Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогия и онтогения кварца железистых кварцитов Кривбасса

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогия и онтогения кварца железистых кварцитов Кривбасса"

РТБ OR

i криборошски горнорудный институт

На правах рукописи УДК 549.12:549.5:553.31

Леонова Ирина Владимировна

Ш11ЕРАЛ01ИЛ И ОНТОШШ КВАРЦА лШЗИСТЫХ

кварцитов кр;шбасса

Специальность - 04.00.21) - минералогия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических каук

Кривой Рог - 1994

Работа выполнена на кафедре минералогии, кристаллографии и №1 Криворожского горнорудного института.

Научный руководитель: заслуженный работник высшей школы Украины, доктор геолого-минералогических наук, профессор Б.И.Пирогов

Официальные оппоненты: академик АН Высшей школы Украины,

доктор геолого-минералогических наук, профессор О.й.Матковский

/Львовский госуниверситет/

кандидат геолого-минералогических на.ук, доцент В.Н.Тарасенко

/Криворожжий горнорудный институт/

Ведущее предприятие: экспедиция Кривбассгеология

Защита состоится '11 октября 1994 года в 13 часов на заседании специализированного Совета К 16.01.02 Криворожского горнорудного института / адрес: г.Кривой Рог, ул. 22-го Нартсъезда, 11 /.

С диссертаниЕй можно ознакомиться в библиотеке КГРИ / 324002, г.Кривой Рог, ул.Путина, 37 /

Автореферат разослан "_"_" 1934 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат геолого-шнералогическкх наук,

доцент / ^ И.В.Холошин

Актуальность габотн. Криворожский железорудный бассейн - уникаль-1й регион месторождений докембрийских магнетитовых разновидностей ¡лезистых кварцитов, являющихся сегодня сырьевой базой шогах круп-гйших горнообогатительных комбинатов, производящих концентраты с ¡держанием 65-68;3 железа. В "хвостах" обогащения б качестве основ-)го нерудного минерала выступает кварц, содержание которого колеб-этся в пределах 40-9СЙ. Именно здесь, при значительных масштабах 'крытых гор;-нх работ, появляются большие возможности для глубоких шералого-генетических исследований не только самих железистых ква-щтов железлсто-кремнисто-сланцевой формации, но и детального, ком-юксного изучения минералов. Настоящая работа посвящена исследованию шералогип и онтогении главного нерудного минерала железистых квар-[тов - квтаца. Наиболее ярко все изменения кварца прослеживаются при хчпненли железистых кварцитов фации зеленых сланцев Скелеватского НОК) и згачптплыю истасокотачаска изисшшгшх - ьчпщот-амфпоолл-)ВоГ; фации метаморфизма Первомайского (СевГОК) месторождений. Акту-¡ьность работы определяется, с одной стороны возможностью расширить шкретные представления о кварце железистых кварцитов в различной 'епени измененных процессами метаморфизма и метасоштоза.на основе >мплексных г.янервлогических исследований минерала с использованием иогенического подхода для понимания природы самих железистых кварков, с другой - возможностью использования полученной информации [я решения конкретных практических задач технологической минерало-[;; и околог;п! в бассейне.

Диссертация является результатом личных наблюдений автора за 'рнод с 1906 до 1993 г.г. и обобщений наиболее известных работ по ¡нералогии кварца вообще и кварца железистых кварцитов и руд Крив-:сса.

Цель пяботы. Изучение минералогии кварца различных метаморфо-нио-метасоматмческих минералышх ассоциаций железистых кварцитов «габасса. Выявление на основе онтогенического подхода с использова-;ем комплекса современных суизико-химическдх методов исследования . понорфннх особенностей и эволюции морфологии, конституции и свойств нерала.

В работе решались следующие основные задачи: разрабртка специальной структурно-логической схемы исследования арца железистых кварцитов, позволяющей выявить их основные типо-рфные признаки и проследить общую эволюцию;

изучение минералогии кварца в различных метаморфогенно-метасомати-ских ассоциациях зеленосланцевой и эппдот-амфиболитовон фаций с

учетом их геолого-структурной позиции;

- исследование особенностей конституции и свойств кварца с применением комплекса современных методов анализа (РЭМ, термолшинесценцпя, ИКспектроскопия, ЭПР, декрептометрия и др.) на основе выявления динамики изменения его морфологии и конституции в эволюции процессов минералообразования железистых кварцитов;

- изучение закономерностей изменчивости гранулометрии и морфологии зерен и агрегатов кварца, характера срастаний их с другими минералами с учетом минералого-геохимической зональности толщ по простирании и на глубину;

- выявление и оценка типоморфных признаков кварца в минеральных ассоциациях железистых кварцитов зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовс фаций метаморфизма;

- рассмотрение некоторых вопросов технологической минералогии кварца железистых кварцитов и др.

Фактический материал и методы исследований. Объектом исследований послужили кварць; из железистых кварцитов и аильных проявлений Ск леватского и Первомайского месторождений. Пробы были отобраны в соот ветствиа с минералого-геохимической зональностью (в региональном пла не.) толщ яелезистых кварцитов. Образцы отбирались из забоев уступов карьеров ЮГОКа и СевГОКа по отдельным текстурно-минералогическим раз новидностям. Всего изучено проб различных разновидностей - 312, в то числе 312 прозрачных и 408 полированных шлифов, 56 мономинеральных фракций, выполнено и обработано 93 спектральных, химических и др. ан лизов и проведено 56 специальных видов исследований С РЭМ, рентген и др. ) . Использованы все известные литературные данные по кварцу. Наиболее важные результаты получены при комплексном исследовании анатомия и конституции кварцевых индивидов.

