Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогическая характеристика и типизация магнезитовых руд Верхотуровского месторождения

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогическая характеристика и типизация магнезитовых руд Верхотуровского месторождения"

^ £

^ ^ Казанский государственный университет #

'ч

МИНЕРА ЛОГИ ЧЕСКА Я ХАРАКТЕРИСТИКА И ТИПИЗАЦИЯ МАГНЕЗИТОВЫХ РУД ВЕРХ О ТУРОВ С К ОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Казань, 1997

Казанский государственный университет

на правах рукописи САЕТГАЛЕЕВ ЯГФАР ХАЛИТОВИЧ

МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ТИПИЗАЦИЯ МАГНЕЗИТОВЫХ РУД ВЕРХОТУРОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 04.00.20. - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого - минералогических наук

Казань, 1997

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте геологии нерудных полезных ископаемых ( ЦНИИгеолнеруд) и на кафедре минералогии Казанского государственного университета ( КГУ)

Научные руководители работы: доктор геолого-минералогических наук, профессор Бахтин А.И.

кандидат геолого-минералогических наук

Шевелев А.И.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

' Романович И.Ф.

кандидат геолого- минералогических наук

Изотов В.Г.

Ведущая организация Государственный Комитет по геологии и использованию недр Республики Башкортостан, 450077, г.Уфа, ул.Ленина,35

Зашита состоится «23» ОКТЯБРЯ 1997 г. в /4 час. на заседании специализированного совета К 053.29.12 Казанского государственного университета по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, 4/5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГУ

Автореферат разослан « 22 » СЕНТЯБРЯ 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолог »^-минералогических наук

А.И. Диденко

Актуальность работы. Существующая в России минерально-сырьевая база кристаллического магнезита характеризуется тем, что несмотря на значительные запасы, степень ее освоения крайне неудовлетворительная. Исчерпаны запасы для открытой добычи на основных объектах разработки - месторождениях Саткинской группы в Челябинской области; имеется дефицит в особо чистых по химическому составу магнезитов для производства высококачественных огнеупоров и электротехнического периклаза; не оценены запасы магнезитов, пригодные для получения каустических порошков.

Важно отметить, что все известные в настоящее время месторождения магнезита были разведаны до 1966 года по устаревшим требованиям промышленности. Научно-технический прогресс в металлургии (потребляющей до 95 % выпускаемых огнеупорных изделий) предъявляет жесткие требования к чистоте химического и минерального состава сырья и, соответственно, к качеству магнезиальных изделий. В связи с этим, все подготавливаемые к освоению и вводимые в эксплуатацию месторождения магнезита требуют переоценки запасов по современным требованиям промышленности.

Актуальность также подчеркивается УКАЗОМ Президента Российской Федерации от 19 августа 1996 г. N 1196, предусматривающим принятие конкретных мер по развитию рудно-сырьевой базы металлургической промышленности Российской Федерации.

Цели и задачи работы. Основной целью работы является изучение вещественного состава магнезитовых руд и вмещающих пород Верхоту-ровского месторождения комплексом традиционных и новых физических методов, выделение минералого-петрографических типов руд, проведение экспрессного минералого-технологического прогнозирования высококачественных разностей магнезитов с их геометризацией в пространстве.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи: 1.Изучить вещественный состав магнезитовых руд комплексом методов ( химические анализы, минералого-петрографическое изучение, электронный парамагнитный анализ, дифференциальный термомагнитный анализ, кристаллооптические исследования и другие); 2. Проанализи-

ч

ровать свойства совместно встречающихся в рудах минералов и характер их изменений под влиянием различных воздействий (тектонических процессов, выветривания и т.д.); 3. Установить качественные и количественные характеристики и формы вхождения в состав магнезитов и доломитов элементов-примесей; 4. Дать минералогическую характеристику и провести типизацию высокомагнезиальных карбонатных пород и магнезитовых руд Верхотуровского месторождения; 5. Составить карту прогнозируемых минералого-технологических типов карбонатных руд Центрального участка Верхотуровского месторождения и выяснить соответствие выделенных разновидностей магнезитов и доломитов требованиям промышленности, предусмотренных действующими ГОСТами и техническими условиями на магнезиальное сырье.

Фактический материал. Работы базируется на материалах, собранных и обработанных автором в процессе более 5-летнего изучения магнезитовых руд Верхотуровского месторождения в Красноярском крае. За период с 1989 года по 1997 год автором проанализирован материал и по другим магнезитовым месторождениям России, сходных по строению с Верхо-туровским . На Центральном участке Верхотуровского месторождения автородг отобрано и изучено более 900 проб. Использованы данные химического состава более 2000 керновых проб по 32 скважинам. Было описано более 800 петрографических шлифов, более 500 проб исследованы методами электронного парамагнитного резонанса, дифференциального термомагнитного анализа, полуколичественного спектрального анализа и инфракрасной спектроскопии.

Аналитические работы выполнены в ЦНИИгеолнеруд (изготовление шлифов, полуколичественный спектральный анализ, электронный парамагнитный анализ, дифференциальный термомагнитный анализ, рентгеноструктурный анализ, инфракрасная спектроскопия), в химической лаборатории Ангарской геологоразведочной экспедиции (химический анализ).

