Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогия гвинейских бокситов по данным рентгенофазового анализа

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогия гвинейских бокситов по данным рентгенофазового анализа"

4 9 Ъ

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РСФСР КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ МОСКОВСКИЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ им.С.ОРЛДОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

УСМАН БАБА КАМАРА

МИНЕРАЛОГИЯ ГВИНЕЙСКИХ БОКСИТОВ ПО ДАННЫМ * ¿НТГЕНОФАЗОВОГО АНАЛИЗА (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ САНГАРЕДИ И ДЕБЕЛЕ)

Специальность 04.00.20 - Минералогия , кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1992 г.

Работа выполнена на кафедре минералогии и геохимии Московского геологоразведочного института им.С.Орджоникидзе.

Научные руководители: кандидат геолого-минералогических наук А.В.Громов (МГРИ)

доктор геололо-минералогических наук

A.Д.Слукин (ИГЕМ РАН)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

B.Ю.Еугельский (ИГЕМ РАН)

кандидат геолого-минералогических наук А.Я.Бортников (МГРИ, кафедра методики поисков и разведки месторождений полезных ископаемых)

Ведущее предприятие: Всесоюзный институт минерального сырья (ВИМС), г.Москва.

Залита состоится ^ 1992г. часов

в ауд. на заседании специализированного совета К063.55.05

в Московском геологоразведочном институте по адресу: 117485 Москва, В-485, ГСП-7, ул.Миклухо-Маклая, 23

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГРИ. Автореферат разослан СШЛ>£/1ь^Ч 1992 г.

Ученый секретарь

специализированного совета В.А.Утенков

кандидат геол.-мин.наук

., ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Гвинейская Республика, обладающая 35% уировых запасов бокситов, обеспечивает основную массу валютных поступлений в государственный бюджет за счет экспорта этого сырья. К настоящему времени в стране открыты, разведаны и эксплуатируются многочисленные месторовдения, среди которых особое место занимают Сангареди, Дебеле, Диан-Диан, Туте и другие. Несмотря на то, что гвинейские бокситы изучаются в течение многих десятков лет, ряд вопросов их геологии, вещественного состава руд, генезиса, методов поисков и разведки остаются не выясненными до конца. В связи с этим, любые научные исследования, направленные на обеспечение рациональных методов разведки и освоения известных месторождений, а также поисков новых месторождений высококачественных руд, представляются весьма актуальными. В данной работе основное внимание уделено изучению вещественного состава бокситов месторождений Дебеле и Сангареди методами рентгенофазового анализа. По результатам этих исследований предлагается заменить используемые ныне при опробовании и технологическом контроле руд химические анализы более дешевыми и экспрессными рентгенофазовыми. В свою очередь, проведенное углубленное изучение вещественного состава руд помогает выявить неизвестные ранее особенности генезиса бокситов и полнее разработать научные основы их поисков, разведки и отработки.

Цель данной работы - комплексное минералого-геохимическое изучение гвинейских бокситов (на примере месторождений Дебеле и Сангареди) с помощью рентгенофазового анализа и других методов исследования, а также разработка на их базе новых методов опробования бокситов и технологической оценки их качества.

В задачу автора входило:

1) Изучение геологического строения бокситоносных профилей месторождений Сангареди и Дебеле с учетом их общего географического, структурно-тектонического и геоморфологического положения.

2) Изучение минерального и химического состава горных пород и руд с помощью традиционных петрографических, термических, рентгеновских, химических, спектральных методов и прецизионных методов электронной микроскопии, микрозондового и лазерного анализов.

3) Установление корреляционных зависимостей между результатами химического и рентгенофазового анализов для обоснования возможности замены первого вторым при опробовании месторождений.

4) Выявление технологических типов и сортов бокситов и обос-

нование методики минералого-технологического картирования месторож--дений.

Результаты проведенных исследований легли в основу следующих защищаемых положений:

1) Бокситы месторождений Сангареди и Дебеле - полиминеральные образования. Их главным компонентом всегда является гиббсит, второстепенные бемит, гематит, кварц находятся в них в переменных, иногда существенных количествах. Основные алюминий-содержащие фазы - гиббсит и бемит - представлены несколькими кристалломорфологи-ческиыи разновидностями. В качестве незначительных примесей установлены каолинит, гидрослюды, диаспор, ильменит, рутил, анатаз, лейкоксен, франколит, циркон, роговая обманка, турмалин.

2) В профилях латеритных бокситоносных кор выветривания установлены последовательные стадийные превращения исходных минералов материнских пород: силикатов, оксидов, карбонатов, сульфидов. Выявлены резкие ступенеобразные изменения минерального состава на границах их зон. Строение профиля зависит от состава материнских пород и геоморфологической позиции участка.

3) Рентгенофазовые анализы с высокой точностью отражают минеральный и химический состав бокситов. Благодаря простому химическому составу большинства (гиббсит, бемит и кварц, гетит, гематит) компонентов результаты рентгенофазовых анализов легко пересчитыва-ются на химический состав руд. Сопоставление данных рентгенофазовых и химических анализов обнаруживает их прекрасную сходимость. Контуры рудных тел, установленные по разведочным профилям двумя методами, практически полностью совпадают друг с другом, что позволяет рекомендовать замену дорогостоящих химических анализов более дешевыми и экспрессными рентгенофазовыми как на стадии геологоразведочных работ, так и в ходе эксплуатации месторождений.

