Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералогия тальк-содержащих сланцев Криворожского бассейна (на примере Ингулецкого месторождения)

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Минералогия тальк-содержащих сланцев Криворожского бассейна (на примере Ингулецкого месторождения)"

ЛЬВОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. И.ФРАНКО

гг. ОД

; г; ; На правах

УДК 553.31:549.623.81 (477.63)

МЕДДАХИ РАБАХ

МИНЕРАЛОГИЯ ТАЛЬК-СОДЕРЖАЩИХ СЛАНЦЕВ КРИВОРОЖСКОГО БАССЕЙНА

(на примере Ингулецкого месторождения) Специальность 04.00.20 - минералогия, кристаллография

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геологических наук

ЛЬВОВ - 1996

Работа выполнена на кафедре минералогии, кристаллографии и месторождений полезных ископаемых Криворожского технического университета.

Научный руководитель -доктор геолого-минералогичсских наук, профессор В.Д.Евтехсы.

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор В.И.Павлишнн (Институт геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украины, г.Киев), кандидат геолого-минералогичеких наук, доцент А.А.Ясинская (Львовский государственный университет им. И.Франко).

Ведущая организация: Научно-исследовательский горнорудный институт (НИГРИ) г.Кривой Рог.

Зашита состоится "23 " (Ъу^тр tu -j 1996 г. в /5" - час, на заседании специализированного Совета Д 04.04.07 при Львовском государственном университете им. И.Франко.

Адрес: 290005, гЛьвов-5, ул.Грушевского, 4, геологический факультет,

аудитория 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Львовского государственного университета. Автореферат разослан " 2-Р " -^^Ъ^гл. 1996 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат геолого-минералогических нау! ~!.М.Сливко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Тальк-еодержащпе сланцы образуют само сто ять л ь н ы Г> стратиграфический горизонт, относящийся к скелеиатской свите криворожской серая, подстилающей продуктивную толщу Кялио-рожского бассейна. Особое положение горизонта, уникальность минерального и химического состава слагающих его пород обусловили интерес к нему исследователей, проявившийся на протяжении более 100 лет активного геологического изучения Кривбасса.

Основное внимание уделялось геологическому изучению талькового горизонта (Н.М.Акименко и др., 1957; Я.Н.Белевнев и др., 1959, 1962; П.М.Каниболоцкий, ¡946; В.Н.Котляр, 1952; Ю.Ир.Половинкина. 1956; Л.Я.Ходюш, 1953; К.Ф.Щербакова, В.Ю.Фоменко, 1959). Многие работы посвящены решению проблем генезиса тальк-содержащих сланцев (Н.Ф.Аникеева, 1955; З.С.Домарев, 1955; М .А.Еременко, 1954; П.А.Лшшик, 1948; А.С.Павленко, 1959 и др.)

Минералогия тальк-содержащих сланцев изучена слабее. В литературе имеются сведения о минеральных ассоциациях тальге-содержащих сланцев и содержатся отдельные данные о результатах определения химического состава талька, его оптических характеристик н некоторых других физических свойств (Я.Н.Белевцев и др., 1962; Е.КЛазаренко и др., 1977; Ю.Ир.Половинкина, 1956; К.Ф.Щербакова. В.Ю.Фоменко, 1959).

Актуальность проблемы, решению которой посвящена диссертационная работа, определяется, с одной стороны, важностью содержащейся в минералах тальк-содержащих сланцев информации, необходимой для уточнения существующих представлений о ходе процессов минералообразовання в продуктивной и вмещающих толщах Кривбасса. С другой стороны, минералогическое исследование пород талькового горизонта необходимо для решения прикладных задач, связанных с вовлечение тальк-содержащих сланцев в эксплуатацию.

Цель диссертации - разработка генетической и прикладной минералогической модели толщи тальк-содержащих - сланцев Криворожского бассейна на примере Ингулецкого месторождения.

Частными задачами, решением которых было обусловлено достижение поставленной цели, являются: 1) изучение распро-

страчешшсти тальк-содержащнх сланцев в пределах Криворожского бассейна и выделение факторов, контролирующих их локализацию; 2) исследование вариаций минерального состава тальк-ссдержащих сланцев по простиранию толщи талькового горизонта Кривбасса; 3) изучение особенностей изменчивости минерального состава тальк-содержащих сланцев в разрезе талькового горизонта; 4) выделение и изучение роли факторов, контролирующих вариации минерального состава тальк-содержащих сланиес; 5) составление кадастра минералов талькового горизонта; 6) изучение морфологии, химического состава, физических свойств, талька и других породообразующих, второстепенных и акцессорных минералов тальк-содержащих сланцев, выделение гипоморфных особенностей минералов, отражающих специфику зарождения, роста и вторичных изменений их индивидов и агрегатов; 7) проведение технологических испытаний тальк-содержащих сланцев различного минерального состава и выделение минералогических факторов, определяющих их обогатимость; 8) исследование характера распределения редких и рассеянных элементов в различных продуктах обогащения тальк-содержащих сланцев и составление минералогического обоснования разработки технологии получения коллективных и индивидуальных руд«ых концентратов из пород талькового горизонта; 9) разработка методики минералого-технологического картирования тальк-содержащих сланцев и построение геолого-технологического разреза талькового горизонта (на примере Ингулецкого месторождения).