В работе применялись в комплексе следующие методы: для выявления морфолого-струхтурннх особешюстей кварца применялся минералого-петрографический, на онтогенической основе с использованием микроскопов типа МБС-9, ШН-8, МПС-2У4.2, йаШЛ-9М, №орКо1;-2; для определения ориентировки и энантиоморфизма зерен - ФС—5; специальные исследования микроморфологии (РЭМ) на микроскопе типа МРЭ',1-100; особенности конституции (ИКС, декрептомерш)на аппарате 5ресо-гс1-?5-ЗЯ , ВД-3, микротвердость на ШТ-3 и другие методы.

Научная новизна заключается в широком использовании минералогического метода для познания кварца железистых кварцитов в связи с их эволюцией в различных фациях метаморфизма и при гидротермально-метасоматических процессах изменений; показана возможность приме-

гения онтогенического метода исследований индивидов и субиндивидов сварца с использование?* травления НУ, электронной микроскопии, тео-(оллтного столика К.С.Федорова и других методов для выявления мине-)алого-генетических и типоморфных признаков ?шнерала; выявлены на ос-юве БЕЛ основные габитусные формы кристаллов кварца в слоях яеле-шстых кварцитов; выявлены и изучены механизмы кристаллизация а нрэ-)6разоЕаиий (перекристаллизация, блокованяе, растворение з др.) квар-|.а железистых кварцитов в связи с юшералого-геохкмической зональ-юстью продуктивных толщ месторождений, обусловленной характеро?л и \лубиной метаморфизма и последующими пщротермально-метасоматичес-:и?ли изменениями.

Практическая ценность: результаты исследований дамт новый фак-■ический материал по минералогии и типоморфизму'кварца железистых .варцитов в связи с изменением их вещественного состава и особен-остями технологической минералогии. Впервые индивиды и субиндиви-ы породообразующего кварца рассмотрены как особая генетическая раз-оввдность минерала Счрезвнчайно мелкозернистого и морфологически еярко выраженного) , что в свою очередь открывает новые возможнос-и его различного использования в качестве кварцевых песков при клас-ификации кварцевых "хвостов" ГОКов.

Геолого-струхтушая позиция Кпивбасса. Криворожский железоруд-бассейн расположен в пределах зоны сочленения двух разновозраст-IX блоков первого порядка Украинского щита - Кировоградского, слоенного гранитоидно-метаморфическями комплексами раннего протерозоя, Приднепровского, геологический фон которого составляют плагиогра-1тоиди нижнего архея, вмещающие вернеархейкие зеленокаменные струк-гры. В тектоническом отношении основная структура Кривбасса, сог-1сно последним представлениям ряда исследователей (Каляев Г.И. ,1984; ¡шэтняк В.В.,1993^ представляет собой моноклиналь, усложненную шароподобными надвигами и складками высших порядков, В пределах струк-■ры в?зделяется семь блоков, ограниченных разрывными нарушениями нтийно-корового и корового заяояения: Восточно-Аншвский, Парво-йскпй, СаксаганскиЙ, Новокриворожский, Основной, Екатерининский Лихмано-Тарапаковский. Скелеватское месторождение расположено в еделах Основного блока Южного.рудного поля, характеризующегося ленослаяцевой фацией метаморфизма и умеренным развитием текто-ческих нарушений. Первомайское месторождение приурочено к одно-энному блоку, расположенному на стыке Саксаганского и Анновско-районов, усложненного Девладовсхой зоной разломов и ТерновскоЙ гроблемой. Вещественные особенности пород этого месторождения бы-обусловлены, с одной стороны, тектонической обстановкой, благо-

приятствующей развитию гидротермально-метасоматических процессов, и с другой - повышением степени метаморфизма до эпидот-амфиболитовой фации.

Состояние проблемы. Благодаря своим замечательным свойствам -постоянству состава в сочетании с физической и химической устойчивостью, а также частотой встречаемости в природе, кварц относится к наиболее изученным минералам. Строение кварцевых агрегатов, условия роста кристаллов, типоморфизм минерала, принцип кварцеметрии исследовались Г.Г.Леммлейном, Д.П.Григорьевым, В.В.Букановым, А.Г.дабины Е.К.Лазаренко, В.Й.Павлилшным, Д.К.Возкяком, В. А. Франк-Каменецким и др. Важным вкладом в исследования кварцевых агрегатов являются работы уральской школы - Э.Ф.Емлина, Г.А.Спнкешча, В. И. Яшина,. предложивших принципиально новый подход к изучению мелкозернистых' агрегатов кварца. Данные о кварце железисто-кремнистих пород, в значительной степени представленных тонко- и мелкозернистыми агрегатами приводятся в большинстве работ посвященных геологии, петрографии и минералогии докембрийского комплекса пород Кривбасса. Среди них необходимо выделить работы Ю.Л.Ахкозова, Я.Н.Еелевцева, А.А.Вальтера, Ю.Г.Гершойга, В.В.Беседина, Ю.А.Галабурды, Ю.Л.Грицая, К.А.Елисеева В.Д.Квтехова, С.Н.Зимы, П.М.Каниболоцкого, В.Г.Кушева, В.В.Кушеева, Е.К.Лазаренко, В.М.Малых, Ю.П.Мельника, В.М.Мицюка, А.П.Никольского Б.й.Пярогова, Л.Г.Прожшша, II.И.Пятницкого, Н.И.Свитальского, Ii.il. Свитальского, Н.П.Семенекко, Г.В.Тохтуе&а, В.Ю.Юрка и многих других исследователей. Несмотря на это, следует отметить, что минералогия кварца железистых кварцитов, как самостоятельного минерала, особеннс стп его морфологии и онтогении не были объектом специальных исследований. Нет таких исследований и в зарубежной литературе. Каждый из авторов, изучавших железистые кварциты, использовал, как правило, лишь традиционные петрографические методы исследования породообра-зуешего кварца. Проблема взаимосвязи морфологии, конституции и свойств кварца остается актуальной, особенно изучение их с учетом геолого-структурной позиции и минералого-геохимической зональности месторождений. Практически отсутствуют исследования явлений механизма кристаллизации и изменений минерала, типоморфных признаков кварца различных ступеней метаморфизма.