Методика исследований. Решение поставленных задач основывалось на применении традиционных и новых физических методов. Отбор проб для лабораторных исследований производился на основе методических подходов к малообъемному минералого-технологическому картированию,

разработанных в ВИМС (1979). Кристаллооптические исследования карбонатных пород Верхотуровского месторождения осуществлялись на шлифах, изготовленных без покровных стекол с использованием методики окрашивания шлифов, разработанной Л.Е.Штеренбергом, В.И.Гречиным и др. (1972). "Тонкие" особенности вещественного состава карбонатов устанавливались методом электронного парамагнитного резонанса, с использованием методических приемов, разработанных В.М.Винокуровым, В.Ф.Кругиковым, В.А.Тимесковым, Л.П.Урасиной и др. (1983,1988,1992 и т.д.); методом дифференциального термомагнитного анализа по методике, разработанной Б.В.Буровым, Д.К.Нургалиевым, П.Г.Ясоновым (1979,1986), а также Г.П.Кудрявцевой (1988) и др.. Геохимические исследования основывались на методических рекомендациях, разработанных под руководством А.М.Ахмедова, В.А.Крупеника (1995). а также С.М.Катченкова (1957), Э.З.Гареева (1988,1990) и др. При статистической обработке результатов исследований применялись методы, разработанные В.В.Вабенко, В.П.Афанасьевым и др.(1988).

Исследования проведены на единой методологической и методической основах, рекомендуемых при изучении сырья, особенно, в новом направлении - минералого-технолопгюском картировании месторождений полезных ископаемых, разработанным А.И.Гинзбургом, В.И.Кузьминым, Г.А.Сидоренко (1981), А.С.Филысо ,Ф.И.Ковальским (1991) и другими. Применительно к магнезиальному сырью - дополненным и усовершенствованным В.П.Петровым .П.П.Смолиным, А.И.Шевелевым, В.С.Тохтасьевым и др. (1990-е годы).

Научная новизна. 1. Выявлены и интерпретированы типоморфные особенности выделенных разновидностей магнезитовых руд (также доломитов) в зависимости от наложенных на них вторичных процессов перекристаллизации, дробления, а также содержания в них всех главных и второстепенных минеральных фаз, вхождения в состав минералов разнообразных примесных элементов; 2. Установлено закономерное изменение состава, внутреннего строения и свойств магнезитов и доломитов в зависимости от условий их возникновения и наложенных вторичных процессов; 3. Уточнены и дополнены, применительно к магнезиальному сырью, существующие методические положения по минера ¡от-

технологическому изучению и картированию месторождений; 4. Показана возможность экспрессной и достоверной оценки качества магнезитовых руд; 5. Установлены дополнительные минералогические поисково-оценочные признаки на высококачественные магнезитовые руды.

Практическая ценность. 1. Реализация результатов проведенных исследований позволяет эффективно определять качественные показатели магнезитовых руд и выявлять наиболее ценные разности сырья в короткие сроки и с минимальными затратами. 2. Произведена предварительная оценка качества выделенных разновидностей магнезитов и доломитов и определены возможные области их использования, построены крупномасштабная карта и разрезы Центрального участка Верхотуров-ского месторождения, которые могут быть использованы для оконтури-вания блоков и подсчета запасов, выделения промышленных типов и сортов магнезитовых и доломитовых разностей, для эффективного и рационального освоения Верхотурозского месторождения. 3. Разработанные методологические принципы позволяют повысить эффективность геологоразведочных работ на магнезиальное карбонатное сырье: во-первых, на ранних стадиях ГРР (поисково-оценочной), так как подобное комплексное изучение магнезитов способствует достоверному выделению разновидностей магнезитовых руд, выявлению высококачественных разностей и их пространственной геометризации без дополнительных затрат на проведение специальных геологоразведочных работ; во-вторых, комплексное применение современных физических методов изучения вещества , предложенные в работе, послужит для непрерывного экспресс-контроля качества магнезитов и доломитов в период эксплуатации месторождений. 4.Предложенная усовершенствованная методика комплексного изучения магнезиального сырья позволяет достаточно надежно решать многие практические задачи - от прогноза до освоения и эксплуатации месторождения.

Изложенные в диссертации методологические принципы и минералогические поисково-оценочные признаки могут быть использованы для выделения и пространственной геометризации высококачественных разностей магнезитезых руд и на других месторождениях кристаллнче-

с кого магнезита, а также при прогнозе и поисках высохомагиезиалытого карбонатного сырья в перспективных регионах России. Основные защищаемые положения. Положение 1. Для быстрой и экономически эффективной оценки качества магнезитового и доломитового сырья необходимо использовать, наряду с существующими методами оценки качества, новые виды анализов (электронный парамагнитный резонанс, дифференциальный термомагнитный анализ и другие), позволяющие дополнительно выявлять наличие в рудах примесей технологически вредных минеральных фаз и химических элементов.

Положение 2. Продуктивная толща на Верхотуровском месторождении разделена на восемь мияералого-петрографических разновидностей магнезиальных карбонатов, характеризующиеся своими типоморфными особенностями состава главных и второстепенных минералов, примесных элементов и структурно-текстурными признаками. Каждая разновидность магнезиальных карбонатных пород обладает особыми технологическими свойствами и практической значимостью.

