Рениевое оруденение диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна

Балахонова, Алина Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Рениевое оруденение диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Рениевое оруденение диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна"

На правах рукописи

БАЛАХОНОВА Алина Сергеевна

РЕНИЕВОЕ ОРУДЕНЕНИЕ ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦЕВ ПРИБАЛТИЙСКОГО БАССЕЙНА (ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Специальность 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

2 О НДР тк

Санкт-Петербург 2014

005546175

УДК 53.493.58.061.4:552.578.3(470.23)

На правах рукописи

БАЛАХОНОВА Алина Сергеевна

РЕНИЕВОЕ ОРУДЕНЕНИЕ ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦЕВ ПРИБАЛТИЙСКОГО БАССЕЙНА (ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Специальность 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 2014

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А. П. Карпинского» (ФГУП «ВСЕГЕИ»), г. Санкт-Петербург.

Научный руководитель

доктор геол.-минер, наук, заведующий отделом геологии горючих полезных ископаемых ФГУП «ВСЕГЕИ» Вялов Владимир Ильич

Официальные оппоненты:

доктор геол.-минер. наук, профессор Южного федерального университета (ЮФУ, г. Ростов-на-Дону) Бойко Николай Иванович

кандидат геол.-минер. наук, заведующий лабораторией микро- и наноисследований Дальневосточного геологического института Дальневосточного отделения РАН (ДВГИ ДВО РАН, г. Владивосток) Иванов Владимир Викторович

Ведущая организация

кафедра геологии и геохимии горючих ископаемых Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (МГУ, Москва)

Защита диссертации состоится: 8 апреля 2014 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 216.001.01 при ФГУП «ВСЕГЕИ» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, Средний пр., 74, в зале Ученого совета ВСЕГЕИ.

С диссертацией можно ознакомиться во Всероссийской геологической библиотеке при ФГУП «ВСЕГЕИ» (г. Санкт-Петербург, Средний пр., 74)

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 199106, Санкт-Петербург, Средний пр., 74, ВСЕГЕИ, диссертационный совет Д 216.001.01, ученому секретарю P. JI. Бродской и на e-mail: Rimma_Brodskaya@vsegei.ru

Ученый секретарь диссертационного совета,

Автореферат разослан « ОЧ » incvpma 2014 г.

доктор геол.-минер. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Рений (Яе) является металлом стратегического значения, т. к. используется в авиационной, космической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Поэтому он вызывает большой промышленный и экономический интерес, и соответственно повышенное «геологическое» и научное внимание. Яе - редкий и рассеянный металл, его содержание в земной коре составляет всего 0,0007 г/т (Виноградов, 1962), т. е. в 6 раз меньше содержания золота. Преимущественно рассеянное состояние рения в горных породах и в рудах других металлов (в качестве попутного компонента) определяет большую трудность производства геологических изысканий и научных исследований, изучение условий образования и локализации рения. В этой связи отечественная минерально-сырьевая база (МСБ) рения в России крайне слаба. Запасы рения в России на 1.01.2012 г. в качестве попутного компонента были учтены в рудах трех молибденовых и двух медно-порфировых месторождений и составляли по категориям А+В+С! всего 58,9 т, по категории С2 109,9 т, по группе забалансовых - 24,2 т (Государственный баланс..., 2012). Разрабатывается Сорское молибденовое месторождение, но при обогащении руд содержащийся в виде примеси рений переходит в молибденовый концентрат (до 86,97 %), но при его переработке на Челябинском ферросплавном заводе рений полностью теряется (Государственный баланс..., 2009), т. е. извлечение рения из руд в России не осуществляется. Производственные мощности по получению конечной рени-евой продукции из руд медно-порфировых или молибденовых месторождений в нашей стране отсутствуют. В результате для удовлетворения собственных нужд Россия импортирует рений. Возможный путь для России в плане укрепления МСБ рения - поиск его нетрадиционных источников, в которых могут быть заключены значительные геологические ресурсы этого редчайшего металла. Одними из них являются диктионемовые сланцы Прибалтийского бассейна, что определило необходимость постановки в 2012 г. во ВСЕГЕИ поисковых работ в Ленинградской области на рений.

Цель работы — изучить особенности рениевого оруденения в диктионемо-вых сланцах Прибалтийского бассейна на территории Ленинградской области, с детализацией исследований в пределах Кайболово-Гостилицкой поисковой площади.

Задачи работы

1. Определить содержания рения в диктионемовых сланцах и оценить их возможный промышленный уровень.

2. Изучить особенности вещественного (минерального и химического) состава диктионемовых сланцев, в связи с наличием в них рения.

3. Изучить распределение рения в пласте диктионемовых сланцев (по ла-терали и в вертикальном разрезе).