Проведенные нами исследования позволяют обосновать следующие положения и выдвинуть их в качестве защищаемых: '

1. МИНЕРАЛОГИЯ И ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ВЩЕЛШЙ (ПОСЛОЙНЫЕ, Ш1ЫЖ И ДР.) КВАРЦА. РАЗЛИЧНЫХ МЕТАМОР^ШШО-ЖАСОМЗИЧЕСКИХ АСС01Д!АДИЙ ¿¡ЕЯЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ КРИВБАССА ЯВЛЯЕТСЯ СЛЕДСТВИЕМ ЭВОЛЗДМ ГЕОЛО-

?

ГО-СТРУКТУРНОИ ПОЗИЦИИ И Ш1ЕРАЛОГО-ГЕОХ1ШЧЕСКОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ТОЛЩ.

2. онтошш индивидов и агрегатов кварца неокислешж £еле-зкстых кварщтов отражает спещшку роста кристаллов их перекристаллизацию и рбкрксталлязщю ка соне изменения состава, симметрии среду л зтагиости процессов .\анерал00бра30ванпя преаде всего 3 св.-!—

зи с особешосши мвтаморйша и метасоматоза.

3. ОНТОГЕНИЧЕСКИИ ПОДХОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА СОВРЕМЕННЫХ <ШЗЖО~ХШИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗОВ И ДАННЫХ ТЕХНОЛОГИ ЧЕСКОЙ МИНЕРАЛОГ® КВАРЦА, ПОЗВОЛЯЮТ ВЫЯВИТЬ ЕГО ТЛПОМОРФНЫЕ ПРИЗНАЮ! (ГЕТЕРОГЕННОСТЬ МИНЕРАЛЬНЫХ ИНДИВИДОВ, ИЗМЕШМЕ МОРФОЛОШ И ГРАНУЛОМЕТРИИ И Т.Д.) РАЗЛИЧНЫХ метаморфогвнно-метасоматичесю1х МИНЕРАЛЬНЫХ АССОЦИАЦИЙ КЕЛЕЗИСТНХ КВАРЦИТОВ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях Криворожского горнорудного института (1987-1989 гг.) , на совещании "Минералогия кварца" (17-19 ноября, 92 г., ^.Сыктывкар) . По тема диссертации депонированы две статьи и опубликованы тезисы доклада.

Объ°м и структура работы. Диссертационная работа состоит их введения, 4 глав, заключения и выводов изложенных на 120 страницах ма-зиноппсногэ текста с 47 рисунками и 11 таблицами, библиографии с 236 чаимонованиями. Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены данные об объемах и методах исследований, освещены научная новизна и практическая значимость полученных результатов. 3 первой главе рассмотрено состояние ¡роблемы. Во второй главе - геолого-структурная позиция Кривбасса, юзшшя Скелеватского и Первомайского месторождений в его структуре, >ссбен)юсти минералого-геохимической зональности железистых кварци-'ов Скелеватского и Первомайского месторождений. Минералогия кварца :елезистых кварцитов изложена в третьей главе, В четвертой - рассмот-ены онтогения, типоморфязм и некоторые особенности технологической инералогии кварца. В заключение подводятся итоги работы.

Самую глубокую признательность и искреннюю благодарность автор ыратает своему научному руководителю, заслуженному работнику высшей колы Украины, доктору геолого-минералогических наук, профессору Б,И.' ирогову за постоянную помощь, консультация и поддержку при выполнешш завершении работы.

В период работы автор пользовался помощью и консультациями

сотрудников кафедры минералогии Криворожского горнорудного института: доктора геолого-минералогических наук, профессора В.Д.Евтехова, доцента И.В.Холошпна, кандидатов геолого-минералогических наук Х..<а. Аркоса и А.Н.Грунина, за что бесконечно км признательна. Автор вырг жает благодарность кандздатам геолого-минералогическнх наук В.Л.Влс хе и О.К.Валееву за практическую попои в отборе проб. Искренне бла! дарю всех, кто способствовал выполнению работы.

П0Л0.ЛЖ 1.

Характерной особенностью железистых кварцитов является ритмическая слоистость различного минерального состава, в пределах которой заметно изменяется как количество кварца, так и морфолого-струк турные особенности его индивидов и агрегатов. В нерудных слоях соде жание кварца изменяется от 60 до 95/5, в рудных от 5 до 30%, промежуточные содержания характерны для смешанных слоев.

Минералогия кварца, как главного нерудного минерала железистых кварцитов, тесно связана с особенностями их вещественного состава, текстурно-структурных признаков, физико-механических свойств и отражает направленность изменений в ряду элементарные слойки (.послойные выделения в монокварцевых - нерудных, смешанных -кварцево-руд-ных) -»-минеральные разновидности кварцитов (различные метаморфоген-но-.метасокагическне ассоциации сосуществующих минералов) -»-железистый горизонты (переслаивание минеральных разновидностей кварцитов с учетом минералого-геохпмической зональности толщ] -зв-отдельнна минеральные тела (жильные и гнездовые). Именно здесь прослеживаются наиболее контрастно основные особенности онтогении минерала и его свойств при переходе от железисто-кремнистых пород фации зеленых сланцев (Скелеватское месторождение, ЮГ0К)к эплдот-амфяболитовой, с интенсивными метасоматическиш изменениями ( Первомайское месторождение, СевГОК). Между крупностью магнетита к кварца, принадлежащих к различным слоям, как отражение особенностей их седиментацлонно-ди-агенетических преобразований, прослеживается обратная зависимость (ЮГОК) . В то же время неравномерно проявленные гидротермально-мета-соматическае изменения несколько стирают четкость этой зависимости (СевГОК) . По составу в слоях железистых кварцитов Скелеватского месторождения развиты преимущественно тонко- и мелкозернистые плотные агрегаты непрозрачного молочно-белого и серого кварца, иногда окрашенного за счет твердых включений в красный цвет(тонкодисперсный гематит) , зеленый и серовато-зеленый(тонкие вклачения хлорита, биотага, кушингтонита) , темносерый и черный (тонкодисперсный магнетит^ ; в жилах молочно-белый и серий сливной кварц, в пусто-

тах и трещинах - щетки водолрозрачного горного хрусталя. В зонах ми-лонитизащи гематит-магнетитовнх кварцитов развиты агрегаты "перетертого" кварца с неравномерным пятнисты;.! погасанием при значительном количестве разнообразных газово-жлдкнх и твердых включений.