Фактической основой диссертационной работы являлся материал, собранный автором в 1988-1995 г. в ходе минералогических исследований тальк-содержащих сланцев 18 месторождений Кривбасса. Были отобраны и всесторонне исследованы 700 проб сланцев. Работы выполнялись в лабораториях Криворожского технического университета, Института экспериментальной минералогии РАН (Черноголовка Московской области), Института геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украины (г.Киев), Института "Механобрчермет" (г.Кривой Рог), Научно-исследовательского горнорудного института (НИГРИ, г.Кривой Рог), Криворожской геологоразведочной экспедиции. Использовались как традиционные, так и современные методы исследования: рентгеноструктурный; инфракрасноспсктроскопический, микро-

ндовый, термический, термобарогеохимичсский, электроиномнк-скопический, рентгеноспектральный флуоресцентный и др.

Основные защищаемые положения.

1. Минеральный состав тальк-содержащих слапиев )Нворожского бассейна, содержание в них четырех основных родообразующих минералов: талька, хлорита, карбоната, зктино-т-тремолита обусловлены двумя основными факторами: соот->шением в исходных осадках вулканогенного (перидотитовые, [роксенитовые толеиты и толеитовые базальты), хелМогеиного арбонатный материал) и кластогенного (псаммитовая и поливая фракции) компонентов - аутигечный фактор а также упенью метаморфизма исходных осадков (от условий фащш леных сланцев до эпндот-амфиболитовой) - метаморфический 1ктор. Роль .метасоматического фактора, обусловившего протека-|е процессов альбитизацин и флогопитизации тальк-содер-пцих сланцев, проявлена локально и относительно слабо.

2. Частая незакономерная перемежаемость исходных образо-ний различного состава является причиной слабого проявления .ких-либо закономерностей в распределении породообразующих шералоз в разрезе талькового горизонта. Действие же метамор-{честого фактора обусловило четко фиксируемую минералоги-скую зональность толщи талькового горизонта в пределах всего эиворожского бассейна: для наиболее высоко метаморфи-ванных тальк-содержащих сланцев северного и южного флангов зивбасса характерен парагенезис тремолит-актинолит + тальк + [орит, для слабо метаморфизованных сланцев центральной части 1ссейна - тальк + карбонат -г хлорит.

3. Химический состав талька из слабо метаморфизованных [льк-содержащих сланцев Кривбасса определялся, преимущес-;енно, составом субстрата. В ряду исходных пород:, перидоти-

>вые толеиты-----> пироксенитовые толеиты----> толеитовые

1зальты содержание в составе сформировавшегося за их счет шька миннесотаитового минала возрастает от 2-3 до 7-8 мол. %; 1рофиллитового минала - от 0,0 до 1,5-2,0 мол. %; феррипп-зфиллитового - от 0,0-0,5 до 2,0-2,5 мол. %; Са-талькового - от О до 2,0-2,5 мол. %; Мп-талькового - от 0,0 до 0,5-1,0 мол. %. С врастанием ступени метаморфизма сланцев от условий зеленосла-аевой до эпидот-амфнболитовой фации состав талька приближал-[ к стехиомстрическому, содержание миналов-примесен

снижалось, соответственно, до 1,5-2,0; 0,0; 0,0-0,2; 0,0-0,1 и 0,0 мол. %. Вариации значений оптических, плотностных и некоторых волновых характеристик талька находятся в тесной корреляционной связи с параметрами его химического состава.

4. С использованием простой и эффективной технологии возможно получение из тальк-содержащих сланцев хлорит-талькового, а также коллективного титан-хром-никель-ванадиевого концентратов; выявленные и обоснованные минералого-технологи-ческие критерии позволяют относить минеральные разновидности тальк-содержащих сланцев к разтичным технологическим сортам и производить минералого-технологическое картирование толщи талькового горизонта.

Новизна и научная значимость. В ходе выполнения исследований впервые были решены следующие научные поблемы:

1) обобщены и проанализированы имеющиеся в литературе данные об условиях образования тальк-содержащих сланцев: 2) определены метрические параметры талькового горизонта на всем протяжении Криворожского бассейна и выявлены факторы вариаций мощности горизонта; 3) систематически изучен минеральный состав тальковых сланцев основных месторождений Крнвбасса и построена региональная карта изменчивости минерального состава пород талькового горизонта; 4) обоснована роль факторов, контролировавших минеральный состав тальк-содержащих сланцез; 5) детально изучены морфология, анатомия, химический состав, физические сзойства талька и других породообразующих и второстепенных минералов, определены основные закономерности их изменений: 6) разработана на основе минералого-технологических исследований простая и эффективная технология получения хлорит-талькового концентрата из сланцев различного минерального состава; 7) показана возможность получения коллективного титан-хром-ванадий-никелевого концентрата из тальковых сланцев Ингулецкого месторождения; 8) разработаны основные принципы минералогического и технологического картирования толщи талькового горизонта, построены геолого-минералогический и геолого-технологический разрезы горизонта для Ингулецкого месторождения.