Положение 3. Установлены критерии выделения высококачественных разновидностей магнезитовых руд, определено их пространственное размещение на Центральном участке ВерХотурсвского месторождения с установлением границ подсчетных блоков и т.д.

Апробация и реализация результатов работы. Основные теоретические положения, выводы и практические рекомендации по теме диссертации докладывались и обсуждались на 1-м Всероссийском петрографическом совещании "Магматизм и геодинамика" с г.Уфа (1995г), на Всероссийском совещании по проблемам стратиграфии и геологической истории Северной Евразии в г.Екатеринбурге, (1995г.), на П-м Международном семинаре "Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия" г.Сыктывкар (1996 г.); доложены на технических совещаниях в Ангарской геологоразведочной экспедиции и в АО "Стальмаг", (п..Мотыгино Красноярского края), в 1992 г. и приняты к реализации при разведочных работах Ангарской ГРЭ на Верхотуровском месторождении магнезита; в Западно-Башкирской геологосъемочной экспедиции н в Государственном Комитете Республики Башкортостан по геологии

и использованию недр в г.Уфа (1993, 1994, 1995гг.) и приняты к реализации при разведочных работах на Исмакаевском месторождении магнезита, а также автор апробировал изложенные в диссертации принципы минералогической характеристики и типизации кристаллических магнези-тов и подтвердил их достоверность при изучении магнезиальных карбонатов Даргинского месторождения в Читинской области. Основные результаты научных исследований отражены в 7 статьях и 6 отчетах, получивших положительную оценку на заседаниях Ученого Совета ЦНИИге-олнеруд

Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, 5 глав и Заключения. Она содержит 183 стр.текста, 51 рисунков и 5 таблиц. Список литературы включает 89 наименований.

При работе над диссертацией ценные советы и консультации автор получил от доктора геол.-мин.наук Н.Н.Ведерникова, кандидатов геол.-мин.наук Е.М.Аксенова, В.С.Полянина, Л.В.Халепп, В.В.Шевченко, Х.Г.Зинатова, В.П.Морозова; кандидата физ.-мат.наук В.Ф.Крутикова, Н.М.Низамутдинова; кандидатов географических наук Р.К.Садыкова и Н.С.Чуприны, которым автор весьма признателен.

Неоценимую помощь во время полевых работ оказали старший геолог Ангарской ГРЭ Г.В.Леонов, главный геолог АО "Стальмаг" В.В.Шевчеико.

Автор считает своим долгом особо поблагодарить сотрудников ЦНИИгеолнеруд кандидата геол.-мин.наук В.С.Тохтасьева и научного сотрудника Г.З.Хайруллину за помощь в выполнении исследований карбонатных пород и консультации по интерпретации аналитических данных, а также за практические замечания, советы и поддержку, которые способствовали выполнению работы.

Большая помощь в техническом оформлении была оказана В.И.Вяткииым, Р.Х.Назмеевым, Л.М.Обуховой, С.В.Пчелкиным, Ф.Р.Фасаховой и М.Б.Хасановой. Автор выражает им искреннюю признательность.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Положение 1. Для быстрой и экономически эффективной оценки качества магнезитового и доломитового сырья необходимо использовать, наряду с существующими методами оценки качества, новые виды анализов С электронный парамагнитный резонанс, дифференциальный термомагнитный анализ и другие'), позволяющие дополнительно выявлять наличие в рудах примесей технологически вредных минеральных фаз и химических элементов.

Как известно, в основе всех разработанных стандартов и технических условий на магнезиально-карбонатное сырье лежит его химический состав, позволяющий выделить основные и лимитируемые компоненты (оксиды), что важно при определении качественных характеристик руд.

В настоящее время значительно ужесточились требования промышленности к качеству магнезитового сырья по всем лимитируемым компонентам, к примеру, для производства электротехнического периклаза первого сорта по техническим условиям Департамента металлургии требуется (в масс.дол.,%) N^0- не менее 46,0; СаО-не более 0,8; 5Ю2-не более 1,5; Ре203+Ре0 не более 0,06. Это связано с повышением требований металлургической промышленности к массовым долям примесей в товарной магнезии. Однако, принятые на сегодня методологические подходы по определению качества и сортности магнезитового сырья не гарантируют полностью, что получаемые изделия из данного сырья будут обладать ожидаемым качеством и свойствами. Это обусловлено тем, что результаты химических анализов учитывают лишь валовый химический состав магнезитового сырья по основным породообразующим компонентам (МбО, СаО.'БЮг, Ре203, А1203, потери при прокаливании, нерастворимый остаток). Практически в магнеэитах не определялись примесные компоненты Р205, ТЮ2, БО, и другие, качественный и количественный набор которых для каждого месторождения может быть различным. Изучение вещественного состава магнезитов, основанное только на химических анализах и выраженное через основные породообразующие оксиды СаО и т.д., не показывает точно какой именно минерал