4) Рентгенофазовый анализ позволяет выделить на изученных месторождениях несколько минералого-технологических типов бокситов: высокоглинозеыистые существенно гиббситовые, ожелезненные (ферра-литовые) с высоким содержанием гетита и гематита, высококремнистые -с повышенным содержанием кварца, глинистые: гидрослюдяные с каолинитом, гидромусковитом и др., смешанного состава, содержащие одновременно все перечисленные выше компоненты. Простота рентгенофазо-вого разделени.. этих типов руд, а также закономерности их пространственного распределения создают основы методики минералого-технологического картирования бокситовых месторождений Гвинеи.

Научная новизна. Впервые методами рентгенофазового анализа в

совокупности с традиционными и современными методами проведены комплексные минералого-геохимические исследования гвинейских бокситов. Они позволили наиболее полно изучить качественный и количественный минеральный состав бокситов двух крупнейших месторождений, выявить минеральные и сорбционные формы существования основных и второстепенных химических компонентов. Впервые с помощью сканирующей электронной микроскопии установлены различные кристалломорфо-логические типы главных компонентов бокситов - гиббсита и сопутствующего ему бемита, предложен механизм их образования.

Практическое значение диссертационной работы состоит в разработке минералогического (рентгенофазового) метода опробования бокситов, позволяющего существенно снизить затраты на проведение химического опробования при проведении разведочных и эксплуатационных работ. Значительный интерес представляют рекомендации по технологическому картированию бокситовых месторождений Гвинеи. Они дают возможность целенаправленного проведения поисковых, разведочных и эксплуатационных работ на бокситы.

Полученные автором данные по минералогии бокситов уже используются геологической службой Гвинейской Республики.

Фактический материал был собран в период участия автора в работах, проводимых Национальной геологической службой Гвинеи на территории бокситоносных районов Боке (месторождение Сангареди) и Киндия (месторождение Дебеле) в 1987-1990 годах, а также при проведении целенаправленных полевых исследований в период обучения в аспирантуре Московского геологоразведочного института. Лабораторные исследования собранного материала проводились в лабораториях кафедры минералогии и геохимии МГРИ, в Тартусском государственном университете, в ИГЕМ РАН и других организациях. В работе использованы: полевая документация и результаты опробования керна скважин и образцов из естественных обнажений (всего более 1000 образцов бокситов), результаты детального петрографического и минералогического изучения более 200 прозрачных и полированных шлифов, около 1000 химических анализов бокситов и около 200 анализов их минералов. Кроме того, выполнены 60 термических анализов минералов бокситов, 50 спектральных определений элементов-примесей. Методом сканирующей электронной микроскопии изучены 40 образцов бокситов. Выполнены химические анализы минералов бокситов микрозондовым методом. Все отобранные пробы бокситов изучены методом рентгенофазового анализа. Мономинеральные пробы, выделенные иа крупнокристаллических разностей бокситов (60 образцов) изучались методами рентге-

неструктурного анализа.

Результаты геологических наблюдений и лабораторных исследований бокситов были использованы для построения карт, разрезов, схем, для обоснования генетических выводов и практических рекомендаций.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались автором на научных конференциях МГРИ, на XI Всесоюзном совещании по рентгенографии минерального сырья (Миасс, 1989), на Всесоюзном совещании по рудоносным формациям зоны гипергенеза (Ленинград, 1990), на годичной сессии Всесоюзного минералогического общества, посвященной прикладным и экологическим аспектам минералогии (Звенигород, 1990). По теме диссертации опубликованы тезисы этих трех докладов, а также 2 научные статьи.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения общим объемом в /^.¿машинописных страниц. Текст сопровождается 2. ^таблицами и иллюстрирован .¿¿¿¡рисунками. Библиография включает /^^наименований.

Первая глава посвящена описанию геологического строения Гвинейской бокситоносной провинции и геологии месторождений Дебеле и Сангареди.

Во второй главе подробно характеризуются минеральные виды и их разновидности, обнаруженные в составе руд изученных месторовде-ний.

Третья глава содержит результаты изучения минералогической зональности месторождений и особенностей ее формирования.

В четвертой главе анализируются зависимости результатов химического и рентгенофазового исследования бокситов и обосновывается замена химических анализов рентгеновскими при опробовании руд на месторождениях.

В пятой главе обсуждаются проблемы минералого-технологического картирования месторождений на базе рентгенофазовых анализов.

Диссертация выполнена на кафедре геохимии и минералогии Московского ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочного института имени Серго Орджоникидзе под руководством кандидата геолого-минералогических наук, доцента А.В.Громова и доктора геолого-минералогических наук, старшего научного сотрудника ИГЕМ РАН А.Д.Слукина, которым автор выражает искреннюю признательность. Автор глубоко благодарен доценту кафедры литологии МГРИ А.А.Ануфриеву за помощь и ценные советы в течение всего периода работы над диссертацией. Успешной работе над диссертацией способствовала также благоприятная дружеская обстановка в коллективах руководимой про-

фессором Д.А.Минеевым кафедры минералогии и геохимии МГРИ, а также лаборатории экзогенных рудных месторождений ИГЕМгРАН.

Структура изложения материала в автореферате отвечает основным защищаемым положениям.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БОКСИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДЕБЕЛЕ И САНГАРЕЦИ.