Практическое значение работы определяется: 1) результатами впервые проведенного морфометрического изучения толщи

талькового горизонта на всем протяжении простирания пород железисто-кремнистой формации Кривбасса; 2) разработкой методики проведения- минералогического картирования талькового горизонта на примере Ингулецкого месторождения; 3) исследованием морфологии, химического состава и физических свойств талька и других породообразующих и второстепенных минералов; 4) разработкой методики получения хлорит-талькового и рудного концентратов из тальк-содержащих сланцев; 5) разработкой методики и проведением геолого-технологического картирования горизонта тальк-содержащих сланцев.

Внедрение результатов рас .лы было проведено на месторождении шахты "Северная" рудника им. С.М.Кирова, на Анновском месторождении Северного и на Ингулецком месторождении Ингулецкого государственных горнообогатительных комбинатов. Результаты исследований автора используются при оценке сырьевой базы . нерудных полезных ископаемых этих месторождений.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 135 страниц текста, 53 рисунка и 35 таблиц ( 8 в тексте, 27 в приложениях ); список литературы включает 306 наименований.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 6 печатных' работ, 3 работы находятся в печати. Результаты исследований докладывались автором на конференции "Проблемы геологической науки и образования в Украине" ( г. Львов, 1995), ежегодных научных конференциях Криворожского технического университета (г.Кривой Рог, 1990-1995), научно-технических советах Ингулецкого (г. Кривой Рог, 1994, 1-995) и Северного (г. Кривой Рог, 1993, 1995) государственных горнообогатительных комбинатов, рудника им. С.М.Кирова (1993, 1994), Криворожской геологоразведочной экспедиции (1993), Научно-исследовательского горнорудного института (г. Кривой Рог, 1994, 1995).

Благодарности. В процессе сбора материалов, их обработки, анализа и в ходе написания диссертационной работы автор пользовался консультациями и советами докторов геолого-

о

минералогических наук, профессоров Л.С.Белокрыса, В.ЯЛеге-дзы, Б.И.ПирогоЕа, В.Н.Трощенко, М.И.Черновского (Криворожский технический университет), О.И.Матковского (Львовский государственный университет), Г.П.Зарайского (Институт экспериментальной минералогии РАН, Черноголовка Московской обл.), кандидатов геолого-минералогических наук, доцентов Ю.Л.Ахкозова (Научно-исследовательский горнорудный институт, г. Кривой Рог), О.К.Валеева, А.И.Каталенца, И.С.Паранько, А.Н.Трунина, И.В.Холошина (Криворожский технический университет), Ю.Л.Грицая, М.В.Педана (институт "Механобрчермет", г. Кривой Рог), научных сотрудников, инженеров К.В.Вана, Ф.М.Стояновской (Институт экспериментальной минералогии РАН), Л.Н.Ковальчук, Д.Н.Кондратьевой, А.Д.Чумака (Криворожский технический университет), Е.М.Шиловской (Центральная лаборатория Криворожского металлургического комбината), В.В.Черевика (институт "Механобрчермет"). Исследования проводились в тесном взаимодействии и с постоянной помощью сотрудников геологических служб предприятий Криворожского бассейна кандидата геолого-минералогических наук П.Н.Хартановича, инженеров В.М.Шпирок (Северный горнообогатительный комбинат, г. Кривой Рог), И.А.Смияновой. М.Д.Удовенко (Северно-Криворожская геологоразведочная партия управления "Укрчерметгеология"), А.Г.Задорожного (Центрально-Криворожская геологоразведочная партия управления "Укрчерметгеология"), Л.С.Варченко, И.А.Копертехина, Л.П.Пановой, (Ингу-лецкий горнообогатительный комбинат, г. Кривой Рог), А.И.Пинской (Криворожская геологоразведочная экспедиция).

На разных этапах прове тения исследований к при оформлсятш диссертационной работы автору оказывали помощь сотрудники кафедр минералогии и геологии Криворожского технического университета Л.А.Выговская, Л.А.Католикова, А.В.Ма-лышкина, Л.П.Мосинцова, Г.А.Пирогова, А.П.Шмагайлова. Всем коллегам автор выражает свою благодарность.

Самую глубокую признательность автор диссертации выражает своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук профессору кафедры минералогии Криворожскогс технического университета В.Д.Евтехову за постоянный интерес I исследованиям и активную помощь в работе.

( 1

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЗИЦИЯ ТАЛЬКОВОГО ГОРИЗОНТА

Существующие точки зрения на проблему происхождения юрод талькового горизонта молено сгруппировать в две гипотезы: Сластогенно-хемогенная и вулканогенно-эффузизная. Сторонники !ервой (Н.И.Свитальский и др., 1932; И.И.Танатар, 1933; В.И.Луч-щкип, 1939; П.М.Каинболонкий, 1946; Н.А.Линник, 1948; Н.П.Се-<ененко, 1949; Л.Я.Ходюш, 1953) исходными породами опреде-илн глинисто-карбонатные, мергелистые осадки, преобразование в та.'ьк-содержащие сланцы в ходе динамотермального мета-юрфизма. Некоторыми авторами допускалось участие в этом [агний-содержащих метасоматических растворов. Вулканогенно-ффузивная гипотеза сформировалась в более поздних работах :.Н.Котляра (1952); А.П.Ннкольсхого (1952); Ю.Ир.Половин-иной (1956); Н.М.Акнменко и др. (1957); К.Ф.Щербаковой, .10.Фоменко (1959); П.П.Назарова (1960); Я.Н.Белевцева и др. ¡962); Р.И.Сироштана (1975); Е.К.Лазаренко (1977); Н.П.Щербака др. (1988); И.С.Паранько и др. (1990, 1993); В.В.Решетняка 993). По мнению этих анторов, исходным материалом для ормирования в ходе динамотермального метаморфизма тальк->держаших сланцев служили туфы ил я эффузивы базит-ультраба-1тового состава.