Более существенно со составу отличаются кварцы железистых кварцитов Первомайского месторондеку.я. Сн утке более крупнозернистый, нередко сахаровэдного облика, иногда сливной (особенно в зонах окварцевания) . Кроме характерных для Скелеватского месторождения тонкодисперсннх включений гематита, здесь существенно развиты тонкие включения карбонатов, рибекита, куммингтонита, эгир;ша, гетита. Няряду с корочк&чи кристалликов горного хрусталя, цитрина, мориона, в пустотах развиты друзы аметиста, реже других разновидностей кварца.

В таблице 1 приведены данные о средних, абсолютных количествах кварца л относительных^ 5|' 02 обш.; ?Вобщ. и ?еМагн.) ВГОКа и СевГСКа в связи с минералого-геохимической зональность® толя железисто-кремнистых пород, щелочным к щелочно-земельным метасоматозом. Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы: 1—кварц, как главный нерудный минерал различных минеральных ассоциаций -железистых кварцитов, наряду с магнетитом и гематитом,оказывает существенное влияние на особенности их вещественного состава, а в конечном итоге и на их свойства; 2—четко ирослеютаэтся на Схелеватском и Первомайском месторождениях кзменежя абсолютных и относительных содержаний

02 кварца в собственно седиментационно-мэтаморфических ассоциациях минералов при переходе от гематиг-магнетиговых кварцитов (центральная часть толщи горизонта) к малорудным кварцитам на контакте со сланцами. Более значимо изменяются все абсолютные и относительные характеристики в карбонат-силикат-магнетятовых (силикат-магнети-товых) и магнетит-силикат-карбонатных (магнетит-силикатных) разновидностях кварцитов. При этом следует иметь ввиду, что силикатные ассоциации сменяются от биотит-хлоритовых, реже с куммингтонатом (ЮГОК) до биотит-куммингтонит-рпбекит-эгириновых (СавТОК) , а карбонаты соответственно от ряда сидерит-сидероплезпт к доломит (в том числе железистый) -анкерит-кальцит. При этом щелочность среды мине-ралообразования изменяется (рй) от 7-7,5 до 8-9,5; 3 -разнообразие наложенных гидротермально-метасоматических процессов обусловлено изменением как состава среды (возрастание щелочных процессов) мд-нералообразования, так и геолого-структурной позицией. Если на ЮГОКе развиты преимущественно редкие крупные разрывные нарушения (Екатерининский, Скелеватскнй надвиги) , то для СевГОКа характерна интенсивная блоково-разрывная тектоника с массой мелких текто-

Таблица 1.

Перераспределение абсолютных и относительных содержаний кварца в различных минеральных ассоциациях железистых кварцитов (?»$)

железистые кварциты С л а н ц :

гематит-магне-титовые магнетитовые карбонат-си-ликат-магне-титовые магнетит-силикат-карбонатные

Скелеват 37,8; (0,98)х)| 40; (0,98) с к о е 34,4; (0,93) м е с т о р 35; (0,90) овдени < 12; (0,33)

1,25х<) Ц.0811,19 |0,9а| 1,21 1,16) 2,69 ¡0,4(4 2,86

ск&арцебание 42,5; (0,97)

Первомайское месторождение

гематит-магне-титовые

магнетитовае

силикат-маг-нетитовые

магнетит-силикатные

38,4; (и,29) 1,19

1иТЩ

38,7; (и,99) |0Т5Б1 1,04

25,4; (0,63) 0,89

34,7 ;(0,69)

23; (0,52)

11

41,1;

ш

окб ари,её>8.ние

1,24) 2,39

(0,94) 1,35

41,3; (0,94) [ТТЩ 1,30

107671

куншнгтснитизация

7; (0,15) [07201 0,58

1ДЦ 5,68

картон атигаци я

35,4; (0,96) 10Т9й1 1-.39

36,3,-(0,94) 1,53

¡оТэЛ

рисГекитизация

31,7; 80) [РТЩ 1,01

29,3; (0,77) 07751

1,01

эгирин^гацш

¡07251 оТ34

Примечание: б! 02 кв<- 37,8? ; 02 кв>: 5! 02 общ. = 0,98 ;

5|'°2 кв. ■ Геобщ.= 0.98 }$\02 кв.: Гей!агн-Г 1,25;

нических нарушений, интенсивной трещиноватостью и кливааностью'пород, обусловивших разнообразие текстурно-структурных признаков (милонитц, брекчии и др.) и проявление различных наложенных-процессов. Последние весьма существенно изменяют соотношения Б! 02 кварца с 02 общего, ?е0С5щ_ и 5анагн>, по величинам этих отношений видно, что желе-

зистые кварциты превращаются порой в типичные метасоматиты (эгпрпкп-ты, рибекит-эгириниты, чисто кварцевые тега], существенно утрачивая характеристики вещественного состава типичных железистых кварцитов. Мелко- и тонкозернистые выделения магнетита, гематита, кваппа участвуют во вновь образуемых силикатных, изменяя первичную гранулометрию эт:ьх минералов. В конце концов это четко фиксируется в из.мене.'Еях сред'мх величин удельной работы дробления: на ЮПЖе 16-18 кга/см^ (при окварцевзнии 19-24 кп.'/сР) , на СевПЖе 10-12 кпд/см^ (_при окварце-вании 16-20 кгм/смЗ) . Главную роль при этом несомненно играет кварц.