Гвинейская бокситоносная провинция приурочена к западной части Африканской платформы и располагается в пределах ее Гвинейского щита. В пределах этой территории обнажаются породы двух структурных этажей. Нижний этаж сложен метаморфическими породами архейского и протерозойского возраста. В нем выделяются снизу вверх: гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты, железистые кварциты нижнего архея, гнейсы, гранитогнейеы, кристаллические сланцы верхнего архея, песчано-сланцевые и вулканогенно-оеадочные отложения нижнего протерозоя, песчаники, конгломераты и терригенные породы верхнего протерозоя. Породы верхнего структурного этажа залегают резко несогласно на более древних образованиях. В основании этого этажа наблюдаются песчаники, алевролиты, аргиллиты с прослоями карбонатных пород нижнепротерозойского-кембрийского возраста. Выше выделяются конгломераты, песчаники, алевролиты ордовикской свиты Пита, аргиллиты силурийской свиты Телимеле, верхнедевонские песчаники, алевролиты и аргиллиты свиты Фаро. Местами докембрийские и палеозойские отложения перекрыты глинисто-песчанистыми толщами палеогена и неогена.

В длительной истории формирования геологических.структур Гвинейского щита отмечаются многочисленные этапы магматической деятельности. В течение археозоя и протерозоя имело место становление массивов кислых, основных и ультраосновных интрузивных пород. Особый интерес представляют широко развитые а пределах района раннемезозойские магматические породы трагаювой формации: габбро-диабазы, долериты, габбро-долериты, диабазовые и андезитовые порфирита, повсеместно прорывающие породы верхнепротерозойского и палеозойского чехла. Многими авторами отмечена связь траппового магматизма с глубинными разломами и местами их сочленения.

В условиях влажного тропического климата все перечисленные породы подвергаются мощному процессу выветривания с образованием бокситоносных кор латеритного типа. Поэтому почти на всей территории Гвинеи известны многочисленные бокситовые месторождения, отно-

сящиеся к различным генетическим группам. Выделяют (Сапожников и др.,1976) месторождения остаточной, осадочной и полигенной групп. В первой группе различаются месторождения непосредственного формирования,, где бокситы слагают всю кору выветривания и залегают непосредственно на неизмененных материнских породах (месторождения архипелага Лос), а также месторождения стадийного формирования, где бокситы слагают лишь верхнюю часть коры и имеют постепенный переход к породам субстрата (месторождение Дебеле и многие другие). Среди месторождений осадочной группы известны небольшие делювиальные залежи обломочных бокситов на склонах платообразных возвышенностей и крупные месторождения, сформировавшиеся в результате отложения в речных долинах и озерах (месторождение Сангареди). Груша полигенных латеритно-осадочных месторождений занимает промежуточное положение: часть их залежей имеет элювиальную природу, а другая часть образовалась путем накопления рыхлого делювиального материала на склонах возвышенностей (месторождение Фриа и часть залежей Дебеле).

В настоящей работе использованы материалы, собранные на двух крупных месторождениях различных генетических типов - Дебеле и Сангареди. Основная цель проводившихся нами исследований - детальное изучение минералогического состава бокситов этих месторождений методами рентгенофазового анализа.

Месторождение Дебеле (Петров и др., 1970) приурочено к лате-ритным кораы выветривания, перекрывающим в виде плащеобразного чехла поверхность одноименной столовой горы ("бовали") площадью около 7,5 кв.км. В строении района принимают участие терригенные отложения двух свит: песчаники ордовикской свиты Пита и существенно глинистые породы силурийской свиты Телимеле. Осадочные породы образуют пологую синклинальную складку вытянутую в северо-восточном направлении.

В результате процессов выветривания коренные породы превращены в типичные латеритные коры мощностью от 7,5 до 35 м. В разрезах коры выделяются четыре зоны: начального разложения, глинистая, переходная и полуторных окислов алюминия и железа. Их мощности зависят от общей мощности коры, форм рельефа, положения современного уровня грунтовых вод и других факторов. Наибольший интерес представляет верхняя зона, где располагаются все залежи бокситов. Последние имеют плаще- и линзообразную форму. Их мощность в среднем составляет 7-10 м.

Месторождение Сангареди занимает особое место среди всех

гвинейских месторождений как по запасам, так и по особенностям своего строения. Оно отличается также нехарактерным для Гвинеи маложелезистым составом бокситов и аномально высокой мощностью рудных тел (Мамедов и др., 1985). В его районе развиты горизонтально залегающие аргиллиты с прослоями алевролитов и песчаников, относящиеся к девонской свите Фаро. Они пронизаны силлами долери-тов мезозойской трапповой формации и перекрыты на отдельных участках обломочными высокоглиноземными породами свиты Сангареди.

Само месторождение расположено на вершине столовой горы площадью 5,5 кв.км. В разрезе латеритный покров имеет двучленное строение. В нижней части он сложен псевдоморфными глинистыми продуктами выветривания мощностью 15-20 м. Верхняя, собственно латеритная часть представлена преимущественно высококачественными бокситами мощностью до 30-40 м.

ПЕРВОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Бокситы месторождений Сангареди и Дебеле - полиминеральные образования. Их главным компонентом всегда является гиббсит, второстепенные бемит, гематит, гетит, кварц находятся в них в переменных, иногда существенных количествах. Основные алюминий-содержащие фазы - гиббсит и бемит - представлены несколькими кристалломорфологическими разновидностями. В качестве незначительных и акцессорных примесей установлены каолинит, гидрослюды, диаспор, ильменит, рутил, анатаз, лейкоксен, франколит, циркон, роговая обманка, турмалин.

Бокситы месторождений Сангареди и Дебеле отличаются от других руд Гвинеи и всего мира своим высоким качеством. Их химический состав довольно прост: в нем преобладает •Д12°3 и н20+

(26-28?), другие компоненты: Ре20^ и Т102 находятся в резко подчиненном количестве. Несмотря на такую простоту химического состава, они обладают довольно сложным минеральным составом, т.к. почти каждый химический элемент образует несколько минеральных форм. Алюминий входит в состав трех собственных гидроксидов: тригидрат (гиббсит) и моногидраты (бемит и диаспор), в гетит и силикаты А1 и алюмосиликаты (каолинит, гидрослюды, роговые обманки).