В ходе минералогических и геохимических исследований льк-содержащих сланцев 18-ти месторождений Криворожского 1ссейна автор диссертационной работы совместно с И.С.Паранько В.Д.Евтеховым (1993) пришел к выводу о том, что изначально льковый горизонт был сложен перидотитовыми. пироксенито-ши коматиитами с прослоями коматиитовых базальтов. Осно-ыми подтверждениями этой точки зрения автор считает ецифические ассоциации рудных минералов (ильменит + хромит титаиомагнетит ■+■ платина), геохимическую специализацию анцев (Т1 + V -I- Сг + N4 + + 5с) и результаты петрохимических счетов, выполненных по данным исследования тальк-цержащих сланцев Ингулецкого месторождения с использова-ем методик Л.С.Дженсена (1976), Т.Е.Фроловой, Н.Ф.Которгина >86).

Геологическая позиция талькового горизонта характеризуется > промежуточным положением между железорудной толщей ссаганской свиты и подстилающей толщей метакластолитов

s

скеяезатской сбиты. Полученные автором диссертационной работы в ходе гогтоминералигичееких исследований метрические характеристики горизонта показали, что его мощность изменяется от 0 до 200-250 м. Максимальное ее значение отмечается в центральной части Криворожского бассейна (шахта им.М.В.Фрунзе), к северу и к югу мощность горизонта снижается, основным фактором, ее определяющим, автор считает тектонический. В складчатых структурах наблюдается увеличение мощности в 1,5-8 раз в шарнирах складок и снижение ее в 2-10 раз на крыльях. Разрывные нарушения, часто формировавшиеся по толще высок опл&стичных пород горизонта, обычно способствовали значительному уменьшению его мощности или полному его уничтожению.

Результаты этих исследований автор использовал для выбора основного объекта минералогического изучения пород талькового горизонта - Ингулецкого месторождения. В его пределах горизонт представлен достаточно мошной толщей - 50-150 м. Проявление динамотермалыюго метаморфизма в условиях зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций, а также метасоматические воздействия обусловили большое разнообразие минерального состава тальк-содержащих сланцев.

ТОПОМИНЕРАЛОГИЯ ТАЛЬКОВОГО ГОРИЗОНТА

В некоторых ранее проведенных работах (Н.И.Свитальский и др., 1932; П.М.Каниболоцкий, 1946; Ю.Ир.Половинкина, 1956; Н.М.Акимешсо и др., 1957; Я.Н.Белевцев и др., 1962) отмечалось непостоянство минерального состава тальк-содержащих сланцев. Однако закономерности его вариаций до последнего времени рассмотрены не были.

Полученные автором диссертации результаты изучения СЕЫше 720 проб тальк-содержащих сланцев 18 месторождений Кривбасса также свидетельствуют о нестабильности содержаний в составе сланцев как породообразующих так и второстепенных минералов. Полученные данные позволили выявить следующую закономерность изменчивости минерального состава сланцев на региональном уровне: из четырех породообразующих минералов сланцев (тальк, хлорит, карбонат и амфибол) парагенетическая ассоциация тальк + хлорит + карбонат максимальным распространением пользуется в пределах Центрального и Южного районо!

Криворожского бассейна. Ступень метаморфизма пород здесь соответствовала зеленосланцевой фации, для которой указанные минералы являются типоморфными.

Для Северного и Ингулецкого районов Кривбасса характерны более высокие значения термодинамических условий метаморфизма пород, отвечающие эпидот-амфиболитовой фации (Р.Я.Белевцев и др., 1989). В этих условиях происходило активное замещение карбоната амфиболами (преимущественно, актинолит, реже тремолит, иногда купфферит). В связи с этим для таяьк-содержащих сланцев месторождений северного и южного флангов Кривбасса характерен парагнезис тальк + актинолит + хлорит.

С целью изучения вариаций у.лнерального состава тальк-содержащих сланцев в пределах более мелких геологических объектов было выбрано Ингулецкое месторождение. Выбор был обоснован следующими причинами: 1) тальковый горизонт в пределах месторождения имеет значительную и относительно выдержанную мощность (50-150 м); 2) породы горизонта вскрыты забоями действующего карьера Ингулецкого горнообогатительного комбината, а также многочисленными разведочными скважинами; 3) породы горизонта испытали динамотермальный метаморфизм как в условиях зеленосланцевой так и эпидот-амфиболитовой фации; 4) в пределах горизонта проявились процессы щелочного метасоматоза калиевой (флогопитизация) и натриевой (альбитизация)ветвей.