Киарц изучаемых железистых кварцитов подразделен нами ка пять генераций, явно отличашимся морфологически, анатомически и конституционными признаками и относящимися к разным фазам зарождения, роста и изменений минерала (онтогеняческий цикл) - кварц-1 - "соговико-еый", кварц-2 - "ксеномор^ный", кварц-3 - "торцовый", кварц-4 - "ме-тасоматический" , кварц-5 - жильный и гнездовой. Объемные соотнохе-кля этих генераций замечательным образом отражают динамику изменения 'среды шшералообразования и роль состава гидротермально-метасомаги-ческих растворов. Кварца-1 ка Первомайском месторождении в два раза меньше, чем на Скелеватском, что обусловлено с одной стороны механизмом кристаллизации минерала (в первую очередь растворяются более мелкие зерна) , с другой, что особенно показательно, ускоренно протекающими за счет гадротеклачьно-метасоматических процессов этих реакций. Кезрц-4/'я2ЛЯЙ;;1йся наиболее поздней генерацией послойных вы-' делений, в значительных количествах ( 33.^) присутствует в железистых кварцитах Первомайского месторождения, и лнзь единичные зерна встречаются на Скелеватском,--что является отражением пзезде всего по-разному наложенных процессов минералообразования, таких как окварцева-ние, карбонатизация, экранизация, хумминггонитизация, являющих собой фон сложной геолого-структурной ситуации (разрывная, глыбово-брекчиевая тектоника Первомайского месторождения). В то же время процессы щелочного метасоматоза способствуют появлению мелко- и тонкозернистых выделений вторичного кварца, связанных с рекристаллизацией предварительно деформированных индивидов. Гранулометрия зерен старца железистых кварцитов Первомайского месторождения отличается, поэтому, более широким разбегом величин, по сравнения с кварцем Ске-леватского месторождения: для Скелеватского месторождения от 11,0041 до 0,094 ил, при х = 0,043 мм, для Бервомайского от 0,021 до 0,152 ым, при х= 0,087 юл. Чистые от рудных включений зерна кварца, для Скелеватского месторождения находятся в пределах от 0,03 до 0,05 мл, для Первомайского - от 0,04 до 0,08 мм (в более крупных зернах присутствуют включения силикатов).

Эволюция кварца железистых кварцитов отражена в гетерогенносг: их физических свойств (твердости и хрупкости) , которые существеннс отличаются в зависимости от ступени метаморфизма, минеральных accoL ацпй и механизма кристаллизации. Твердость кварца послойных выделеч варьирует в пределах от 8012 до 15573 МЛа на Первомайском месторожх кии и от 7473 до 17481 МПа - на Скелеватском. Внутри безрудных и смешанных слоев твердость кварца агрегатов уменьшается от центра к периферии - границе с рудными слоями в пределах от 15573 до 8083 !. на Первомайском, и от 17481 до 8771 МПа - на Скелеватском месторожд ниях. Изменение твердости отдельных зерен кварца разных генераций т, казало, что наименьшая твердость соответствует кварцу ксеноморцных структур - от 6U83 до 10438 ¡.lila, немного больше твердость кварца-1, от 9979 до 13286 МПа. Наибольшая твердость зерен кварца-3 - от 1043 до 17481 МПа. Зто объясняется, видимо, относительным уменьшением ко личества дефектов кварца наиболее позднего преобразования. Кварц-4 обладает сравнительно низко!) твердостью - 7194-9550 МПа, за счет бо шэго количества минеральных включений и дефектов. Измерение твердое отдельных зерен послойного кварца разного генезиса показало ее сник ние в следующем порядке:

кварц-3 кварц-1 кварц-2 кварц-4

в пересчете по Ыоосу соответственно :

7,5 6,5 6,2 -j— 5,4

В смешанных слоях железистых кварцитов измерения твердости и центре отдельных зерен, а также на контакте их с другими минералами - карбонатами, магнетитом, силикатами и другими зернами кварца, выявили закономерное понижение твердости в следующем ряду срастаний:

кварц-»- кварц-кварц-»-кварц-магнетпт-»-кварц-силикаты-»-КЕарц-карбонгты

Сопоставление значений твердости кварца железистых кварцитов, кв; рца богатых руд и жил, генетически связанных с зеленосланцевой (Ске-леватское месторождение) и эшщот-амфиболитовой (Первомайское месторождение,) фациями, показало снижение его твердости с углублением метаморфизма.

Завершая доказательство 1-го положения, следует подчеркнуть, чте выявление онтогении кварца различных генераций, несомненно, позволит наиболее четко определить его роль в формировании текстурно-структурных признаков железистых кварцитов различных фаций метаморфизма.

ПОЛОЖЕНИЕ 2.

Детальное изучение особенностей минералогии кварца позволяет говорить о том, что физико-химический характер среды кристаллизации

является определяющим для его онтогении. Гетерогенность и изменение симметрии среди минералообразования в толгце железпстьк кварцитов просматривается на разных уровнях: а)микросреда - на уровне нерудного, рудного и сметанного слоев с учетом анизотропии физлкогхимических условии кристаллизации (растяжение-сжатие - переориентировка в связи с микротектоникой - складчатостью, кливажом, будинированием, разрывом и поворотом отдельных микроблоков слоев) на фоне проявления разнообразных по химизму процессов растворения, замещения, твердофазового преобразования ; б) макросреда - изменение интенсивности переслаивания разлпчшгх по мощности минеральных разновидностей кварцитов в связи с минералого-геохимической зональностью толщ, с учетом характера и глубины кетаморрогенно-метасоматических преобразований на фоне изменения геолого-структурной позиции месторождений с различит характером микроскладчатых структур, сбросово-сдвнговых явлений, крупных структурных изменений с разной по интенсивности жильной и гнездовой минерализацией вплоть до появления отдельных крупных кварцевых тел (например на СевГОКе) .