ответственен за тот или иной оксид. Из большого количества наблюде-

ний' по разным месторождениям устанавливается, что массовая доля оксида магния в пробе может отражать группу магнезиальных минералов: магнезита, доломита, талька, хлорита, серпентина, брусита, тремолита и т.д. (аналогично можно рассмотреть и другие оксиды). Недостаточно полный анализ минерального состава пород ведет к неправильному пониманию действительного положения и значимости изучаемых и предлагаемых к освоению объектов (месторождений). Анализ и изучение опыта по оценке качества и запасов магнезитовых руд показывает, что возможности минералогических методов в этих целях используются слабо. В последние годы возможности минералогических-ЭПР, ДТМА и других (минералого-петрографических) методов исследований, основанных на достижениях кристаллохимии и физики минералов, неизмеримо возросли. Их применение позволяет получить ценнейшую информацию о составе, структуре минералов, их свойствах и так далее, без которой невозможно наметить правильный путь технологических исследований. Например, метод ЭПР (электронный парамагнитный резонанс) может применяться для качественного фазового анализа маложелезистых и маломарганцовистых карбонатов (магнезита, доломита, кальцита и всех их переходных разностей). При помощи этого метода можно проводить предварительную разбраковку рудной толщи на отдельные горизонты, характеризующиеся определенной ассоциацией карбонатных минералов. Методом дифференциального термомагнитного анализа производится диагностика железосодержащих минеральных фаз по их магнитным свойствам и разделение рудной толщи на отдельные горизонты, характеризующие той или иной ведущей ассоциацией железосодержащих минералов. Эти методы характеризуются высокой чувствительностью и позволяют устанавливать в магнезитовых рудах ничтожно малые содержания вредных для технологии примесных кальциевых минералов (до сотых массовых долей) и железосодержащих минералов (до сотых и менее долей процента по магнетиту).

Применение вышеперечисленных методов, в совокупности с использованием данных химических и геохимических анализов, и микроскопического изучения шлифов, дает возможность, на качественно новом уровне и с высокой достоверностью, проводить исследования веществен-

иого состава магнезитовых руд (а также вмещающих пород - доломитов и известняков) для выявления в них полезных и вредных для технологии минеральных компонентов, выяснения форм вхождения в состав минералов элементов-примесей.

На основе дополнительного использования комплекса физических методов, во внешне однородном строении разреза магнезитовых (и доломитовых) толщ возможно: выделение горизонтов и пачек минерало-го-пегрографических разновидностей магнезиальных карбонатов, которые являются типоморфными для всей исследуемой площади; установление закономерностей их пространственного размещения и предварительное определение технологических свойств (качества) магнезитовых руд.

Положение 2. Продуктивная толща на Верхогуровском месторождении разделена на восемь минералого-петрографических разновидностей магнезиальных карбонатных пород, характеризующиеся своими типоморфными особенностями состава главных и второстепенных минералов, примесных элементов и структурно-текстурными признаками. Каждая разновидность магнезиальных карбонатных пород обладает особыми технологическими свойствами и практической значимостью.

Систематическим изучением вещественного состава малообъемных проб комплексом методов выявлено, что продуктивная толща па Верхоту-ровском месторождении характеризуется следующими основными особенностями вещественного состава и строения.

В результате микроскопического исследования карбонатных пород продуктивного горизонта установлен ряд основных и примесных минералов. В магнезитовых рулах - рудообразующий минерал магнезит; примесные минералы - доломит, пирит, ia.ii,к, кальцит, кварц, хлорит, серпентин, лимонит, бруслт, апатит, гематит. Максимумы проявлений примесных минералов приурочены к зонам интенсивной трещииоватости и дробления магнезитов.

По содержанию примесных минералов, с учетом структурно-текстурных особенностей, предварительно выделены следующие разновидности магнезитовых руд, которые условно отнесены к моиомине-рапьным ( "чистым") и полимиперальпым ("загрязненным") машезитам.

"Чистые" (мономинеральные) магнезиты средне-мелкозернистые (размеры зерен по длинной диагонали от 1,5 до 10,0 мм), массивные, гранобластовые, обычно монотонно серые из-за тонкодисперсных включений углисто-глинистого вещества. Микроскопическими исследованиями в этих магнезитах наличие других примесных минералов не установлено.

"Загрязненные" примесными минералами магнезиты ( измененные в результате воздействия вторичных наложенных процессов доломитизации, пиритизации, кальцитизации и т.д.) характеризуются большим разнообразием структурно-текстурных особенностей: разнозернистые (средние размеры зерен по длинной диагонали от 2,0 до 15,0 мм) массивные, гранобластовые, прожилковатые, часто трещиноватые, дробленые, неравномерно серой и белой окраски из-за присутствия углисто-глинистого вещества, преимущественно в микротрещинках и стилолито-вых швах, участками розовато-белые, желтовато-серые из-за процессов выветривания, лимонитизации и т.п.. Микроскопическими исследованиями в этих магнезитах установлены следующие примесные минералы: доломит вторичный (до 60%), тальк ( до 25%), пирит ( до 5%), также кальцит, кварц, хлорит, серпентин, брусит, апатит, гематит.

Дальнейшая конкретизация минерального состава выделенных петрографических разновидностей магнезитов ( а также доломитов) и уточнение строения разреза продуктивной толщи осуществлялась методами электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), дифференциального термомагнитного анализа (ДТМА) и геохимическими исследованиями.