Результаты детального минералогического картирования восточного, западного и южного бортов карьера, а также изучения керна разведочных скважин позволили автору работы выявить несколько общих для талькового горизонта месторождения топоминералогических закономерностей.

1. Минеральный состав тальк-содержащих сланцев центральной части горизонта однороден. В узких (мощность не более 7-10м) переходных зонах к подстилающему - так называемому "филлитовому" горизонту скелеватской свиты - и перекрывающему - первому сланцевому горизонту саксаганской свиты - отмечается резкое снижение содержания в сланцах талька (с 40-80 до 0-5 объемн.%) и возрастание содержания хлорита (с 5-15 до 25-30 и более объемн.%). Дополнительной особенностью приконтактовых зон с первым сланцевым горизонтом является возрастание в их пределах железистости хлорита и амфибола. В связи с последним тремолит и актинолит здесь сменяются купфферитом я

кумингтонитом. Особенностью приконтактовых зон с "филлито-вьш" горизонтом является повышенное содержание в сланцах флогопита и кварца.

2. В связи с неоднородностью условий динамотермального метаморфизма пород в пределах Ингулецкого месторождения участки распространения высоко и слабо метаморфизированных сланцев имеют линзовидный или пятнистый характер. Линзо-видные тела имеющих существенно актинолитовый состав относительно высоко метаморфизированных тальк-содержащих сланцев обычно располагаются вдоль слабо проявленных разрывных нарушений, служивших, вероятно, каналами фильтрации метоморфических растворов. Изометричные тела хлорит-тальк-актинолитовых сланцев обычно локализуются в участках пересечения разрывных нарушений. Линзы и изометричные тела высоко метаморфизованных сланцев имеют постепенные переходы с близкими по форме телами слабо метаморфизованных хлориг-карбонат-тальковых сланцев.

Мелкие . метасоматические тела альбитизированных и фдогопитизированных тальк-содержащих сланцев локализуются в зонах смятия, в замковых частях мелких складок и вдоль разрывных нарушений. Мощность их не превышает 1-2 м.

ТИПОМОРФИЗМ ТАЛЬКА ИНГУЛЕЦКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Ранее проведенные работы Н.И.Свитальского и др. (1932), П.М.Каниболоцкого (1946), Ю.Ир.Половинкиной (1956), К.Ф.Щербаковой, В.Ю.Фоменко (1959), Е.К.Лазаренко и др. (1977) содержат отдельные сведения о минеральных ассоциациях, морфологии, химическом составе и физических свойствах талька Криворожского бассейна. Автором впервые предпринята попытка систематического изучения этих характеристик талька на примере пород талькового горизонта Ингулецкого месторождения.

Выделено два фактора, контролировавших состав минеральных парагенезисов тальк-содержащих сланцев: аутогенный и метаморфический. Роль аутигенного фиксируется по результатам изучения тальк-содержащих сланцев с различным соотношением в их исходных образованиях трех основным компонентов: 1) перидотитовых, 2) пироксенитовых каматиитов и 3) коматиито-вых базальтов. В случае преобладания первых продукты их

метаморфизм/1 в условиях фации зеленых слаклея характеризуются наиболее высоким содержанием талька (80-95 объемы.%) и незначительным количеством хлорита (до5%). С повышением роли третьих количество хлорита з тальх-содержащих сланцах значительно возрастало (до 35-40%). Третий породообразующий минерал тальк-содержащих сланцев - карбонат - распределен в толще талькового горизонта незакономерно, в ne связи с составом исходных осадков или продуктов их метаморфизма. Роль второго - метаморфического фактора- проявляется в участках Иигулецкого месторождения, характеризующихся метаморфизмом тальк-содержащих сланцев в условиях эпидот-амфиболитовон фации. Типоморфным парагенезисом здесь япяется тальк + ахтинолит (тремолит, купфферит) + хлорит. Амфиболы с нарастанием ступени метаморфизма замещали карбонат, а также, частично, хлорит и тальк.

. Изучение химического состава талька показало, что он близок к стехиометрическому. Примесь мминесотаитового минала составляет 2,0-7,7 мол.%, Са-талькового - 0,2-2,4; пирофиллито-вого - 0,0-1,0; феррипирофиллитового - 0,2-2,5; Мп-талькояого -0,0-0,7 мол.%. В ряду исходных пород от перидотитопых коматинтов через пироксенитовые коыатииты до коматиитсвых базальтов в случае метморфнзма пород в условиях фации зеленых сланцев отмечается постепенное увеличение содержания в составе талька миналов-примесей. Повышение же ступени метаморфизма пород до условий эпидот-амфнболитовой фации сопровождалось закономерным снижением содержания примесей а составе талька.