Нами широко, был использован метод микроструктурного анализа зерен кварца с одновременным определением их анизотропии по разработкам минералогов уральской школы В.Ф.Емлина, Г.А.Синкевнча, 3.И.Як-пина ( 1988 г.) для жильного гранулированного кварца Урала. Анализ диаграмм показал, что диаграмм ориентировки осей [0001] зерен кварца (в кварцевом агрегате) можно отнести к типу В-тектонпта, хотя на ЗевПЖе встречаются также Я- иЭ-тектониты. Общим для всех образцов зо минеральным разновидностям железистых кварцитов ЮГОКа и СевГОКа шляется наличие неполного пояса, симметричного оси "8 " . На диаграммах железистых кварцитов ЮГОКа выделяются три-четыре максимума, расположенные на равном удалении друг от друга, а для СевГОКа максимумы сконцентрированы между осями "4 " и "о." . Существенные отличия тек-сонитов рекристаллизированного-гранулированного кварца слоев является значительные вариации ориентировки зерен, особенно в условиях СевГОКа. По-видимому это связано с различным положением микроблоков з микрослоях.

Как уже отмечалось рядом авторов ранее, метаморфическая пере-сристаллпзация кварца осуществлялась на фоне тектонических деформа-1ий при наличии одностороннего сжатия. При этих условиях росли те 1ВДИВЭДН кварца, которые были определенным образом ориентированы в управлении стресса. В то же время ориентировка кварца Первомайско-'о месторождения с учетом ростовой его природы подтверждает высказаи-[ую ранее идею о ведущей роли растягивающих напряжений по восстанию юрод. Особого внимания при этом заслуживают взаимоотношения кварца : магаетитом в рудных слоях. Здесь перекристаллизация кварца более

контрастно связано с переотлохеннем вещества в виде удлиненных индивидов в благоприятных структурных микроформах - при кллваае растяжения, в ме;?.будинных разрывах, "тенях давления" вокруг порфиробластоз магнетита (рис. 1, в) . В условиях СевГОКа, наряду с ущшненньак сугубо метаморфическими ишкзкдами кварца в "тенях давления" порфлро-бластов магнетита, в ме:гбуд;;нных пространствах и в участках клиЕата растяжения, за счет гддротермалько-метасоматпческих процессов, возникает удлиненные индивиды, связанные с проявлением типичных зон геометрического отбора, что является четким ткпоморфикм признаком иэта-соматически изменениях кварцитов в целом (рис. 1, е). В конечном итоге особенности минералогии и онтогении кварца в рудных магне.тлтэвых слоях обусловлены пр-ззде всего симметрией рудной шкросреды. Чем морфологически совершеннее индивиды магнетита, тем ярче проявляется "совершенство" кварца, находящегося с ним в контакте - зерна имеют ровные границы, чисты от включений. В смешанных безрудных слоях, присутствие карбонатов обуславливает доминирование процессов растворения кварца, зерна приобретают "дырчетый" облик или 'Ьялавлекность" по краягл; силикаты - процессы замещения кварца эгирияом, рибекитом и др. с поглащением мелко- и среднезернлстого кварца.

Энанткоморфлзм хзарпа железистых кварцитов изучался с учетом его принадлежности к разнил фация:.!, в связи с аутигенно-минералогн-ческой зональностью и по генерация:.!. К тому же учитывался ¡1 факт его принадлежности к мокогсварцевым, смешанным безрудным, смэ'вакнш руд-но-кварцезьи! и собственно рудным слоям. Изучение характера распределения одноименных зерен в монокварцевих слоях позволяет выделить три основные тала их распределения в агрегате: крупные, от 6 до 20 зерен, одноименные Ьрушш правых или левых форм; группы с преобладанием зерен одного наименования, включающие в подчиненных количествах форм противоположного знака; паритетное распределение правых и левых зерен в пределах: а) кварцг-2 ; б) для кварцевых зерен смешанных кЕарц-магнетитовых слоев; в) для смешанных безрудных, кварц-силикатных (рибекит, эгирпн) слоев. Полученные результаты допускают такую интерпретацию. Первый случай определяется перерождением первичного крупнозернистого агрегата монокристаллических зерен. Одноименные коллективы гранул (зерен) соответствуют первичным индивидам. Второй а третий случай соответствуют грануляции сложно построенных индивидов, представленных, возможно бразильскими двойниками, или грануляции относительно более мелкозернистого исходного агрегата.

Однако, многократные циклы "деформация-рекристаллизация" приводят к последовательному увеличению равновероятности в распределения зерен разного знака. Тогда три наблюдаемых случая распределения зе-

Рис. 1 Характерные габитусные формы кристаллов кварца в слоях железистых кварцитов и их взаимоотношение с магнетитом (электронно-микроскопические снимки). а - псевдогексагональный тип кристаллов кварца; б - призматический габитус кристаллов с гранями m [lOlO], f{lOll} и 2[Olli] (ув.бйО); в - кварцевые "дворики" (ув. 750); г - тригональный тип; д - остро-

ромбоэдрически-призматическкй облик (ув. 800) д - геометрический

отбор.

рен правых и левых форм в кварцевых агрегатах соответствуют различным стадиям этого процесса. Статистическая обработка наблюдений эна^ тиоморфихма с учетом явной принадлежности отдельных зерен к определе ной генерации показало: подавляющее большинство зерен кварца-1 обладает левым типом энантиоморфизма - от 78 до 98 %. Кварц-2 - демонстрирует своп нейтральность отсутствием явной тенденции к какому либо энантиоморфному типу. Кварц-3 - обладает в основном правым типом -от 77 до 99 Таким образом, по мере совершенствования морфологии и структуры, кварц заметно "правеет", в то время как кварцевые агрегаты отличающиеся неравновесны;.! состоянием обладают паритетностью левых и правых типов, как это характерно и для обычных гидротермальных кварцев. В целом, наблюдения показывают, что в железистых кварцитах фации зеленых сланцев левый кварц встречается чаще правого на 6 %, в эпидот-амфиболитовой - правого на 3 % болкие чем левого.