По данным ЭПР продуктивная толща подразделяется на различные литологические типы пород, представленные магнезитом, доломитом и их переходными разновидностями, которые обладают характерными для каждого из них ЭПР-признаками.

Магнезиты, по характеру распределения ЭПР-признаков, подразделяются на три разновидности. Первая разновидность- магнезиты, характеризующиеся относительно высокими значениями интенсивности Мп2+ в магниевой позиции (I), в пределах от 5,9 до 9,1 условных единиц. Вторая разновидность характеризуется значениями (}) от 4,0 до 5,4 и третья - от 2,7 до 3,9. Соответственно, наблюдается постепенное умень-

шение максимальных значений дН (первая-3,3 Гс, вторая-2,7 Гс, третья-2,3 Гс). При корреляции с петрографическими описаниями шлифов установлено, что первый ЭПР- тип соотносится с "чистыми" мономинеральными магнезитами, второй и третий ЭПР- типы - с "загрязненными" примесными минералами магнезитами. Таким образом, "загрязненные" примесными минералами разности магнезитов, в свою очередь, по ЭПР-данным (по содержанию доломита и кальцита) четко подразделяются на две разновидности: слабо и сильно измененные магнезиты. Последние, по данным минералого-петрографического анализа, различаются преимущественно по содержанию примесных минералов и степени нарушенное™: слабо измененные - доломит (до 10%), тальк-хлорит-серпентин (до 15%), пирит (до 5% ), а также единичные включения кварца, кальцита и т.д.; сильно измененные - доломит (до 60%), кальцит (до40 и более %), кварц (до20%), тальк-хлорит-серпентин (до 25%), порфировидные включения отдельных кристаллов и агрегатов пирита (часто лимонитизирован-ные) более 5% и т.д.. Установлено, что выявленные при помощи ЭПР метода закономерности в пространственном распределении различных типов магнезиальных карбонатов и их взаимоотношений (вертикальная зональность и латеральный характер распространения выделенных типов), являются характерными для всей исследуемой толщи Центрального участка Верхотуровского месторождения.

Методом ДТМА в магнезитовых рудах (а также во вмещающих доломитах) диагностированы железосодержащие минералы - магномагне-тит, маггемит, магнетит, гематит, пирит, сидерит, гетит, в единичной пробе самородное железо. По изменчивости магнитных свойств изучаемый разрез продуктивной толщи дифференцируется на отдельные горизонты, при корреляции которых с данными других методов установлена приуроченность к "чистым" мономинеральным магнезитовым рудам магномагнетит-магнетит-гематитовой ассоциации, а горизонты, с преимущественным развитием пирит-магномагнетитовой, сидеритовой и других ассоциаций, сложены в различной степени измененными магнезитами.

Геохимическими исследованиями (полуколичественный спектральный анализ ) установлена специализация выделенных разновидностей

магнезиальных карбонатов по содержанию примесных элементов, каждый из которых имеет только ему свойственное распределение и уровень накопления. Анализ геохимических данных показал , что для магнезитовых руд типоморфными являются элементы-примеси Ва и Яг, максимумы, концентрации которых в вертикальном разрезе исследуемых скважин отмечают ритмичное изменение литологического состава магнезиальных карбонатов, выраженное в чередовании прослоев "чистых" и "загрязненных" магнезитовых руд. Изучение распределения Ва и Бг в магнезитах (доломитах и известняках) позволило конкретизировать вещественный состав и уточнить пространственное размещение выделенных разновидностей магнезиальных карбонатов.

"Чистые" (мономинеральные) магнезиты характеризуются, в основном, постоянством качественного и количественного состава петро-генных и малых элементов (Ре, 81, Мп, 8г, 'П, А1, N1, Сг, Си). "Загрязненные" примесными минералами магнезиты характеризуются присутствием, кроме вышеперечисленных, и других элементов-примесей (Р, Ва, Бп, Р1, Со, УЬ, У, Бе, Аэ, Ве, К, ва, V). В зависимости от интенсивности наложенных вторичных процессов( перекристаллизации, дробления, выветривания и т.д.), концентрации примесных элементов в измененных магнезитах сильно варьируют. Установлено, что марганец накапливается, главным образом, в карбонатах и максимумы его концентрации приурочены к "чистым" мономинеральным разновидностям магнезитов; медь накапливается в сульфидах, особенно в пирите, повышенные концентрации меди (пирита) отмечаются в интенсивно измененных разновидностях магнезитовых руд.

Таким образом, на основе определения главных и второстепенных минералов, качественного и количественного содержания примесных элементов, характера их пространственного распределения и так далее, на Центральном участке Верхотуровского месторождения установлены следующие типоморфные разновидности магнезиальных карбонатных пород.

1. "Чистые" (мономинеральные) магнезиты, разнозериистые, (средние размеры зерен по длинной диагонали от 1,5 до 10,0 мм), обычно монотонно серые из-за тонкодисперсных рассеянных включений

углисто-глинистого вещества, гранобластовые и массивные. Характеризуются максимальными значениями пиковой интенсивности Мп2' в магниевой позиции в магнезите в пределах 5,9-9,1 условных единиц, магномагнетит-магнетит-гематитовой ассоциацией, постоянством качественного и количественного состава петрогенных и малых элементов (в основном, Са, Бе, 8!, Мп, Бп, "П, Си, Сг).