Физические свойства талька тесно связаны с его химическим составом, главным образом, с содержанием миннесотаитового минала. От апоперидотитовых через апопироксенптовые к апоба-зальтовым тальк-содержащим сланцам показатели преломления талька возрастают: Ng - от 1,588-1,592 до 1,592-1,593; Np - от 1,544-1,547 до 1,549-1.552; двупреломление Ng-Np снижается от 0,040-0,048 до 0,039-0,044. С увеличением ступени метаморфизма сланцев отмечается прогрессивное снижение значений показателей преломления и увеличение дзупреломлеиия талька. Аналогичные тенденции выявлены для вариаций плотности минерала. Наиболее высокие ее значения - 2811-2857 кг/м3 - характерны для высокожелезистого талька из слабо метаморфизованых ап об аз альтовых тальк-содержащих сланцев: наиболее низкие - 2796-2848 кг/м3 -

для его маложслезистон разновидности из высоко метаморфи-зованых апоперидотитовых сланцев.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ ТАЛЬК-СОДЕРЖАЩИХ СЛАНЦЕВ

Вызванные описанными выше факторами вариации минерального состава и структурно-текстурных особенностей-тальк-содер-жащих сланцев обусловили изменчивость их механических свойств. Плотность сланцев зависит от соотношения в их составе минералов, обладающих повышенной (актинолит, карбонат) и пониженной (хлорит, тальк) плотностью. В общем случае с увеличением ступени метаморфизма сланцев их плотность возрастает в среднем от 2746, 14 кг/м3 (зеленосланцевая фация) до 2799.47 кг/м3 (опидот-амфиболлтовая фация).

С ростом ступени метаморфизма происходило снижение средних значений пористости сланцев - соответственно от 4,11 до 3,97%. Основной причиной этого является замещение с повышением ступени метаморфизма обладающих повышенной трещиноватостыо карбонатов - амфиболами.

Также тесная корреляционная связь с минеральным составом сланцев характерна для показателей их дробимости. Для слабо метаморфизованных сланцев, имеющих харбонат-хлорит-талько-вый состав, этот параметр составляет в среднем 1,77 отн.ед. Для существенно актияолиювых сланцев он составляет 4,11 отн.ед.

Тальк-содержашие сланцы до последнего времени не рассматривались в качестве полезного ископаемого. С конца 80-х годов Ингулецким горнообогати гсльным комбинатом и шахтой "Гигант-Глубокая" начата их добыча в незначительных количествах. Использование измельченных сланцев проводилось без предварительного обогащения, что определяло зких спектр использования получаемого сырья. Для повышения его качества предпринимались попытки создания технологии получения талькового концентрата (Т.В.Дендюк и др,. 1988, 1989), однако из-за сложности и недостаточной эффективности они не были внедрены в производство.

При обосновании новой схемы обогащения тальк-содержа-щих сланцев, разработанной для условий Ингулецкого месторождения, автор исходил из различий физических свойств породообразующих и второстепенных минералов, главным образом, их

твердости, спайности, плотности и магнитности. По пс-рапм двум тараметрам минералы тальк-содержащпх. сланцев Ингулецкого месторождения четко делятся на три группы. К первой относятся гальк и хлорит, обладающие весьма совершенной спайностью и минимальной твердостью (1.0-1,5 балла по шкале Ф.Мооса), во вторую группу входят карбонаты, для которых характерна свершенная спайность и более высокая твердость (3,0-4,0): третью группы составляют минералы с наиболее высокой твердо-;тыо (5,5-6,5): актинолит, тремолит, магнетит, титаномагнетит, ильменит, хромит. Рудные минералы обладают, кроме того, зысокой ферромагнитностью.

Предложенная технология оскопна на самоизмельчении ;ланцев, позволяющем наиболее полно проявиться природным физическим свойствам минералов. Последующие процессы слассификации по крупности продуктов и их магнитной сепарации з сильных и слабых полях позволили автору получить хлорит-тальковый концентрат высокого качества, удовлетворяющий требованиям многих отраслей промышленности.

Из полученного в качестве отходов производства хлорат-талькового концентрата чернового рудного концентрата, содержащего ильменит, пирротин, хромит, магнетит и титаномагнетит, лутем отмьша и последующего обогащения в слабых машинных толях автору удалось получить коллективный рудный концентрат, :одержащий до 0,7 мас.% до 12,2 мас.% ТЮг, до 1.9 мас.%

2г2Оъ до 1.1 мас.% МЮ и до 0,25 мас.% СоО.

По результатам минерзлого-технологических испытаний, гальк-содержащие сланцы месторождения были разделены на 4 технологических сорта. Выход хлорит-талькового концентрата для яих изменяется от 80-90 до 50-55 мас.%. Вынесение технологических сортов на ранее построенные геолого-мииералогические зазрезы явилось основой технологического картирования пород талькового горизонта. Разработанные автором диссертации технология и методика картирования могут использоваться и для других месторождений Криворожского бассейна.

Выводы.

1. Мощность талькового горизонта отл!Ечается максимальной изменчивостью среди всех стратиграфических горизонтов криворож-:;сон серии. Вследствие высокой пластичности слагающих ее пород, голша горизонта легко поддавалась воздействию тектонических

нагрузок. Илнсативни.' нарушения «дшроиоздшись :«шсчным сшгжс-нкем (в 2-10 раз) мощности горизонта на крыльях складок и увеличением ее в их замковых частях, (в 1,5-8 раз). Дизъюнктивные нарушения играли, преимущественно, деструктивную роль: с их проявлением связано срезание, выклинивание горизонта.