4. Определить условия и особенности формирования рениевого оруденения в диктионемовых сланцах.

5. Оценить прогнозный ресурсный потенциал рения в диктионемовых сланцах Кайболово-Гостилицкой и опоискованных площадей Прибалтийского бассейна в пределах Ленинградской области.

6. Оценить возможности извлечения рения из диктионемовых сланцев на основе известных технологических решений.

7. Дать стоимостную оценку потенциальных и извлекаемых ресурсов рения в диктионемовых сланцах Кайболово-Гостилицкой поисковой площади.

Объект исследований. Прибалтийский бассейн фосфоритов, диктионемовых и горючих сланцев (PZ,) протягивается из районов Норвегии, Дании, Швеции и Эстонии в Ленинградскую область, где в широтном направлении прослеживается примерно на 300 км от р. Нарва на западе до района р. Сясь на востоке. Дальше на восток диктионемовые сланцы скрываются под отложениями верхнего девона. Северная граница распространения диктионемовых сланцев ограничивается ордовикским глинтом, протягивающимся вдоль южного берега Финского залива Балтийского моря и далее до Ладожского озера (Оношко, Альтгаузен, 1975; Кондаков, Афанасьев, Бушкова, 1963). Диктионемовые сланцы металлоносны и рассматриваются как потенциальный источник целого ряда металлов (Альтгаузен, 1992; Михайлов, Чернов, Кушнеренко, 2006; Вялов, Миронов, Неженский, 2010 и др.). Прибалтийский бассейн может рассматриваться как рудоносный осадочный бассейн (РОБ) (Литогеодинамика и минерагения..., 1998; и др.). В соответствии с основными типами геодинамических обстановок, он относится к группе бассейнов пассивных окраин континентов (Беленицкая, Романовский, Феоктистов, 2001). По преобладающему литологическому типу, Прибалтийский РОБ отнесен к кремнисто-терригенно-карбонатным бассейнам, а по имеющимся в бассейне видам полезных ископаемых - к типу фосфоритоносных, горючесланцевых, уран-молибден-ванадиевых, золото-платиноидно-молибден-никеленосных бассейнов (там же).

Фактический материал, методы исследований и личный вклад автора

пробы), инфракрасной спектроскопии (пять проб), инфракрасной спектрометрии (40 шт.) и кулонометрии диктионемовых сланцев (20 проб); результаты химических анализов на основные породообразующие оксиды, а также V, Сг, Ва - рентгеноспектральным флуоресцентным методом (ХШ7) (40 проб) и результаты масс-спектрометрии диктионемовых сланцев и вмещающих пород (431 проба).

Автор в ходе полевых работ 2012-2013 гг. под руководством В. И. Вялова принимала участие в описании обнажений и керна скважин, в отборе проб диктионемовых сланцев и вмещающих пород, в подготовке проб для аналитических исследований. Описала более 60 петрографических шлифов и ан-шлифов. Построила карту распределения рения по площади, его прогнозных количеств, карту мощностей пласта диктионемовых сланцев. Производила математическую обработку полученных данных, выполнила их геологическую интерпретацию, сделала выводы и заключения. Изучила и проанализировала литературные, фондовые и полевые материалы.

Достоверность выполненных работ определяется представительностью фактического материала (более 400 бороздовых и штуфных проб диктионемовых сланцев и вмещающих пород), детальными количественными аналитическими исследованиями с применением современных методов исследования вещества и компьютерных технологий обработки аналитических данных.

Научная новизна. Впервые установлены геолого-генетические особенности формирования и локализации рениевого оруденения в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна (в разрезе пласта и по площади его распространения) в пределах Кайболово-Гостилицкой площади.

Практическая значимость работы. Оценен прогнозный ресурсный потенциал рения в диктионемовых сланцах на изученных площадях Прибалтийского бассейна. На основе результатов оценки прогнозных ресурсов рения (720 т) предполагается наличие новой, крупной нетрадиционной минерально-сырьевой базы рения. На примере Кайболово-Гостилицкой поисковой площади выполнена стоимостная оценка ресурсов рения. Показана высокая потенциальная стоимость извлекаемых промышленных запасов рения (Балахонова, Вялов, Неженский, и др., 2013).

Защищаемые положения

в них рения; 2) наличие в диктионемовых сланцах (их неорганической части) высокотемпературной модификации калиевого полевого шпата - санидина (до 16%), свидетельствующего о присутствии в них вулканогенного материала; 3) наличие в диктионемовых сланцах сульфидов с неравномерным распределением рения в них из-за процессов диагенеза и эпигенеза.