Гиббсит - главный рудообразующий минерал. Его содержание колеблется от 50 до 93%, среднее около 80%. Формы выделений гиббси-та очень разнообразны. В верхней части каолинизированных пород и в нижней части рудных тел гиббсит образует преимущественно псевдоморфозы по каолинизированным сланцам и долеритам, реже - микро-

скопические жилки и гнезда. В большей части рудных тел он находится в виде скрытокристаллических и друзовых выделений. Скрытокрис-таллические фарфоровидные выделения слагают основную массу цемента, ритмично выполняют каверны и гнезда и, вместе с бемитом, образуют конкреции: оолиты и пизолиты. Яснокристаллический гиббсит выполняет прожилки во всей массе руды, трещинки, поры и каверны в пизолитах и фрагменты псевдоморфных бокситов. Химический состав метаколлоидных гиббситов всегда включает примеси титана (> 1%), железа (десятые доли %), кальция, натрия и калия (сотые доли %), марганца и магния (тысячные доли %). Установлено, что примеси 51 и ге находятся в виде мельчайших зерен собственных минералов, а также в сорбированной форме. Химический состав кристаллического гиббсита отличается большей чистотой и близок теоретическому, хотя местами обнаруживается избыток Д1 , свойственный смеси гиббсита и бемита. Впервые обнаружены прямые доказательства присутствия бе-мита в гиббсите - это изолированные мирмекитоподобные чечевицеоб-разные вростки бемита в пределах отдельных двойниковых полосок гиббсита и перпендикулярные им или одиночные таблички и их коленчатые сростки, согласные с фигурами роста псевдогексагональных кристаллов гиббсита в плоскости (001).

С помощью сканирующего электронного микроскопа изучена морфология гиббсита и установлены следующие формы: I) простые псевдогексагональные таблитчатые кристаллы, свойственные его псевдоморфным выделениям и друзовым корочкам внутри полых пизолитов, 2) псевдогексагональные пирамидальные или дипирамидальные сростки двойников в трещинах и кавернах, 3) двойниковые сростки в виде усеченных пирамид (там же), 4) пленочные и пластинчатые ассоциации кристаллов в трещинах пизолитов, 5) псевдогексагональные пирамида, венчающиеся полусферой - форма, аналогичная кристаллам, растущим по механизму: пар-жидкость-кристалл, 6) сложные сростки, похожие на цветную капусту или колонии кораллов, где каждый из кристаллов имеет искаженную шестоватую форцу.

Бемит находится в пяти формах: I) упомянутые вростки в кристаллах гиббсита, 2) микрокристаллические агрегаты на поверхности частично растворенных кристаллов гиббсита, 3) отдельные чечевице-образные кристаллы'между пластинками гиббсита, 4) крупные неправильные или скелетоподобные кристаллы среди гиббситового матрихса бокситов, 5) скрытокристаллкческие смеси с натечным гиббситом и в пизолитах и оолитах. Содержание бемита в бокситах колеблется от I до 35%, в цементе - 0 - 5%, в конкрециях, пизолитах и оолитах

до 7055.

Диаспор встречается в виде отдельных зерен в цементе бокситов. Его содержание в рудах лишь местами достигает 1%.

Каолинит и гидрослюды - реликтовые минералы материнских пород в бокситах. Они находятся в виде отдельных чешуек, часто замещенных по краям и по трещинам гиббситом. Содержание гидрослюд ничтожно мало, а каолинита 0-5%. Роговые обманки и турмалин встречаются в виде крупных отдельных зерен.

Гетит-и гематит находятся в виде псевдоморфоз по пириту и сидериту, обломков корок, охристых скоплений, ритмичных слойков в инфильтрацтонных выделениях гиббсита, сплошных и концентрических выделений в пизолитах'и оолйтах, псевдоморфоз по пироксену в обломках латеритизированных долеритов. В бокситах Сангареди их общее содержание составляет 0-5%. причем внизу рудного тела преобладает гематит, а в верху - они присутствуют вместе в количествах до 1%, гетит - местами до 2%. В бокситах Дебеле этих минералов больше, причем в псевдоморфных бокситах содержание их составляет первые %, а в вермикулярных - до 25%. Здесь часто встречаются слабопрозрачные железистые прожилки, сложенные гетитом.

Минералы титана: анатаз, рутил, ильменит, титаномагнетит. Титаномагнетит - реликтовый типоморфный минерал долеритов - в бокситах окислен и распался на три фазы: I) черную, состоящую из ТЮ2 (28,7-33,0%), а1203 (16,2-23,8%) и Ре205 (0,7-6,7%), местамиУ^ (до 3%) и большим содержанием Еуэ (^40%); 2) желтую полупрозрачную, в которой преобладает ТЮ2(55,4-60,1%), Ее2о3 (19,1-24,3%); 3102 (до 4,9%); Д1203 (до 2%), '?205 (до 1,7%), примесь ^еО , Цп02 и Н2О (16-18%) и 3) лейкоксен, где преобладает И02 и Н20 . Анатаз находится в виде отдельных зерен и как продукт изменения титано-магнетита и ильменита. Содержание анатаза в рудах составляет 1-5%. Бутил находится в двух формах: как продукт распада ильменита и реликтовый игольчатый минерал, освободившийся при выветривании кварца, серицита и других минералов. Его содержание в рудах' колеблется от 0 до 4%. Установлено, что часть титана не образует собственных минералов, а сорбирована метаколлоидными выделениями гиббсита или смесью гиббсита и бемита. Количество сорбированного титана достигает значительных величин. Например, с помощью микрозондового опробования пизолитов обнаружено от 1,10 до 2,8% ТЮ2 , а с помощью химических анализов - до 5,3%. Его содержание может быть и больше.