2. Реконструкция на основе минералогических исследований исходного состава пород, преобразованных впоследствии в тальк-содержащне сланцы, показала, что основными их компонентами были: вулканогенный, хемогенный и кластогеннып материал. Вулканогенный материал составлял 70-95 и более объема. % исходных образований и был представлен породами, состав которых менялся от перидотитовых толеитов до толеитовых базальтов. Кластогенный материал (не более 5-7 объемн. %) был представлен глинист :-песчанистыми фракциями, хемогскный (от 0-3 до 25-30 объемн. карбонатами изсестково-железисто-магнезиального состава.

3. Вариации минерального состава талы;-содержащих сланцев контролировались тремя факторами:

аутигенным. роль которого .определялась разными соотношениями в исходных породах следующих компонентов: а) вулканогенных образований различного состава, б) кластогенных осадков п а) карбонатного материала, - ¡1 который обусловил различные количественные соотношения в сланцах Мк-ге-А1-содержащих силикатов, а также локальные аномалии в пределах отдельных месторождений и участков Крпвбасса содержания з составе сланцев карбонатов, кварца и некоторых других обломочных материалов;

- метаморфический, определивший соотношение в составе сланцев минералов, являющихся тнпоморфными для пород, метаморфизо-вапных в условиях зеленосланцевой фации (тальк, хлорит,Са-Ре-Мс-карбонаты - Скелеватское, Новокриворожское и другие месторождения Центрального и Южного районов Кривбасса) и характерных для пород, ступень метаморфизма которых отвечала условиям эпидот-амфиболитовой фации (тремолит, актинолит, флогопит - Ингулецкое, Первомайское, Анновсксе месторождения Ингулецкого и Северного райнов Кривбасса);

- метасоматический, роль которого наименее значительна и который обусловил локальные повышения в составе тальк-содержащих сланцев Анновского, Первомайского, Ингулецкого и некоторых других месторождений бассейна содержания флогопита (калиевая ветвь, щелочного метасоматоза) и альбита (его натриевая ветвь).

4. Минералогическая зональность талькового горизонта хорошо фиксируется при проведении топ о м ин ер ало ги чес ких исследований на всем протяжении Криворожского, бассейна. Причина состоит в четком проявлении в его границах роли метаморфического, фактора. Для центральной части бассейна^ где ступень метаморфизма пород соответствовала условиям зеленосланцевой фации. в . тальк-содержащих сланцах преобладает парагенетическая пссощкмтя минералов тальк + хлорит + Са-Ре-Мд-карбонат (магнезит, брейиерит и др.). Для тальк-содержащих сланцев северного и южного флангов Кривбасса, где для пород характерна более высокая ступень метаморфизма, отвечающая условиям эпидот-амфиболитовой фации, характерен парагенезис тальк + актхшолит - тремолит. В пределах отдельных месторождений вследствие близости термодинамических условий метаморфизма зональность талькового горизонта проявляется значительно слабее. Причиной этого, по мнению автора диссертации, является сложное чередование, частое, фациальное выклинивание пластов и линз исходных пород различного состава.

5. Тальк в тальк-содержащих сланцах Кривбасса представлен чешуйчатыми и пластинчатыми индивидами, размер которых изменяется от 0,01-0,10 мм по длинному измерению в слабомета-морфшованных сланцах до 0,05-0,30 мм в их более высоко метаморфизованных разновидностях. Кристаллы талька находятся в тесном срастании с имеющими аналогичную форму кристаллами хлорита. Карбонаты представлены порфиробластами размером от 0.10,3 до 3,0-5,0 мм, а в случае их высокого содержания в слайдах -образуют самостоятельные прослои и линзы мощностью от долей мм., до 40-50 мм. Амфиболы, развивавшиеся в связи с повышением ступени метаморфизма тальк-содержащих сланцев (актинолит, более редкий тремолит и очень редко встречающийся купфферит) полностью замещали карбонаты и частично - хлорит и тальк. Они представлены игольчатыми и столбчатыми кристаллами, часто группирующимися в радиальнолучистые агрегаты. Пластинчатые кристаллы ильменита обычно слабо ориентированы по слоистости и имеют размер (в прямой зависимости от ступени местморфизма сланцев) от 0,01-0,05 до 2,0-3,0 мм по длинному измерению. Хромит, магнетит и титаномагнетит образуют мелкие (0,01-0 ДО мм), ксеноморфные индивиды, распределенные в сланцах равномерно или образующие ' послойно ориентированные линзовидные скопления.

6. Химический состав талька зависит как от состава исходных пород так и от ступени метаморфизма сланцев. Для их разновидностей,

мсгаморфшоишшых в условиях зслсноелздщсвон фации, обнаружено замен»«® пошшеиие в составе тальки мшшссотантового. нирофшиш-тового, феррнпнрофиллитового, Са-талькового и Мп-талькоши о мина-

лов в следующем ряду исходных пород: перидотитовые толеиты----->

пироксенитовые толеиты--> толеитовые базальты. С нарастанием

ступени метаморфизма сланцев до условий эпидот-амфиболитовон фации происходило удаление изоморфных примесей из кристаллической решетки талька, Приближение его химического состава к стехиометрическому. Избыточное железо, алюминий и другие компоненты, вероятно, заимствовались кристаллическими решетками формировавшихся одновременно с этим амфиболов.

