневатый также сопровождается упорядочением состава минерала, когда в "фазовом пространстве химических компонентов" магнетита устанавливается своеобразный "химический аттрактор" X с координатами Jtg = 0.04%, Ма = 0.08$, Al = di = 0.07%, ... , к которому и стремятся составы магнетита при его окислении. Тот факт, что 91% пород, содержащих две магнетитовые фазы, имеет прямополосчатую текстуру и, наоборот, 81% кварцитов, включающих только коричневатый магнетит, - плойчатые, - позволяет утверждать, что возникновение коричневатой разновидности магнетита, как и наведение магнитной анизотропии второго типа, связано со складкообразованием, причем и здесь налицо рост упорядоченности. Замечательно, что между многими свойствами кварцитов, включая'их состав, утлы раскрытия складок, твердость магнетита, магнитную анизотропию последнего и др., устанавливается самая непосредственная связь, так что уже первая компонента факторного анализа, включающая все эти величины, учитывает 79% изменчивости данных. Таким образом,

в данном случае складкообразование не может быть деструктивным процессом, "пассивно" наложенным на некоторую первоначальную породную последовательность. Наоборот, оно сопровождается ростом упорядоченности и когерентности свойств самой разной природы и, по-ведимому, аналогично в этом плане переходу ламинарного тече- ■ ния жидкости в турбулентное. Все это позволяет отнести складкообразование в изучаемых кварцитах к проявлению внутренней хаотической динамики диссипативной железорудной системы.

Установить конкретный механизм возникновения хаотической структуры позволяет метод вычисления хаусдорфовой размерности ( о) аттрактора, описывающего изменения состояния системы во времени или в пространстве, предложенный Ф.Такенсом (1981). Так, если в =0, то имеется постоянный во времени или в пространстве сигнал, который описывается аттрактором типа неподвижной точки, если в = I, налицо незатухающие периодические колебания, описываемые предельным циклом. Все обнаруженные к настоящему времени странные аттракторы имеют фрактальную хаусдорфову размерность, а Е белого шума стремится к бесконечности. Исследование последовательностей значений магнитной восприимчивости железистых кварцитов (КМВ), отражающих колебания содержания магнетита в рудных телах, показало, что пространственные (пространственно-временные?) изменения содержания магнетита являются результатом внутренней хаотической динамики железорудной системы, описываемой странными аттракторами малой размерности (от 2.5 до 3.3). При этом вся сложность распределения магнетита в рудных тепах вызвана взаимодействием ограниченного числа переменных (от 4 до 6), конкретную природу которых на данном этапе установить не удалось.

В большой части последовательностей значений КМВ фиксируются и собственно щумовые флуктуации, но амплитуда белого шума здесь обычно невелика и связана с разрывами последовательностей значений ЮШ интрузиями пегматитов и диабазов. То есть, поскольку анализу подвергались распределения магнетита в рудных телах после многочисленных "наложенных" процессов: складчатости, метасоматоза, разрывной тектоники и т.д., - и при этом поведение конечных последовательностей не является шумом, мы вынуждены отвергнуть эту "наложенность" в ее классическом смысле. Все вышеперечисленные процессы являются взаимосвязанными, когерентными и не должны рассматриваться по отдельности в геологических построениях.

Выводы

1) В железистых кварцитах Кольского полуострова магнетит представлен двумя фазами, различавшимися составом, физическими свойствами и геологическими условиями нахождения. Менее упорядоченная фаза при складкообразовании переходит в более упорядоченную;

2) При складкообразовании первый тип анизотропии намагниченности в результате бифуркации сменяется вторым, более высокого порядка;

3) Состав и свойства магнетита и кварцитов когерентны и определяются характером пластического течения пород как функцией внутренней хаотической динамики железорудной системы;

4) Метаморфизм, метасоматоз, складкообразование, возникновение полосчатости и другие элементы эволюции железорудных систем являются проявлениями единой динамики и , соответственно, подчиняются единым, хотя и очень сложным законам.

Список опубликованных по теме диссертации работ

1. Магнетит как индикатор симметрии поля напряжений при формировании железистых кварцитов //Тезисы докладов выездной сессии ВЛО, Апатиты, 1990. С. Зо

2. Состав, физические свойства и генетическая природа двух разновидностей магнетита из железистых кварцитов//Тезисы докладов выездной сессии ВМО, Апатиты, 1990. С. 35-36 (Совместно с Н.Л.Балабониным, С.А.Реженовой, С.Н.Бритвиным и др.)

3. а!етод нематических жидких кристаллов для исследования магнитных свойств минералов//Записки ЗМО, 1990, 3. С. 95-98 (Совместно с М.Г.Томилиным)

4. Использование жидких кристаллов для исследования магнитных свойств минералов//Тезисы докладов П Всесоюзного семинара "Оптика жвдких кристаллов", Красноярск, 1990, том 2. С. 266 (Совместно с М.Г.Токилиным)

5. К проблеме генетической интерпретации физических свойств пород и минералов//Тезисы докладов УШ Всесоюзного совещания по физическим свойствам горных пород при высоких температурах и давлениях, Уфа, 1990, том 2. С. 25-26 (Совместно с В.А.Тпремно-2ыч я Н.Л.Балабониным)

о. С структурно-вещественной организации железистых кварцитов Печегубского месторсждения/'/Рудогенез в метаморфических ком-

плексах докембрия. Апатиты: изд. КолНЦ АН СССР, 1991. С. 54-61 (Совместно с И.В.Никитиным)

7. Структурная упорядоченность в железистых кварцитах (Пе-ч'егубское месторождение)//Рудогенез в метаморфических комплексах докембрия. Апатиты: изд. КолНЦ АН СССР, 1991. С. 45-54 (Совместно с И.В.Никитиным)

8. Магнетит как индикатор симметрии поля напряжений при формировании железистых кварцигов//з!инералогический журнал, 1991, 2. С. 78-83

9. Самоорганизация в железистых кварцитах Кольского полуост-рова//Тезисы докладов П Всесоюзного совещания "Теория минералогии", Сыктывкар, 1991, том 2. С. 107-108

10. 0 природе складчатости в железистых кварцитах//Тезисы докладов I Всесоюзного семинара "Геологическая синергетика", Алма-Ата, 1991. С. 107-108

11. Странные аттракторы в динамике докембрийских железорудных систем//Тезисы докладов I Всесоюзного семинара "Геологическая синергетика", Алма-Ата, 199I. С. 107-108 (Совм. с Д.Егоровым)

12. Магнитные свойства минералов как отражение изменчивости их минералогических характеристик//Тезисы докладов 1У Всесоюзного съезда по геомагнетизму, Владимир, 1991, том 3. С. 69 (Совместно с Н.Л.Балабониным, А.Н.Богдановой, С.Н.Бритвиным и др)

13. Ihe use of liquid cristals for investigation of magnetic and electrical fieldB//AbBtracte of Summer European Liquid Crie-tal Conference, Vilnius, 1991, vol. 2, p. 192 (& U.Eomilin)