Кварц - реликтовый минерал сланцев и песчаников, в коре выветривания которых на месторождении Сангареди его содержание достигает

Ъ3%, с началом гиббситизации уменьшается до 2?; в бокситах кварц обнаруживается в виде единичных зерен. Несколько больше сохраняется его в рудах Дебеле.

Франколит встречается местами в количествах до 1%. Он находится в виде гнездообразных выделений гелеморфного вещества.

ВТОРОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

В латеритных бокситоносных профилях установлены последовательные стадийные превращения исходных минералов материнских пород: силикатов, оксидов, карбонатов, сульфидов. Выявлены резкие ступенеобразные изменения минерального состава зон коры выветривания. Характер профиля зависит от состава материнских пород, тектонической и геоморфологической обстановки.

Изучение всего вскрытого разреза бокситоносных отложений позволило подтвердить выводы предыдущих исследователей и дополнить их результатами собственных исследований. Бокситовые тела залегают на латеритной коре выветривания сланцев, являются ее составной частью и продуктами переотложения. В коре выветривания установлены последовательные, стадийные превращения минералов (табл.1).

Последовательное замещение главных породообразующих минералов (серицита и плагиоклаза) прослежено в целом по зонам и по отдельным минералам, которые псевдоморфно замещаются каолинитом сначала частично, а затем полностью. Выше по профилю псевдоморфозы каолинита в свою очередь замещаются гиббситом. Реже наблюдается переход в одной чешуйке серицита в каолинит, а затем в гиббсит. Переход гиббсита в бемит непосредственно в псевдоморфозах не наблюдался, возможно, из-за дисперсности этих минералов, но он хорошо прослеживается в крупных кристаллах (размером около 0,03 мм) гиббсита.

Переотложенный характер большей части рудных тел подтверждается их конгломераговыми текстурами, присутствием в их толще линз лигнита (Ваг<1о8зу,А1еуа, 1990), а также и минеральным составом галек, в смеси которых установлено соседство гиббситовых и преимущественно бемитовых галек, псевдоморфных галек по сланцам и по до-леритам.

Выявлены резкие ступенеобразные изменения минерального состава з:н коры выветривания. Они проявляются на разной глубине. На месторождении Сангареди в скв.044 они отмечены на глубине 26 м, где исчезает кварц, и на глубине 19 м, где почти весь каолинит замещается гиббситом. Граница между остаточными и осадочными бокситами отмечена появлением бемита, и она четко фиксируется сменой текстур-

Таблица I.

Последовательность стадийных превращений минералов в латеритных корах выветривания и бокситах Гвинеи.

| стадии каолинизации бокситизации латеритизации

минералы I 1 И

I. Мусковит (серицит) каолинит гиббсит гиббситч-бемит гиббсит+бемит+ новообразованны} каолинит

2. Плагиоклаз каолинит гиббсит гиббсит+ бемит II

*э «-< . Пироксены гетит+ каолинит гётит+ гиббсит гематит+ гетит+ гиббсит гематит+гиббсит

4. Кварц частичное растворение и вынос 3102 почти полное растворение и вынос ЗЮ2 реликты кварца

5. Г.идерит гетит гематит ■ гематит+ гетит гематит+ гетит

6. Пирит гетит+ гематит+ ярозит (?) гематит гематит+ гетит гематит+ гетит

7. Ильменит ильменит гематит + рутил гематит+рутил

8. Титано-магнетит гематитч-лейкоксен гематит + анатаз гематит+анатаз

9. Рутил рутил рутил рутил рутил

Примечание: I - ранняя стадия II - поздняя стадия.

ных особенностей пород на глубинах 17-18 м. В толще рудного тела имеется резкая граница на глубине 6-7 м, где бемит-гиббситовые бокситы с заметной примесью гематита сменяются кверху гиббситовыми бокситами с примесью гематита и гетита. Локальные резкие границы в коре выветривания связаны с присутствием прослоев кварцевых песчаников, а в бокситах - слоев, обогащенных франколитом и/или минералами Ее и Т102 .

Характер профиля зависит от состава материнских пород, часто существенно отличающихся по своим текстурам и минеральному составу. Однако их конечные продукты выветривания, подвергшиеся воздействию восстановительных условий, близки по составу главных рудообразую-щих минералов, но отличаются по составу типоморфных минералов: ильменита, титаномагнетита, рутила и некоторых акцессорных. На строение рудных залежей большое влияние оказали тектоническая и геоморфологическая обстановка, которые неоднократно менялись в процессе рудоотложения, особенно на месторождении Сангареди.

ТРЕТЬЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

Для изучения минералогии бокситов Дебеле и Сангареди из керна нескольких десятков разведочных буровых скважин было отобрано около тысячи проб. Пробы общим весом около 250-300 г составлялись из нескольких точечных проб, взятых на метровых интервалах керна. Интервалы опробования в точности соответствовали интервалам химического опробования, проводившегося на месторождениях в ходе геологоразведочных работ. После дробления и квартования все пробы изучались методом рентгенофазового анализа в рентгеноструктурной лаборатории геологического факультета Тартусского государственного университета.