2. Слабо измененные магнезиты (незначительно "загрязненные" примесными минералами), разнозернистые (средние размеры зерен по длинной диагонали от 2,0 до 10,0 мм), обычно серые из-за тонкодисперсных рассеянных включений углисто-глинистого вещества, гранобластовые, массивные, участками слаботрещиноватые, к которым приурочены включения магнезиально-силикатных минералов (в основном, талька до 2,0-3,0 %, реже до 5,0%), тонкорассеянного пирита -до 1,0-2,0 % .вторичного доломита -единичные зерна. Характеризуются относительно высокими значениями пиковой интенсивности Мп2' в магниевой позиции в магнезите в пределах 4,0 - 5,4 условных единиц и па грани чувствительности прибора в единичных пробах фиксируется второй пик интенсивности Мп2+ в магниевой позиции в доломите, магномагнетит-магнетит-гематит-пиритовой (проявлена слабо) ассоциацией, постоянством состава примесных элементов и некоторым изменением их распределения в зависимости от характера и направленности вторичных наложенных процессов.

3. Сильно измененные магнезиты ("загрязненные" примесными минералами) разнозернистые (средние размеры зерен по длинной диагонали от 2,0 до 15,0 мм), серые, иногда желтовато-розовато-серые, гранобластовые, массивные, местами трещиноватые, дробленные и смятые. К этим участкам приурочены включения, в основном, вторичного доломита-до 5,0-10,0 %, реже до 20%; тальк-хлорит-серпентина до 15%, пирита-2,0-5,0 %, иногда апатита - до 5%, брусита, единичных зерен кварца и кальцита. Характеризуются относительно средними значениями пиковой интенсивности Мп2+ в магниевой позиции в магнезите в пределах 2,7 - 3,9 условных единиц и хорошо выраженным пиком интенсивности Мп в магниевой позиции в доломите в пределах 0,0п - 0,п условных единиц, пирит-гематит-магномагнетитовой ассоциацией, увеличением численно-

сти и концентрации как петрогенных (кроме ), так и малых элементов.

4. Интенсивно измененные магнезиты (сильно "загрязненные" примесными минералами), разнозернистые (средние размеры зерен по длинной диагонали от 2,0 до 15,0 мм), неравномерно серой и белой окраски, часто желтовато-серые, розовато-серые, сильно трещиноватые, дробленные и смятые. К участкам их развития приурочена: тальк-хлорит-серпентиновая (до 25,0%), кварцевая (до 20,0%, максимальные размеры зерен не превышают 0,5 мм), доломитовая (от 15,0 до 60,0%, размер зерен менее 1,0 мм), кальцитовая (до 40,0 и более %) и пиритовая (наблюдаются как тонкорассеянные включения, так и отдельные порфи-ровидные кристаллы и агрегаты кристаллов, часто лимонитизированные), минерализации. Характеризуются относительно низкими значениями пиковой интенсивности Мп2+ в магниевой позиции в магнезите менее 2,7 условных единиц и отчетливо выраженной пиковой интенсивностью Мп2+ в магниевой позиции в доломите 0,п - п условных единиц, пирит-сидерит-гетит-гематит-магнетит-магномагнетиговой ассоциацией, максимальным набором и резкими изменениями концентрации петрогенных и малых элементов.

5. Доломиты магнезиальные, тонкозернистые (размеры зерен менее 0,1 мм), монотонно серые, массивные с тонкорассеянными включениями пирита. По данным ЭПР характеризуются как магнезитсодержащие доломиты. По данным ДТМА содержат магномагнетит-магнетитовые включения.

6. Доломиты нормальные (отношение М£СОз к СаСОз стремится к единице), тонкозернистые (размеры зерен менее 0,1 мм), массивные, серые, слаботрещиноватые, местами прожилковидные из-за прожилко-видных включений углисто-глинистого вещества (до 10,0%), вторичного доломита (иногда до 40,0% ), тонкорассеянного пирита (до 1,0%), чешуек и агрегатов чешуек магнезиально-силикатных минералов (до 1,0%). Характеризуются относительно повышенными содержаниями А1, П . По данным ЭПР характеризуются как доломиты.

7. Доломиты известковистые, мелкозернистые (размеры зерен менее 1,0 мм), монотонно серые, массивные. Местами йолосчато-серые из-за

прожилковидных включений углисто-глинистого вещества (до 10,0%), участками слабобрекчированные с кальциевой минерализацией (до 20,0%). По качественному составу и количественной концентрации примесных элементов аналогичны измененным разновидностям магнези-тов. По данным ЭПР характеризуются как кальцитсодержащие доломиты.

8. Известняки магнезиальные, мелкозернистые (размеры зерен менее 1,0 мм), темно-серые, полосчатые, массивные, отличаются от других выделенных разновидностей карбонатов очень низкими содержаниями и стабильным распределением микропримесей. Исключение составляет магний, массовая доля которого в исследуемых пробах составляет не менее 3,0% от общего объема воздушно-сухой смеси.