7. Результаты исследований плотностных, оптических и некоторых волновых характеристик талька выявили тесную связь значений этих показателей с параметрами его химического состава.

8. Разработанная с участием автора диссертационной работы технология обогащения позволяет получить хлорит-тальковый концентрат высокого качества, имеющий суммарное содержание талька и хлорита 90-95 объемн.% и находящий широкое применение в лакокрасочной, гидроизоляционной, резинотехнической, огнеупорной и других отраслях промышленного производства. Выход концентрата в зависимости от минерального состава сланцев изменяется от 50-55 до 80-90 мае. %.

9. Из отходов обогащения тальк-содержащих сланцев возможно получение коллективного рудного концентрата, включающего ильменит, магнетит, титанома1 нетит, хромит и пирротин.

Основные положения диссертаций опубликованы в следующих работах:

1. Евтехов В.Д., Меддахи Р., Евтехов Е.В. О минералогическом контроле механических свойств тальк-содержащих сланцев Криворожского бассейна// Деп. в ГНТБ Украины 28.03.1993г, № 1273 -Ук 93.- 19 с.

2. Паранько И.С., Евтехов В.Д., Меддахи Р. К вопросу о формационной и стратиграфической принадлежности тальковых пород Криворожской структуры.// Деп. в ГНТБ Украины 27.03.1993г, № 2077 - Ук 93,- 17 с.

3. Евтехов В.Д., Меддахи Р. Вариации мощности и минерального состава пород талькового горизонта Криворожского бассейна/ Разработка рудных месторождений. Республиканский межведомст-

знный научно-технический сборник// Кривой Рог, 1995.-ып.№56,- С.148-155.

4. Меддахи Р. Технологическая минералогия тальк-содер-:ащих сланцев И н гулец ко го месторождения Криворожского бгс-гйна // Деп. в ГНТБ Украины 04.04Л995г, № 684 - У к 95.- 16 с.

5. Меддахи P. Bapiauiï xiMÏ4Horo складу тальку Кривор1зького асейну/ Проблеми геолопчнсн науки та осяпи в УкраУш. laTepiajni науковоТ коиференшТ. Льв1в, 19-21 жовтня 1995 р.// [ьв1в, [995.-С. 155-156.

6. Мсддах1 Р. Прлкладна мжералопя талькових сланшв [ривбасу// Там же.- С. 194-195.

7. Меддахи Р. К технологической минералогии тальк-одержащих сланцев Кривбасса / Современные проблемы геологии

минералогии железисто-кремнистых формаций и их обрамления. Материалы Региональной научной конференции. Кривой Рог, 11-12 преля 1996г// Кривой Рог: Контакт. 1996. (Принято к печати).

8. Меддахи Р. Типоморфизм галька Ипгулецкого месторож-:ения/7 Там же.

9. Меддахи Р. Генетическая и геологическая позиция талько-ого горизонта Кривбасса// Там же.

ABSTRACT

Meddahi R. Mineralogy of talc-containing shales of Krivoy Rog basin on example of Ingulets deposit)

Dissertation for candidate's degree of science in geology, the peciality 04.00.20 - mineralogy, crisialloography. ï.Franko Lviv state miversity. Lviv, 1996.

The regular variations of content of minerals of skelevatka series Krivoy Rog basin) taic-containing shales have been studied. The main 'actors of their nature have been determined. The chemical composition md physicals properties of talc and it's quantity proportions with rock-ibrming and other minerals have been studied.

The relation between the mechanical properties of talc-containing shales and their mineral composition, structural characteristics have been determined. The mineralogical basing and technological trails of shales to abtain the chlorite-talc concentrate have been held. The mineralogical and technological sections of Inguiets deposit talc horizon have been developed.

АНОТАЩЯ

"Меддах1 Рабах. Мшералопя тальк-вмшуючих слаишв Кривор1зького басейну (иа приклад1 ¡нгулецького родоаища).

Дисертащя на здобутгя паукового ступеню кандидата геолопчних наук з снешальносп 04.00.20 - мшералопя, кристалограф1я. Льатський державиий университет 1М. {.Франка. Льв1в, 1996 р.

Вивчеш законом ¡рност1 вар1ашй мшерального складу тальк-вм1щуточих сланЦ1В скелеватсько! свил Кркворпького бассйну. Визначеш основш фактори, що Тх зумовлюють. Вивчено х1м1чннй склад 1 ф1зичш властивост1 тальку, а також його кшыасш ствгйдпошення з шшими породоутворюючими та другорядними мшсралами слаишв. Виявлена залежшсть мехашчних зластивостеп тальк-в\!1щуючих слаишв в1д Тх мшерального складу та структурно-текстурних особчиаостей. Виконано мшералопчне обгрунтування та проведет технолопчш випробовування сланшв, що дозволило отримати хлорит-тальковнй концентрат. Побудовано геолог о-мшералопчш та геолого-технолопчш розр1зи талькового горизонту 1нгулецького родовита.

Ключов! слова:

зал1зисто-кремениста формашя, тальк-вм1щуюч1 сланщ. топом шералогш, типоморф1зм тальку, мехашчш властивостк технология талькових иорш, мшералопчне картування, технолопчне картування.

Здобувач

Меддахи Рабах