Бокситы месторождения Дебеле и, особенно, Сангареди отличаются сравнительно простым минеральным составом. По данным рентгенофазового и термического -анализов, породы верхней промышленной зоны латеритной коры (зоны полуторных окислов) на 90-95? состоят из трех-четырех минералов: гиббсита, бемита, гетита и гематита. На месторождении Дебеле главными минералами бокситов являются гиббсит (от 50 до 80$), гетит (5 - 40$), гематит (I - 35$). Бокситы Сангареди характеризуются значительно более высоким качеством: они почти нацело состоят из гиббсита (60-92$) и бемита (1-30$). Среди других минералов более или менее постоянно встречаются диаспор, рутил, анатаз (франколит), однако их содержания в изученных бокситах лишь очень редко достигают в сумме 4-5%. Обычными примесями бокситов являются кварц, а также некоторые слоистые силикаты: каолинит,

гидрослюды, монтмориллонит. В подстилающих зонах (переходной, глинистой и начального разложения) содержания полуторных окислов и гидроокислов алюминия и железа резко падают до нескольких процентов, а кварц, глинистые и слюдистые минералы становятся доминирующими. В тех частях разреза, где латериты развиваются по сланцам и долеритам, преобладают минералы подкласса слоистых силикатов. Там же, где они лежат непосредственно на песчаниках и алевролитах, как это имеет место в некоторых частях месторождения Дебеле, содержание кварца в пробах достигает 50-80% и более.

Анализ дифрактограмм нескольких сотен образцов бокситаб Сан-гареди и Дебеле позволил установить наиболее информативные рефлексы всех перечисленных выше минералов, по которым в дальнейшем проводилась как диагностика входящих в состав бокситов минеральных фаз, так и расчет их содержаний в анализируемых "пробах (табл.2).

Подавляющее большинство породообразующих минералов латеритов, за исключением слоистых силикатов, имеет очень простой химический состав, полностью соответствующий их теоретическим формулам и к тому же практически не осложненный явлениями изоморфизма. Это позволяет без особого труда пересчитать результаты рентгенофазовых анализов бокситов на химические составы изученных проб. Такие пересчеты были проведены на компьютере IBM по программе, составленной сотрудниками Тартусского университета.

Сопоставление полученных таким образом данных с результатами химических анализов тех же проб, выполненных в лабораториях Гвинейской геологической службы в ходе геологоразведочных работ обнаружило их вполне удовлетворительную сходимость (рис.1). Коэффициенты корреляции средних содержаний окислов по 33 буровым скважинам, определенных двумя способами, составляют: для Al2Oj- 0,93, для Ре203_ 0,96, для S102- 0,86, для ТЮ2- 0,57. Столь же высокий коэффициент- корреляции (0,92) вычислен для отношения Д120^/Ре20^. Более низкие значения коэффициентов корреляции между результатами химических и рентгенофазовых анализов для содержаний кремнезема и двуокиси титана связаны, по нашему мнению, с наличием нескольких форм существования этих компонентов в бокситах и, возможно, с присутствием в их составе рентгеноаморфных фаз. В частности, Si02 существует как в форме свободного кварца, так и участвует в составе слоистых силикатов. Некоторая неопределенность состава последних и возможное несоответствие его теоретическим*формулам этих минералов из-за широкого развития изоморфных ¡замещений приводят к ошибкам при пересчетах фазового минерального состава руд на хими-

Таблица 2.

Основные диагностические типы рентгенограмм, использованные при фазовом анализе бокситов

Минералы I 2 I 3

й/п х/% ! ыа <Э/п 1,% !ьк1 ! <Уп 1 т,% !иа

Гиббсит 4,85 100 оог 4,37 40 НО 2,04 15 313

Бемит 6,11 100 020 2,35 40 041 130 1,856 20 002

Диаспор 3,98 100 но 2,55 25 130 2,08 50 140

Гематит 3,68 30 101 2,69 100 112 2,51 80 101

Гетит 4,18 100 но 2,69 30 130 1,672 20 221

Каолинит 7,14 100 001 3,57 75 002 1,486 13 060

Серицит 9,98 100 002 2,99 42 025 1,49 37 060

Монтмориллонит 13-15 100 001 4,50 40 НО 020 3,203,07 20 005

Кварц 4,26 35 100 3,34 100 101 1,817 17 112

Апатит 2,80 100 211 2,77 42 112 2,705 57 300

Рутил 3,25 100 по 2,188 25 III 1,69 60 002

Анатаз 3,52 100 101 1,89 35 200 1,70 20 211

ческий. Это подтверждается, в частности, следующим фактом: при исключении из рассмотрения проб с высокими содержаниями каолинита и гидрослюд коэффициент корреляции между содержаниями кремнезема, определенными химически и рентгенометрически, значительно повышается (до 0,91-0,93). По той же причине относительно невысокий коэффициент корреляции (0,79) получен для значений кремневого модуля ( А120^/3102 ). При микрозондовых исследованиях бокситов нам удалось установить, что существенная часть двуокиси титана не образует собственных минералов, а сорбируется метаколлоидными агрегатами гидроокислов железа или аллюминия. Естественно, что учесть ее содержание в бокситах путем рентгенофазовых анализов не представляется возможным. Именно поэтому коэффициент корреляции между химическими и рентгенофазовыми определениями этого компонента оказывается столь невысоким.

Расчет уравнений линейной регрессии типа Х= аТ+Ъ , где X -параметры рудных тел, установленные по данным химических анализов, а I - по рентгенофазовым, дали следующие значения коэффициентов а иь (табл.3).