Положение 3. Установлены критерии выделения высококачественных разновидностей магнезитовых руд, определено их пространственное размещение на Центральном участке Верхотуровского месторождения с установлением границ подсчетных блоков и т.д.

На основе исследования магнезиальных карбонатных пород традиционными и современными физическими методами выявлено, что каждая разновидность обладает только ей присущим характерным минеральным составом, набором примесных элементов, значениями пиковых интенсив-ностей (J) и другими признаками.

Высококачественные магнезитовые руды выделены по следующим

критериям: 1. Петрографический - магнезиты мелко-среднезернистые

(размеры зерен по длине диагонали от 1,5 до 10,0 мм), мономинеральные,

гранобластовые, массивные, серые ; 2. Термомагнитный - устойчивая

магнетит-магиомагнетит-гематитовая ассоциация ( общее содержание в

руде не более сотых массовых долей) ; 3. Радиоспектроскопический -- , 2+

пиковая интенсивность Мп в магниевом позиции в магнезите составляет от 5,1 до 9,1 условных единиц, значения лН (ширина производной одной из линий поглощения СТС Мпг+ в магнезите) составляет в среднем 3,3 Гс ; 4. Геохимический - устойчивая ассоциация примесных элементов (массовые доли в % ) Fe - менее 0,05; Si - менее 0,05; Мп - от 0,025 до 0-,040 ; Sr - 0,005 ; Ti - от 0,04 до 0,005; AI - менее 0,005; Ni - 0,002; Cr -менее 0,001; Си - менее 0,001. Отношение стронция к кальцию - от 0,0125 до 0,0167; отношение алюминия к кремнию - от 0,01 до 0,07.

1<5

С учетом вышесказанного, в составе магнезитоносной толщи Центрального участка Верхотуровского месторождения прогнозируются следующие минералого-технологические типы магнезитовых (и доломитовых) руд и основные направления их использования:

1. Высококачественным сырьем, пригодным для производства как электротехнического периклаза, так и огнеупорных изделий, являются толщи "чистых" (мономинеральных) магнезитов, характеризующиеся следующим содержанием (в скобках среднестатистические по 50 пробам) основных лимитируемых компонентов (масс.доли,%): ¡поболее 46,0; СаО- не более 1,0 (0,74); 5Ю2-не более 0,5 (0,38); Ре203 не более 0,05 (0,01).

2. Высококачественным сырьем, пригодны!! для производства огнеупорных изделий, являются слабоизмененные разновидности магнезитов (незначительно" загрязненные" примесными минералами, в основном, доломитом, тальком, пиритом). По содержанию основных лимитируемых компонентов характеризуются следующими особенностями (в скобках среднестатистические по 50 пробам, в масс.долях,%): ^^О-не менее 46,0 (около 47,0); СаО-не более 1,0; ВЮ2-не более 0,50; Ре203- от 0,10 до 0,40; А1203-от 0,01 до 0,10; РеО -от 0,С7 дс 0,21.

3. Сильно измененные разновидности магнезитов по своим химическим и минералого-петрографическим особенностям являются некондиционными для производства электротехнического периклаза и огнеупорных изделий по требованиям Департамента металлургии. Их использование в этих целях возможно только после удаления примесных минералов доломита, кварца, талька и др. При этом, по ТУ-14-200-357-91 для комбината "Магнезит", эти магнезиты являются высококачественным сырьем для производства огнеупорных изделий.

4. Интенсивно измененные разновидности магнезитов по своим химическим и минералого-петрографическим характеристикам также являются некондиционными и не удовлетворяют требованиям Департамента металлургии и ТУ-14-200-357-91 для комбината "Магнезит". -

Пространственное размещение выделенных высококачественных природных разновидностей магнезитов и их взаимоотношение с другими патологическими разновидностями карбонатных пород покачано на

карте прогнозируемых шшсралого-технологических типов карбонатных руд Центрального участка Верхогуровского месторождения (рис.1). Установлено, что пространственное размещение выделенных разновидностей карбонатов осложняется, в основной, тектоническими фзкторлми. В частности, наблюдаемое тупое выклинивание пластов магнезиальных карбонатных пород приурочено к тектонически нарушенным участкам, которые обусловили блоковое строение исследуемой площади. В пределах тектонически обособленных блоков отмечается согласное залегание пластов магнезитовых и доломитовых разностей и их частое переслаивание.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненных исследований сводятся к следующему.

1.Изучены магнезиальные карбонатные породы из продуктивного горизонта аладышской свиты сухопитской серии среднего рнфея, развитой на Центральном участке Верхотуровского месторождения, выявлены главные и второстепенные минералы, установлены в составе рудных минералов разнообразные элементы-примеси, прослежено пространственное распределение определенных минеральных ассоциаций и их изменений под влиянием налаженных вторичных процессов.

2.Показано, что при исследовании карбонатных пород наиболее информативными и эффективными, наряду с традиционными известными методами ( химический анализ, микроскопическое изучение шлифов, полуколнчествснный спектральный анализ), являются современные физические методы (электронный парамагнитный резонанс, дифференциальный термомагнитный анализ).