2. Распределение рения в пласте диктионемовых сланцев в пределах Кайболово-Гостилицкой поисковой площади неоднородно и различается между поисковыми скважинами в 4—5 раз. С уменьшением мощности пласта отмечается тенденция увеличения в нем концентрации рения. Однако в целом по территории Прибалтийского бассейна диктионемовых сланцев концентрация рения мало контрастна. В разрезе пласта диктионемовых сланцев концентрация рения возрастает с увеличением содержания органического вещества.

3. Формирование рения в диктионемовых сланцах определяется рядом факторов:

- уникальной палеогеографической обстановкой древнего осадконакопле-ния в раннеордовикское время: существованием полузамкнутого палеобас-сейна и наличием крупной области сноса - пород Балтийского щита, откуда рений мог поступать в осадочный палеобассейн;

- созданием в палеобассейне благоприятных гидрохимических (полузастойных) условий для развития органического мира граптолитов и водЬрос-лей, органическое вещество которых связывало рений из морских вод;

- присутствием в диктионемовых сланцах богатого калием вулканогенного материала.

4. Рениевое оруденение в диктионемовых сланцах - новый перспективный геолого-промышленный тип месторождений, определяющий возможное создание на обширной территории Прибалтийского бассейна крупной нетрадиционной минерально-сырьевой базы рения.

Апробация работы и публикации. Материалы и результаты работы по теме диссертации были представлены на различных конференциях, совещаниях и семинарах: «Редкие металлы: минерально-сырьевая база, освоение, производство, потребление» (М., 2011), VI Всероссийское литологическое совещание: «Концептуальные проблемы литологических исследований в России» (Казань, 2011), 3-я Международная научно-практическая конференция молодых ученных и специалистов памяти А. П. Карпинского» (СПб., 2013), XI Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле» (М., 2013), научный семинар «Новые идеи в нефтегазовой геологии» (М., 2012) и VII Всероссийское литологическое совещание (Новосибирск, 2013). Результаты исследований автора практически реализованы в информационных геологических отчетах за 2012-2013 гг. по объекту «Поисковые работы на рений в диктионемовых сланцах и фосфоритах Прибалтийского бассейна на

Кайболово-Гостилицкой площади с оценкой прогнозных ресурсов рения по категориям Р2—Р)», выполняемому ФГУП «ВСЕГЕИ» (отдел геологии горючих полезных ископаемых) по Государственному контракту с Севзапнедра.

Автором опубликовано 10 статей по теме диссертации, из них половина статей - в журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержит 125 страниц, включая 69 рисунков, 13 таблиц, 3 формулы и список литературы из 91 наименования. Главы раскрывают сформулированные защищаемые положения.

Во введении обоснована актуальность выбранной тематики, поставлены цели и задачи исследований, представлена научная новизна и практическая значимость работы, отражен личный вклад автора.

В первой главе обозначены проблемы минерально-сырьевой базы рения в России.

Во второй главе рассмотрены основные черты геологического строения и условия залегания пласта диктионемовых сланцев Прибалтийского бассейна и состояние изученности их металлоносности.

В третьей главе описана методика проведенных работ и аппаратура аналитических исследований.

В четвертой главе приведена петрографо-минералогическая характеристика диктионемовых сланцев.

В пятой главе рассмотрены особенности распределения рения в диктионемовых сланцах, в разрезе пласта и по площади его распространения.

В шестой главе реконструированы условия накопления рения в диктионемовых сланцах и описаны особенности рениевого оруденения.

В седьмой главе дана оценка прогнозного ресурсного потенциала рения Прибалтийского бассейна на территории Ленинградской области, рассмотрены технологические возможности извлечения рения из диктионемовых сланцев и произведена стоимостная оценка его ресурсов на примере Кайболово-Гостилицкой площади.

Благодарности. Особую благодарность автор выражает своему научному руководителю, зав. отделом геологии горючих полезных ископаемых ВСЕГЕИ, докт. геол.-минер. наук Владимиру Ильичу Вялову - за общее руководство, консультации и помощь при подготовке диссертационной работы.