Таким образом, для большинства рассматриваемых параметров, кроме кремнезема и двуокиси титана, первый коэффициент уравнений регрессии (а) близок к единице. В этом случае второй коэффициент (Ъ ) отражает уровень систематической ошибки в определении содержаний компонентов рентгенометрическим способом по отношению к химическим анализам.■ Действительно, содержания АЗ^О^ в бокситах Де-беле всегда на 5-6% ниже, а ге2°з - на 2-4% выше соответствующих значений, полученных химическим анализом. Источник этой погрешности, возможно, заключается в методике пересчета высоты диагностических пиков соответствующих минералов (гиббсита, бемита, гетита, гематита) на содержания этих минералов в пробах. Вторая причина ошибок, по нашему мнению более вероятная, связана с присутствием в бокситах рентгеноаморфных фаз, содержащих железо и алюминий. Количество таких фаз в рудах зависит от степени раскристаллизации исходного материала. В связи с этим понятно, почему в слабо рас-кристаллизованных бокситах Дебеле эта ошибка довольно значительна (около Ъ%), тогда как для хорошо раскристаллизованных бокситов Сангареди она минимальна и составляет около 0,3%.

Высокая корреляция между содержаниями основных компонентов бокситов, определенными химическим и рентгенофазовым анализами, позволяет рассчитывать их истинные ("химические") содержания по установленным уравнениям регрессии, которые для месторождения

Рис. I. Соотношения химических характеристик бокситов и мощности

рудных тел (по данным химического и рентгенофазового анализов).

Таблица 3.

Значения коэффициентов корреляции и

ху

коэффициентов уравнений линейной регрессии различных параметров рудных тел Дебеле

Параметры

Коэффициенты уравнений регрессии

А12о3

ге203

д12сугз2о5

Б1СЦ

А12о3/аю2 по2

Мощность рудного тела Н

0,93 0,96 0,92 0,86 0,79 0,57 0,95

0,98 0,99 1,33

0.69

1.И 0,28 0,92

5,14 -2,92 >0,03 0,27 3,45 1,14 0,14

а

Дебеле имеет следующий вид:

А1203

3 хим

Ре203 Схим

0,93

0,99 0,69

А1203 С рент + 14

ре2°3

Срент ~ 2,92

Б102 среит +

0,27

Сравнение содержаний, рассчитанных по этим уравнениям, с данными химических анализов как по большим (100-200 проб по разведочным разрезам), так и по малым (2-15 проб по отдельны* скважинам) выборкам, показало, что относительная ошибка в определении главных компонентов бокситов не велика и составляет: для А120д - от 0 до 2,2% (средняя 1,4%), для Ре^д от 0,3 до 3,8% (средняя 1,5%), для 3102 от 3,1 до 11,3% (средняя 7,1%), для кремневого модуля - от 0 до 16% (средняя 8,8$).

. Естественно, что при такой сходимости результатов определение еще одного важнейшего параметра рудных тел - их мощности - не вызывает затруднений. В соответствии с кондициями, принятыми для месторождения Дебеле, оконтуривание рудных тел проводится по минимальному содержанию глинозема в бокситах равному 40%. По нашим расчетам, оно соответствует пятидесятипроцентному содержанию в них главного рудного компонента - гиббеита. С учетом содержания А120д в этом минерале (65,4%) и соответствующей поправки по выше приведенному уравнению регрессии это отвечает 37,22% глинозема в »бокситах. Остальные 2,5-3% глинозема приходятся на постоянно присутствующие в рудах 2-4% бемита и диаспора, а также на небольшие примеси каолинита и гидрослюд. Задача определения мощности рудных тел по скважинам в значительной степени облегчается наличием резких скачкообразных изменений минерального и химического состава пород при переходах от собственно бокситов зоны полуторных окислов к латеритам переходной зоны. Оконтуривание рудных тел по пятидесятипроцентному содержанию гиббеита по четырем разведочным профилям буровых скважин, пройденных на недавно разведывавшихся так называемых "малых залежах" месторождения Дебеле, показало практически полное их совпадение, с контурами, установленными по химическому опробованию.

Таким образом, вполне удовлетворительная сходимость результа-

тов химического и рентгенофазового анализов позволяет нам рекомендовать заменить при геологоразведочных работах химическое опробование бокситов более дешевым и, что немаловажно, более экспрессным рентгенофазовым. По нашему мнению, рентгенофазовый анализ, сопровождающийся контрольными химическими определениями, может оказаться особенно полезным на стадии поисково-оценочных работ и в ходе предварительной разведки, когда экспрессность анализов позволяет вести непрерывный контроль буровых работ и оперативно изменять их направление.

ЧЕТВЕРТОЕ ЗАЩИЩАЕМОЕ ПОЛОЖЕНИЕ.

Значительный объем проведенных автором рентгенофазовых определений минерального состава бокситов месторождений Дебеле и Сангареди позволяет выявить закономерности распределения различных по составу типов руд в пределах изученных разведочных разрезов.

Как показали наши исследования, бокситы отличаются существенными колебаниями количественного минерального состава. Так, например, в рудах Дебеле содержания гиббсита изменяются от 50 до 80%, бемита и диаспора -от 0 до 6$, кварца - от 0 до 22%, каолинита и других слоистых силикатов - от 0 до 17$, гетита и гематита - от 7 до 40$. БУды месторождения Сангареди отличаются большей выдержанностью состава. Суммарное содержание важных минералов - гиббсита и бемита - в них более или менее постоянно и в изученных нами образцах составляет от 80 до 95$. При этом в большинстве проанализированных проб доминирует гиббсит, содержание которого достигает 90-93$. Бемит в большинстве проб присутствует в незначительных количествах (0-6$). В то же время в целом ряде случаев его содержания существенно повышаются до 15-30$. Лишь в некоторых из проб отмечены повышенные (до 15-30$) концентрации железистых минералов -гетита и гематита.