Морфолого-структурные исследования послойных выделений кварца (генерации - 1,2,3) свидетельствуют о преимущественно агрегатно-зер-нистом их сложении. Как уже подчеркивалось, для ЮГОКа - это существенно тонко- и мелкозернистые, для СевГЭКа - средне- и крупнозернистые агрегаты различной плотности и прочности. Электронно-микроскопическое исследование показало развитие на поверхности зерен кварца ф* гур естественного растворения. Наиболее многочислены они на зернах кварца со следами пластической деформации (кварц-1 и 2, режа кварц-;. Нередко удается наблюдать фигуры травления на границах зерен, что соответствует выходам скоплений дислокаций вдоль границ микроблоков. Как отмечают В.З.Купеев, Б.И.Пирогов, Ю.Я.Ахкозов и др. (1583 г.), блоки неправильной формы, а размеры составляют для кварца-1 - 8-11)" - 5«10"^, для кварца-2 и кварца-3 - около 2-10~2мм. Проведенные нами исследования наиболее позднего послойного кварца-3 с помощью РЭМ позволило выявить в агрегатах кристаллы: ЮГОК - габитус псевдогексагональный, облик ромбоэдрически-призматический с проявлением тригонал* кых ромбоэдров г£1011} , £ [1011] и гексагональной призмы т [1010] (рис.1, б); реже кристаллы со слабил проявлением призмы псевдоизо-метрпческие и короткопризматические ; двойники, преимущественно до-финекские, встречаются редко; СевПЖ - габитус кристаллов триго-нальный, облик остроромбоэдричесыгпризматический (рис. 1,д) ; дофине ские двойники встречаются чаще, особенно в кварце тектонических зон. В связи с проявлением на месторождении астроблемы, в кварце прослеживаются многообразные планарные структуры с ориентировкой планар-ных элементов посЗ- {1013}, реже по(д - [1012] ромбоэдрам (Вальтер, 1989 г.) .

Изучение анатомических срезов зерен и кристаллов послойного квг

зеленосланцевая

фация

-КВ-1

§ КВ-5

39%

19%

40%

Иь

1% этап

дяеиьшени^ степени пересыилениЗрЦ увеличение степени пересыщения

-1-1-(-

6 Г 8

У

- • кв~2

зпиЗот- яёР КВ-1 _

аяшиболитовая _ГТ^Г

фация |9 % ш/г

■ К&-3

КВ-4

38%

33%

КВ-5

Я - гцЭротермально-метасоматимеский

этап

э

Рис.3 Онтогеничэские циклы кварца

ца позволило выявить зональность и секториальность в 10-15% на ЮГОКе и до 30-35Й на СевГОКе. Твердые включения в первом случае преимущественно пылевидные (гематит, магнетит) и очень мелкие газово-жидкие; во втором случае характерны мелкие и крупные газово-жидкие включения, твердые включения - преимущественно силикаты и рудные минералы. Ншьные и гнездовые выделения кварца отражают общую эволюцию послойных изменений и рассмотрены при характеристике типоморфных признано! минерала.

Изучение послойных монокварцевых , жильных и гнездовых образовг кварца железистых кварцитов, возникших в условиях существенно твердс фазовых (1 - метаморфический этап) изменений от фации зеленых сланцев до эпидот-амфиболитовой с резко возросшей роль» гидротермально-метамоматичоских растворов ( 2 - гидротермально-метасоматический этаг позволяет наметить эволюционные онтогенические циклы минерала (рис.;

положен 3.

Детальное исследование минералогии и онтогении кварца на фоне сложной генетической природы железистых кварцитов Кривбасса, определили в качестве основных типоморфных признаков - морфологию, гранулометрию, особенности анатомии, конституции и некоторые свойства кварцевых индивидов и агрегатов (табл.

Индивады и агрегаты кварца формируют сёгв условиях зажатой среды кристаллизации (послойные выделения и сплошные жильные образования) так и при свободном механизме роста. При этом возникают как зе) нистне агрегаты, так и собственно кристаллы, щетки, друзы.

В целом четким типомосфннм морфологическим признаком квагша же' лезпетих кварцитов является укрупнение зерен, освобождение их от рудных включений и увеличение степени их идиоморФности в направлении от рудных, чегез смешанные к центральной части без рудных ' существенно кварцевых слоев. Причем, чем больше мощность безрудного слоя, тем ярче проявляется эта особенность.

Исследование гранулометрии зерен кварца в связи с аутигенно-минералогнческой зональностью кварцитов зеленосланцевой и эпидот-ам фиболитовой фаций метаморфизма показали общую тенденцию к увеличению размера зерен с углублением метаморфизма (в том числе и локально) . Характерно изменение геометрии самих гранулометрических кривых: в железистых кварцитах зеленосланцевой фации они ближе к кривым закона нормального распределения с левосторонним эксцессом для кварца-1 и кварца-3. В .железистых кварцитах эпидот-амфиболитовой -кривые имеют правосторонний эксцесс для этих же генераций кварца. Синусоидальный характер кривых гранулометрии для кварца-4, подчер-

Таблица 2..

Ткпоморфме особенности кварца железистых кварцитов Кривбасса

'Гипоморфцые особенности

фация

метаморфизма

зеленосланцевая фация эпвдот-ачфиболитовая фация

| М о р ф о л о г о - структур кие

особенности

агрегаты минерала. в ньтудшх 'А смешакьж слоях

анулометрил зе- тонко- и мелкозернистые средне- г _ ^ртанозорнястае рея от 0,и41 до и,094 мм; от 0,021 .„о ь,и1о£ ш.