Автор искренне признателен главному научному сотруднику ВСЕГЕИ, докт. геол.-минер. наук И. А. Неженскому (помощь в стоимостной оценке ресурсов рения), старшему научному сотруднику Г. М. Волковой (консультации при выполнении петрографических исследований), ведущему инженеру Н. В. Мирхалевской (помощь в оформлении материалов диссертации), зав. отделом аспирантуры ВСЕГЕИ, канд. геол.-минер. наук Л. И. Лукьяновой

(за содействие и помощь в период обучения в очной аспирантуре). При выполнении полевых работ, изучении и интерпретации геологических материалов помощь автору оказали сотрудники ВСЕГЕИ и ОАО «Севзапгеологии» В. А. Михайлов, Е. С. Искюль, А. А. Чернышев, Е. П. Шишов, Я. Ю. Фадин, Б. Г. Дверницкий и Е. В. Семёнов. Автор благодарен заведующей ЦЛ «ВСЕГЕИ», канд. хим. наук Г. А. Олейниковой за консультации по методам аналитических исследований, сотрудникам ЮФУ: профессору, докт. геол.-ми-нер. наук М. И. Гамову, доценту, канд. геол.-минер. наук Ю. В. Попову за сотрудничество и помощь в производстве лабораторных исследований, а также докт. геол.-минер. наук Г. А. Беленицкой и профессору СПбГУ, докт. геол.-минер. наук Е. Г. Пановой за полезные советы и конструктивную критику.

Обоснование защищаемых положений

1. Петрографические особенности диктионемовых сланцев являются благоприятными индикаторами рениевого оруденения: 1) наличие в составе диктионемовых сланцев органического вещества (остатков грап-толитов и сине-зеленых водорослей) - основной фактор, определивший накопление в них рения; 2) наличие в диктионемовых сланцах (их неорганической части) высокотемпературной модификации калиевого полевого шпата — санидина (до 16%), свидетельствующего о присутствии в них вулканогенного материала; 3) наличие в диктионемовых сланцах сульфидов с неравномерным распределением рения в них из-за процессов диагенеза и эпигенеза.

В 2009-2010 гг. в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна по штуфным и бороздовым пробам методом масс-спектрометрии в ЦЛ ВСЕГЕИ были впервые установлены промышленные концентрации Яе до 3,6 г/т (Вялов, Миронов, Неженский, 2010; Вялов, Михайлов, Олейникова, 2010). Дальнейшее изучение рения в диктионемовых сланцах проводилось в пределах Кайболово-Гостилицкой поисковой площади.

Концентрации рения в пласте диктионемовых сланцев по бороздовым пробам по поисковым скважинам в пределах указанной площади изменяются от 0,006 до 0,75 г/т, а средневзвешенные содержания рения по скважинам колеблются от 0,06 до 0,27 г/т (табл. 1), при минимально-промышленных концентрациях рения в рудах (как сопутствующего компонента) 0,05 г/т (Государственный баланс..., 2012 г.).

Обоснование и оценка возможного промышленного значения концентраций рения в диктионемовых сланцах основывается:

- на данных из Государственного баланса запасов месторождений полезных ископаемых Российской Федерации, где его минимально-промышленное содержание составляет 0,05 г/т в качестве сопутствующего компонента;

Таблица 1

Средневзвешенные содержания рения по скважинам, г/т

№ п/п Номер СКВ. Яе № п/п Номер СКВ. Яе № п/п Номер СКВ. Яе № п/п Номер СКВ. Яе

1 1 0,07 12 27 0,11 23 49 0,12 34 61 0,24

2 2 0,11 13 28 0,11 24 50 0,16 35 63 0,13

3 3 0,12 14 29 0,08 25 51 0,11 36 65 0,15

4 4 0,08 15 30 0,08 26 52 0,13 37 67 0,11

5 5 0,10 16 35 0,10 27 53 0,12 38 70 0,13

6 11 0,09 17 38 0,12 28 54 0,12 39 72 0,08

7 12 0,09 18 44 0,09 29 56 0,20 40 77 0,11

8 13 0,06 19 45 0,08 30 57 0,27 41 80 0,11

9 21 0,18 20 46 0,10 31 58 0,25 42 ГС-02 0,17

10 25 0,14 21 47 0,14 32 59 0,22 43 ГС-03 0,09

11 26 0,20 22 48 0,13 33 60 0,20 Среднее 0,14

- на сравнении с кларковыми содержаниями рения в земной коре - 0,7 мг/т.

Содержание рения в диктионемовых сланцах превышает минимально-промышленное до 5 раз, кларковое в земной коре - до 340 раз, в среднем по скважинам - в 200 раз.

Диктионемовые сланцы состоят из минеральной части - 85-90% и на 10-15% из органического вещества (ОВ) граптолитов и низших водорослей.

Основная масса сложена коллоальгинитом сине-зеленых водорослей (от светло-желтого до буроватого цвета) в дисперсной смеси с глинистым веществом сланцев (каолинит, иллит, серицит, мусковит и биотит и др.) (рис. 1). Органическое вещество также представлено остатками граптолитов (зоохитинитом) в виде вытянутых обрывков скелета (тек), от темно-бурого до черного цвета (рис. 2). Чаще встречаются остатки тек очень мелких размеров (от 0,01 до 0,06 мм), реже крупных - до 1 мм, в основном приурочены к алевритистым прослоям. Теки граптолитов зачастую плавно окаймляют алевритовые гнезда, сложенные кварцем с гидрослюдисто-слюдистым веществом (рис. 2). Иногда встречаются обрывки псевдовитринита - овальные тела от темно-желтого до бурого цвета (рис. 2).