Значительные вариации содержаний главных компонентов бокситов позволяют выделить на изученных месторождениях несколько минерало-го-технологических типов (сортов) руд. Критериями для их разделения служили пределы содержаний как промышленно важных минералов (бемит + гиббсит), так и примесных компонентов (гетит + гематит, кварц, слоистые силикаты). Первые определяют содержание в рудах глинозема, вторые - примеси железа и кремнезема.

По содержанию бемита и гиббсита предполагается выделять следующие типы руд: высокоглиноземные (более 70$ бемита и гиббсита), среднеглиноземные (60-70$) и низкоглиноземные (50-60$). Содержание

кремнезема в бокситах лимитируется предельно допустимой минимальной величиной так называемого кремнистого модуля А1203/3102 =/£/. Оно определяется обычно присутствующими в бокситах примесями кварца и слоистых силикатов. Бокситы с модулем меньше двух отнесены к категории забалансовых, с модулем от/0 до/2Г к высококремнистым, от/З" до^б к среднекремнистым, выше2б - к низкокремнистым. И наконец, по содержанию гетита и гематита выделяются мало-, средне- и высокожелезистые бокситы (до 15, от 15 до 25 и выше 25%, соответственно).

Имеющиеся в нашем распоряжении рентгенофазовые анализы показывают, что бокситы месторождения Сангареди в своем подавляющем большинстве относятся к высокоглиноземным низкокремнистым и низкожелезистым. Бокситы Дебеле представлены несколькими типами: от низкоглиноземных высококремнистых до высокоглиноземных среднекрем-нистых. Все они, к тому же, являются либо высоко-, либо среднеже-лезистыми.

Приведенная минералого-технологическая классификация бокситовых руд месторождений Гвинеи позволяет непосредственно в ходе геологоразведочных работ определить сортность бокситов по разведочным скважинам и отображать результаты этих исследований непосредственно на геологических разрезах и планах, т.е. проводить минералого-тех-нологическое картирование месторождений. Первые результаты таких работ рассматриваются в тексте диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. На основе анализа обширного фактического материала, собранного на двух крупнейших бокситовых месторождениях Гвинеи -Сангареди и'Дебеле - показано, что минеральный состав бокситов достаточно однообразен, а его вариации определяются изменениями количественных соотношений нескольких минеральных фаз: гиббсита, бемита, гетита, гематита. Показано, 'что главные алюминийсодержащие фазы (гиббсит и бемит) представлены в бокситах несколькими крис-талломорфологическими формами, образование которых обусловлено локальными вариациями условий кристаллизации. Детально изучены примесные компоненты бокситов - кварц, слоистые силикаты, оксиды титана. Для последних, в частности, доказана возможность существования в виде примесей, сорбированных метаколлоидными выделениями гидроксидов алюминия.

2. Получены новые данные о стадийности превращения минералов

материнских пород при латеритизации. Прослежены все превращения в коре выветривания серицита, плагиоклаза, каолинита, габбсита, кварца, ильменита, титаномагнетита, пирита, сидерита. Подтверждена двойственная природа бокситовых залежей, где одновременно присутствуют остаточные и переотложенные осадочные руды. Установлены скачкообразные изменения минералогического состава бокситов при переходе от остаточных к осадочным частям залежей.

3. Анализ результатов нескольких сотен рентгенофазовых анализов бокситов двух месторождений показал, что этот вид анализа позволяет достаточно точно определить их минеральный состав и благодаря относительно простому химическому составу фаз, пересчитывать эти данные на химический состав бокситов. Хорошая сходимость данных рентгенофазовых и химических анализов позволяет заменить дорогостоящие химические анализы более дешевыми и экспрессивными рент-генофазовыми на всех стадиях геологоразведочных работ. На их основе могут оконтуриваться рудные тела, подсчитываться их мощности по разведочным пересечениям, 'определяться средние содержания всех основных химических компонентов руд и, в конечном итоге, подсчитываться запасы.

4. Показано, что рентгенофазовые анализы бокситов позволяют достаточно надежно выделить среди них несколько минералого-техноло-гических типов (сортов), различающихся по содержанию глинозема, кремнезема (кремниевый модуль) и окислов железа. Отнесение бокситов к тому или иному типу может быть выполнено с помощью предложенной автором диаграммы непосредственно по данным рентгенофазового анализа. Простота этого определения позволяет уже в ходе геологоразведочных работ вести минералого-технологическое картирование изучаемых месторождений.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Результаты рентгеновского изучения минерального состава бокситов Индии и Гвинеи^Инф.материалы XI Всесоюз.совещ. по рентгенографии минерального сырья. Том I.—Свердловск, 1989,-0.58 (совместно с А.Д.Слукиным, Л.В.Звездинской и О.В.Кузьминой).

2. Минералогический состав бокситов месторождения Дебеле//Прикладные и экологические аспекты 'минералогии.-Звенигород, 1991. (Совместно с А.В.Громовым)^-С. 107-108

3. Минеральный и химический состав и генезис бокситов Сангаре-ди, Гвинейская республика. ГРЫ, 1992, 0,6 п.л. (Совместно с А.Д. Слукиным, А.В.Громовым и Р.В.Боярской), в печати.

4. Рентгенофазовый анализ бокситов - возможности и перспективы

использования при разведке месторождений Гвинеи//Известия ВУЗов, Геология и разведка,—1991. (Совместно с А.В.Громовым и А.Д.Слуки-ным), С.47-54.

5. Минералогия бокситов месторождений Дебеле и Сангареди, Гвинея/^^удоноснве формации зоны гипергенеза*. Тезисы Всесоюз. совещания.—Л-д, 1990, С-25-26. (Совместно с А.Д.Слукиным, А.В.Громовым и Р.В.Боярской).