З.Определены типоморфные магнезитовые и доломитовые разности пород, позволившие расчленить внешне однородные "немые" толщи магнезитов и доломитов и провести корреляцию природных разновидностей Магнезиальных карбонатов, разобщенных пространственно. Показано, что в качестве типоморфиых признаков могут использоваться: видовой состав главных, второстепенных и акцессорных минералов; весовые содержания отдельных минералов (элементов) н их соотноше-

® ёЭ* ЕЭ* Ё13+ Ш5 Щб £3« ЕЦэ ЕЗ® Ш» С>

Условные обозначения к рис. £ Карта прогнозируемых минералого-технологических типов карбонатных руд Центрального участка Верхотуровского месторождения 1-7 - Магнезиально-карбонатные отложения продуктивного горизонта аладьинской свиты : 1-доломиты известковистые; 2-доломиты магнезиальные; 3-доломиты нормальные; 4-"чистые" мономинеральные магнези-ты; -5-слабо измененные магнезиты (незначительно" загрязненные" примесными минералами); 6-сильно измененные магнезиты ("загрязненные" примесными минералами); 7-интенсивно измененные магнезиты (сильно" загрязненные" примесными минералами); 8-геологические границы; 9-элементы залегания; 10-тектонические нарушения; 11-разведочная линия; 12-местоположение разведочных скважин

ния между собой; типоморфные минеральные ассоциации и типоморфные минералы и элементы, магнитные свойства и др.

4.На основе типоморфных особенностей выделенных разновидностей, с использованием других данных (элементов залегания, рельефа местности и др.), уточнено геологическое строение и составлена карта прогнозируемых минералого-технологических типов карбонатных руд-Центрального участка Верхотуровского месторождения.

5.Проведено предварительное определение качества и возможные направления промышленного использования выделенных природных разновидностей магнезиальных карбонатных пород. Выяснено, что "чистые" (мономинеральные) и слабо измененные (незначительно "загрязненные" примесными минералами) разновидности магнезитов, по техническим условиям Департамента металлургии, являются высококачественным сырьем для производства электротехнического периклаза и огнеупорных изделий. Представленные разрезы и карта прогнозируемых минералого-технологических типов карбонатных руд Центрального участка Верхотуровского месторождения могут быть использованы для подсчета запасов при выделении промышленных типов и сортов как магнезитовых, так и доломитовых разностей.

Кроме того, проведенные исследования уточняют и дополняют, применительно к магнезитовому сырью, существующие методические положения по минералого-технологическому изучению месторождений. В частности, на основе применения новых физических методов, проведена предварительная разбраковка рудной толщи и показана возможность экспрессной оценки качества выделяемых разновидностей магнезитовых РУД-

Особое значение работы такого плана приобретают при комплексном освоении не только Верхотуровского, но и других месторождений кристаллического магнезита России, в виду необходимости их переоценки по новым требованиям промышленности

Перечень публикаций автора по теме диссертации 1. Предварительная оценка качества магнезитовых руд (на примере Верхотуровского месторождения магнезитов) И Отечественная геология,

1994, N4-C.11-15 (в соавторстве с В.С.Тохтасьевым, Г.З.Хайруллиной,

A.И.Бахтиным, В.Ф.Крутиковым, С.В.Мазуром, Г.В.Леоновым)

2. Особенности применения минералого-петрографических методов при оценке качества и запасов кристаллических магнезитов //Известия ВУЗов. Геология и разведка, 1995, N6. С.70-73 (в соавторстве с

B.С.Тохтасьевым, Г.З.Хайруллиной, А.И.Бахтиным)

3. Изучение карбонатных толщ в пределах Лучуйского и Ларгинско-го рудных полей при помощи статистических методов //Огнеупоры, 1995, N10. С.15-19 (в соавторстве с В.С.Тохтасьевым, Г.З.Хайруллиной,

A.И.Бахтиным, А.И.Шевелевым)

4. Применение статистических методов для изучения разрезов "немых" карбонатных толщ рифея (Общие проблемы стратиграфии и геологической истории рифея Северной Евразии /тезисы доклада на Всероссийском совещании 14-16 ноября 1995 г., г.Екатеринбург). Научное издание Екатеринбурга, УрО РАН, 1995. с.103. (в соавторстве с

B.С.Тохтасьевым, Г.З.Хайруллиной, А.И.Бахтиным)

5. Дифференциальный термомагнитный анализ (ДТМА - новый эффективный метод оценки качества огнеупорного сырья //Огнеупоры и техническая керамика, 1996. N10. С.22-26. (в соавторстве с В.С.Тохтасьевым, Г.З.Хайруллиной, Л.В.Халепп)

6. Пространственно-временная связь магнезитообразования и органического вещества докембрия //Минералогия и жизнь: биоминеральные взаимодействия (тезисы доклада на П-Международном семинаре 17-22 июля 1996г., г.Сыктывкар). Научный центр УрО РАН, г.Сыктывкар. 1996, с. 108. (в соавторстве с В.С.Тохтасьевым, Г.З.Хайруллиной)

7. Минералого-геохимические критерии прогноза и поисков высококачественных магнезитовых руд (на примере Ларгинского месторождения магнезитов) //Отечественная геология, 1996, N10, С.21-28 (в соавторстве с В.С.Тохтасьевым, Г.З.Хайруллиной, А.И.Бахтиным, А.И.Шевелевым, В.Ф.Крутиковым)