Минеральная часть сланца представлена кварцем (иногда до 60%), разной степенью окатанности зерен, калиевыми полевыми шпатами (КПШ) (санидин, редко - микроклин) и редкими включениями кислых плагиоклазов, хлорита,

Рис. 1. Коллоальгинит с глинистым веществом. Ув.х50

Рис. 2. Теки граптолитов огибают алевритовые гнезда. Псевдовитринит. Ув.х200

Рис. 1-2. Строение и состав диктионемовых сланцев (средняя часть разреза пласта). Фото шлифа под микроскопом. Николи II

ш .

Рис. 3. Алевритистая часть сланца. Кварц и ПШ. Николи ||

Рис. 4. Пирит. Отраженный свет.

Рис. 3-4. Строение и состав диктионемовых сланцев (нижняя часть разреза пласта). Фото шлифа под микроскопом. Ув.х200

глауконита, апатита и опала, а также карбонатными и фосфатными конкрециями. Из акцессорных минералов встречаются циркон, сфен, эпидот, рутил, монацит. В нижней части разреза пласта сланцев происходит постепенное уменьшение содержания ОВ с увеличением роли песчано-алевритовых пород (рис. 3) и в нижней половине пачки они преобладают над сланцами. Рудная минерализация представлена преимущественно рассеянной вкрапленностью и микропрожилками разнозернистых скоплений сульфидов железа и (реже) цинка (рис. 4).

Рис. 5. Кварц, кальцит (серое) и ОВ Рис. 6. Характерные кристаллы КПШ.

(черное).

Рис. 5-6. Диктионемовые сланцы под электронным микроскопом.

Под световым и электронным микроскопом установлены основные поро-I дообразующие минералы - кварц, иллит, кальцит (рис. 5), в некоторых частях разреза - гипс. Достаточно широко развиты КПШ (рис. 6), в т. ч. санидин.

При помощи количественного рентгенофазового анализа (рис. 7) по трем пробам диктионемовых сланцев в них определено: кварца - 60-73 ± 0-5%, КПШ (санидина) - 8-16 ± 0-3%, мусковита - 2-8 ± 1-3%, хлорита -2^1 ± 0-2%, пирита - 3-8 ± 0-3%, марказита - 3 ± 0-2%, пиролюзита ~ 1 %, геденбергита - 5 ± 2% и селена ~ 1-4 ± 3%. При удалении ОВ в неорганическом остатке сланцев появляется элементарная сера (5 ± 2%), а также рен-] тгеноаморфная фаза =1%.

Наличие санидина в диктионемовых сланцах также подтверждают результаты инфракрасной спектрометрии.

Еще в 1987 г. А. Р. Лоог, В. X. Петерселль сделали исключительно важный 1 вывод: в составе граптолитовых аргиллитов и алевролитов (диктионемовых I сланцев) существенное значение имеет богатый калием вулканогенный материал. Я. Э. Юдович и М. П. Кетрис также отмечали, что «...диктионемовый аргиллит по своей природе является измененным пепловым туфом кислого состава» (Юдович, Кетрис, 1998). Наличие высокотемпературной его модификации (санидина) и неокатанная форма минеральных зерен КПШ (рис. 6) подтверждают это заключение.

I, имп/с

Рис. 7. Дифрактограмма пробы 63-2(0 = 3.21, 3.93, 3.77, 2.99 А - санидин).

Органическое вещество диктионемовых сланцев в изученных образцах (20 шт.) составляет в среднем 7,1%, серы - 2,7%.

По мнению Г. А. Олейниковой, Е. Г. Пановой и др. (2012), «...породы черносланцевых формаций в целом обогащены рением за счет первичного седиментогенного накопления этого элемента в палеобассейнах. В дальнейшем при наложении более поздних процессов на горизонты черносланцевых пород возможно перераспределение и вторичная концентрация рения. При этом хорошо известен факт, что в черносланцевых породах рений обычно не образует собственных минеральных фаз, а находится в рассеянном состоянии в коллоидно-сорбированной форме...» (Патент РФ № 2455237).

Важной особенностью распределения рения в диктионемовых сланцах является его связь с ОВ (коэффициент корреляции с Сорг = 0,6, при п = 20 г = 0,37; Титкова, 2002).