х - 0,043 мм укрупнение зерен в агрьгате х - 0,и87мм

епень гавновес-сти агрегатов по монению угла ± (taj-JL)

± (12°- 170) ±(2°-8О)

возрастание равновесности

антиоморшизм пен соотно-ние левых и пра-к типов

больше левого ■

переориентировка

Оолы:е правого

зевен

ИНДИВИДЫ УДИРАЛА В СЛОЯХ

5итус и облик юталлов в аг-пате, формируйся на завеЬ'иа-м этапе их опте НИИ

зйники нреиму-зтвенко дофпно-№

габитус псевдогексагональный; облик ромбоэдрическл-лризматпческии. Кристаллы со слабым проявлением призмы, иногда короткопризма-тнческие.

Встречаются редко

тригоналышй; остроромбоэд-рпчески-псизмлтический. Острие ромбоэдр:; и удлиненные -призматические кристаллы.

Встречаются чаще, особенно в кварце тектонических зон

КВАРЦ аШЫЫ'Д И ШЗДОВО'Л (щетки, друзы)

Сливные мелко- и средне- Средне- и крупнозернистые зернистые (преимущественно (преимущественно жилы выпол-

жилы растяжения,), редкие мелкозернистые щетки горного хоусталя и дымчатого кварца". Встречаются жили с карбонатами, гематитом, пиритом.

нения пространства с геометрическим отбором), часты щетки и друзы горного хрусталя и дымчатого кварца, аметиста, реже цитрина,в том числе в пустотах и цементе брекчий. Часто жилы комплексные по составу: с карбонатами, силикатами, сульфидами, гематитом и мушкетовитом.

нзм минерала

К о н с т и т уд ионные!

наиболее чистые фракции от 0,и4 до 0,и7мм 95-98/t

наиболее чистые фракция от 0,04 до 0,07 мм (при выходе Зи-35,%)и от 0,07 до 0,12 мм (пта выходе 15-20/о)

(при выходе из хвостов магнитной сепарации 20 - 25;?)

гомнческке сре- слабо проявлены зональность хорошо проявлены зональность зерен и кристал- и секториальность (доЮ- и секторнальность (до 30-35^ 15'/>)зерен Твердые включе- зерен), характерны мелкие и

продолжение таблицы 2.

ния преимущественно пылевидные (гематит.магнетит), очень мелкие газово-дад-кие включения.

Термолюминесценция в области 200-250°(наличие центров А1

3

крупные газово-стдкие вк. чения, твердые включения преимущественно силикаты рудные минералы.

в области ЗСО-ЗоО° (налнч; центров Ре+>1', 'Й

интенсивность СЕечения

Типы центров (с учетом выводов В.И. Павлишина.1983 г.)

кварца-2 агрегатов, за как пра-

А1 - 0-

Микротвердость

В зернах кварца-1 и счет изоморфизма 51 -<—' А1 + Н вило центры окраски не создаются; в кварце-3, КЕарце-4, кварце-5 преобладают следящие центры:о

Криометрические ис-ледования включений минералообразуодей среды в кварце (Минералогия Крив-басса, 1977 г.)

А1- 0~/№а+, Ы Т'| центры Ре- 0" центры

Темпегаттоа замерзания растворов включений , С0

Прожиковый кшрц К24кНК10Ка Кристаллы кварца с

от -4,2 до 0,8; роговиковый кварц сагаяь" - 2,5°.

п

ге-

ш. "Сак- от -¿и до и

титом (м.ПервомаЙское)

Концентрация раствора включений, (;Л МаС1 - эквивалент

НКГОК : 7,1 - 1,3 ш."Саксагань" : 4,6

Свойств а

от 8771 до 17481 МПа

¿3 - 0; рН вытяхек 7,5 /,«!• В кварце ыетасома титесклх зон резко повышено содержание ионо и уменьнаетсяМа+ содержатся такке НОО3" резко преобладающее на 5О4- и С1~. Содержатся такхе , Ь| + .

от 8083 до 15573 М1!а

Удельная работа дробления кш/см^ косвенный признак по кварцу самих железистых кварцитов

в центре зерен

16 - 18

6-12

уменьшение

В целом наблюдается увеличение при оквар-.„ пл цевании

19 - 24 16 - 20

кивает значительную их гетерогенность и несколько иной механизм кристаллизации в различных собственно метаморфогенных и метаморфогенно-мета-

соматических ¡минеральных ассоциациях. Так, наименьшим размером обладают зерна кварца в рудных слоях гематит-магнетитовых разновидностей железистых кварцитов - для фации зеленых сланцев, в'среднем - 0,03 мм, в эшщот-амфнболитовой - 0,04 мм; наибольшие по величине зерна находятся в нерудных слоях маторудных кварцитов - 0,08 мм и 0,1 мм, соот-' ветственио.

В целом необходимо отметить, что структурно-типоморфные свойства кварца непременно коррелируются условиями внешней среды.

Изучение минералогии и онтогении кварца железистых кварцитов, как главного нерудного минерала, позволяет более глубоко оценить ми-нералого-генетические особенности самих пород и рассмотреть ряд конкретных вопросов технологической минералогии кварца и его роль в экологии Кривбасса. В работе показано, что в конечном итоге особенности морфологии, конституции и свойств индивидов и агрегатов кварца изменяются в зависимости от характера ассоциаций сосуществующей минералов с учетом минералого-геохимической зональности; условий и механизма кристаллизации кварца переотложение кремнистого материала, кристаллизация, рекристаллизация, полигонизация и пр. и его приуроченности к породы различных ступеней метаморфизма.

Основные положения дпссергащш опубликованы в следующих работах :

1. Исследование физических свойств кварца пород и руд Криворожского бассейна. КГРИ, Кривой Рог, 1992. Деп. в УкрКНТЗК. Соавтор

Б.И.Пирогов.

2. Некоторые особенности морфологии кварца железистых кварцитов Криворожского бассейна. КГРИ, Кривой Рог, 1994. Деп. в ГНТБ Украины

3. Исследование твердости кварца слабо метаморфизованных железистых кварцитоц Кривбасса. Тезисы докладов совещания "Минералогия кварца" 17-19 ноября 1992 г., г.Сыктывкар. Соавтор Б.И.Пирогов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

■И.В.Леонова