Значительна положительная корреляционная связь рения с окислами А1, К. Видимо, она обусловлена сорбцией рения на глинах (чем больше глинистой составляющей, тем выше концентрация металлов). Отрицательна корреляционная связь с БЮ2 - из-за увеличения доли кварца, который не способствует концентрации рения (сорбция уменьшается).

Рений в диктионемовых сланцах может быть связан и с сульфидной минерализацией, поскольку содержание пирита и марказита достигает 6-11 %.

В целях прямого определения рения (и сопутствующих ему металлов) в сульфидах выполнен микроанализ методом масс-спектрометрии с лазерной абляцией по образцам, взятым из сульфидного прослоя в диктионемовых сланцах (рис. 8, А-Б).

эем НУ: 20 00 М УЧО: 15.10 ЭЕМ МАв 21 х Оег ВЙЕ ОаЩтМу) 02/04/10 Вогйипоу

РеНогтапсе т пзпозрасе В

Электронное изображение 1

А. Сульфиды в диктионемовых сланцах (с гнездом галенита вверху).

Б. Зерна кварца, сцементированные сульфидами (пирит - спектр 1; галенит -спектр 2, фаза 1; халькопирит - спектр 3).

Электронное изображение 1

-авао : Г.- • ■ ' ^ .

V %

' • .у . '«У Ж* ... ■ - ■ .

Электронное изображение 1

Г. Пирит (спектр I), зерно монацита

В. Пирит (спектры 1, 2).Черное-кремнезем. Мелкие белые зерна - мине- (спектр 2). ралы урана.

Рис. 8 (А-Г). Сульфиды в диктионемовых сланцах. Снимки под сканирующим электронным микроскопом.

Результаты анализа (по пробе сульфидов, семь точек зондирования): Яе 0,4— 2,3 г/т (0,12), сопутствующих ему металлов ~Ъх\ 13,7-96 (94,1), ва 1,15-2,63 (1,46), йе 0,43-1,16 (0,74), Ав 477-662 (42,6), Мо 8,35-96,8 (17,4), БЬ 16,3-33,2 (10,7), \У 0,19-1,77 (21,8), Аи от н.о. до 0,38 (0,019), РЬ 134-444 (5970), ТЪ 9,52-79,4 (3,99), и 76-1090 (19,3) г/т (в скобках - содержание элемента в рядовой пробе, представляющей собой смесь сульфидов и кварца). Однако при дальнейшем изучении других проб сульфидов (еще трех образцов), показанных на рис. 8 В-Г, Ие в них оказалось всего 0,022 г/т, а сопутствующих ему металлов (г/т): Си - 39,7, Ъъ - 62,9, ва - 0,35, ве - 2,0, Аб - 4123,3, Мо - 134,4, Ае-0,95, БЬ - 20,5, XV - 0,1, Аи - 0,041, РЬ - 241,3, ТЪ-4,6, Ц-941,1, Р1; - 0,012, а сумма РЗЭ+У - 39,9. Следовательно, рений и ряд ценных элементов могли локализоваться и в сульфидах (по данным микроанализа), образуя высокие концентрации, но, вероятно, из-за проявления процессов диагенеза и эпигенеза, распределение И.е в них, а также и, ТЬ, Си, Аб крайне неравномерно.

Для изучения особенностей поведения рения в целях его возможного извлечения произведено экстрагирование диктионемовых сланцев различными растворителями (табл. 2), а также выделение гуминовых кислот (в среднем 15 вес. %) и др.

Таблица 2

Содержание рения во фракциях диктионемовых сланцев после обработки растворителями

Номер пробы Характер пробы Не, г/т

В-1 Гуминовые кислоты 0,77

В-2 Остаток после обработки НМ03 н. о.

В-3 Остаток после обработки перекисью водорода 0,08

В-4 Остаток после экстракции бензолом 1,57

В-5 Остаток после удаления гуминовых веществ 0,17

В-6 Водорастворимые карбоновые кислоты, в т. ч. фульвокислоты (собраны на активированном угле) 0,05

Нижний предел обнаружения 0,001

Концентрация рения в гуминовых кислотах составила 0,77 г/т при содержании в рядовой пробе 1,74 г/т. В гуминовые кислоты перешло 7% рения, что объясняется их сорбционными, ионообменными и биологически активными свойствами.

|44*гФЛО{

Дятлицы

'Стар.Медуши

Лашковиць

Бегуницы

Клопт >1 пр. 7, .

1Пкала мощности

ге'

■ I I I

Изолинии мощностей диктионемовых сланцев

Условные обозначении

Границы Кайболово-Гостилицкой поисковой площади Ордовикский глинт Граница распространения сланцев

о Скважины и их номера, пробуренные в 2012-2013 гг.

0 Скважины и их номера, запланированные на 2014 г.

7|° Скважины, не вскрывшие дикшоиемовые сланцы, их номера

1 Профили буровых работ, их номера с номерами скважин

Масштаб 1 : 200 000

Рис. 9. Карта мощностей пласта диктионемовых сланцев Кайболово-Гостилицкой площади.

Условные обозначения

[Сгш-г |

"771

■ 1

/ О

0-Р

Площадь распространения пласта диктионемовых сланцев

Выходы пакерортского горизонта Нижний - средний отделы кембрия Котур площади работ

Скважины, пробуренные в 2012 - 2013 г., их номера, прямые значения рения в мг/т, мощность (м) и в знаменателе - глубина залегания

Скважины, пробуренные ранее, прогнозные содержания рения через уран в мг/т.

Скважины, не вскрывшие диктионемовые сланцы, их номера.

Скважины, планируемые к бурению в 2014 г. и их номера Изолинии содержаний рения (мг/т)

Граница новейших блоков с различной активностью и направленностыо движений

Современные блокоформирующие разломы с вертикальной составляющей движений по ним

Участки активного динамического проявления современных вертикальных движений земной коры но зонам разломов

Локальные новейшие поднятия Онежско-Рижская региональная зона разломов

Неотектоническис линейные зоны повышенной проницаемости пород

Граница распространения сланцев

Элементы новейшего структурного плана территории, потенциально проницаемые для газовых эманации

Масштаб 1 : 200 ООО

Рис. 10. Карта рениеносности пласта диктионемовых сланцев Кайболово-Гостилицкой площади.

2. Распределение рения в пласте диктионемовых сланцев в пределах Кайболово-Гостилицкой поисковой площади неоднородно и различается между поисковыми скважинами в 4-5 раз. С уменьшением мощности пласта отмечается тенденция увеличения в нем концентрации рения. Однако в целом по территории Прибалтийского бассейна диктионемовых сланцев концентрация рения мало контрастна. В разрезе пласта диктионемовых сланцев концентрация рения возрастает с увеличением содержания органического вещества.

I Рений имеет отрицательную корреляционную связь с мощностью пласта диктионемовых сланцев =-0,48 (п = 41, г = 0,26; Титкова, 2002). С уменьшением мощности пласта (рис. 9) с северо-запада на юго-восток содержание рения несколько увеличивается (рис. 10). В пределах Кайболово-Гостилицкой площади средние концентрации рения в пласте диктионемовых сланцев по скважинам изменяются от 0,06 до 0,27 г/т.

Однако по площади распространения диктионемовых сланцев Прибалтийского бассейна, вплоть до Эстонии-Швеции на западе, малоконтрастно (для характеризуемой части России - Кайболово-Гостилицкой площади -среднее 0,14 г/т, среднее по проанализированным нами пробам диктионемовых сланцев Эстонии и Швеции — 0,15 и 0,09 г/т соответственно) (Вялов, Ларичев, Балахонова, 2013).

Концентрации рения понижаются в нижней части пласта диктионемовых сланцев (рис. 11). Подобная картина наблюдается почти по всем опробованным (37) скважинам на Кайболово-Гостилицкой площади (900 км2). Поскольку особенностью распределения рения является его связь с ОВ (коэффициент корреляции Яе с Сорг = 0,6 (при п = 20, г = 0,37; Титкова, 2002), это связано с тем, что нижняя часть пласта обеднена ОВ (рис. 12).

Следует отметить, что прямая зависимость концентраций рения от количества ОВ также отмечается в горючих сланцах Узбекистана с содержанием органики до 30% и рения 10-20 г/т (Баситова, Засорина, Азизкулова, 1972; .Пузановский, Артемова и др., 1999).

Рис. 11. Распределение Яе по разрезу пласта диктионемовых сланцев.

Скважина 12

0,05 0.1 0,15

Содержание!*.?, г/т

С'кважнна 2

0,05 0.1 0,15 0,2 0.25

Содержав и е!*е. г/т

Распределение Re по разрезу

О 0,1 0,2

0,3

габО

Ю61

* 62 63

Содержание Re, г/т

Распределение Сорт по разрезу

О 5 10 15

59 |бО

I X

>■61

Содержание Сорг, г/т

Рис. 12. Сравнение распределения Re и Сор| по разрезу пласта диктионемовых

сланцев (скв. 48).

В подстилающих оболовых и перекрывающих глауконитовых песчаниках рений почти не встречается, видимо, по причине практического отсутствия в них органического вещества.

3. Формирование рения в диктионемовых сланцах определяется рядом факторов:

- уникальной палеогеографической обстановкой древнего осадкона-копления в раннеордовикское время - существованием полузамкнутого палеобассейна и наличием крупной области сноса - пород Балтийского щита, откуда рений мог поступать в осадочный палеобассейн;

- созданием в палеобассейне благоприятных гидрохимических (полузастойных) условий для развития органического мира граптолитов и водорослей, органическое вещество которых связывало рений из морских вод;

- присутствием в диктионемовых сланцах богатого калием вулканогенного материала.

Условия образования рениевого оруденения в диктионемовых сланцах по рассчитанным автором значениям рекомендованных геохимических индикаторов (Панова, Ахмедов, 2011) и другим литературным данным, реконструированы следующим образом.

В раннем палеозое в связи с влиянием каледонского подвижного пояса на прилежащие части Восточно-Европейской платформы (ВЕП), началось погружение ее северо-западной части, включая и склоны Балтийского щита (Геологическая карта РФ, 2012). В самом начале ордовика, море трансгрессировало с юго-запада, охватив значительную часть северо-запада ВЕП, и здесь образовался эпиконтинентальный заливо-проливообразный бассейн. В этом бассейне сначала накапливались песчаные осадки с фосфатными створками беззамковых брахиопод Obolus, а в завершающей его стадии - диктионемо-вые илы (Бауков, Котлуков, 1973). Диктионемовые осадки накапливались

в прибрежно-морских обстановках мелководного шельфа в условиях нормальной солености.

Содержание больших масс питательных элементов в зоне фотосинтеза благоприятствовало развитию биологической продуктивности моря (обилие планктона, в частности граптолитов) (Бауков, Котлуков, 1973).

На первом этапе происходило накопление металлов планктоном в процессе их жизнедеятельности, т. к. живые организмы обладают специфической способностью концентрировать в своем теле вешества, присутствующие в растворах (Ежова, 2009; Лисицын, 1978). Отмершие организмы захоро-нялись в донном осадке, где из-за наличия и разложения органического вещества образовалась восстановительная среда (Бауков, Котлуков, 1973). Восстановительная сероводородная обстановка, существовавшая в иловых водах палеобассейна, была благоприятна для аккумуляции из придонных вод ванадия, молибдена, урана, кобальта и некоторых тяжелых металлов, включая рений, вплоть до концентраций, представляющих промышленный интерес (Бойцев, 1989; Литогеодинамика и минерагения..., 1998). Концентрирование рения и других металлов ОВ граптолитов и сине-зеленых водорослей происходило и в процессе диагенетического преобразования морских осадков. ОВ послужило консервантом целого ряда элементов в течение длительного времени (Вялов, Ларичев, Балахонова, 2013).

Для подобных Прибалтийскому РОБ, в формировании рудной минерализации особенно важная роль отводится деятельности и наличию низших организмов (Chen, Covener, 1982). Они усваивали некоторые элементы для образования ткани своих телец, а при их отмирании и разложении возникали аминокислоты и порфирины, которые могли связывать тяжелые металлы в виде органо-минеральных комплексов и металлопорфириновых соединений (Литогеодинамика и минерагения..., 1998). Большое разнообразие содержащихся в диктионемовых сланцах металлов скорее всего обусловлено их концентрацией и осаждением из одного источника - морской воды (что хорошо известно для урана (Альтгаузен, 1992; Неручев, 1982).

По поводу поступления рения и других металлов в палеобассейн существует несколько точек зрения.

1. Кристаллические породы южного склона Балтийского щита представлены метаморфическими породами, в основном амфиболитовой и амфибол-эпи-дотовой фаций, а также комплексом анортозитов — гранитов рапакиви, реже основными породами (Геологическая карта РФ, 2000; Коровкин, Турылева, Руденко и др., 2003). Широко распространены гранитогнейсы и гнейсогра-ниты, лейкограниты, мигматиты, амфиболиты и секущие их маломощные жилы пегматитов, а также трахириолиты, трахибазальты и т. д. (Геология и полезные ископаемые..., 2006; Стратиграфия СССР..., 1989). Областью размыва являлись породы южного склона Балтийского щита, преимущественно

кислые гранит-гранодиоритового состава. Кларковое содержание рения в гра-нитоидах - 6,7 мг/т (Виноградов, 1962). В пределах Балтийского щита также имеется большое количество месторождений редких, благородных, цветных металлов. Таким образом, учитывая значительные объемы эродированных пород области сноса и наличие месторождений, они являлись поставщиком многих металлов, в том числе, возможно, и рения.

2. Известно, что в настоящее время активный выброс рения происходит на вулкане Кудрявый о. Итуруп (Кремнецкий, Лунева, Куликова, 2011). Физические свойства рения свидетельствуют о том, что для его появления в земной коре необходима колоссальная энергия — проявления вулканической деятельности. По А. P. Jloory, В. X. Петерселлю (1987), в составе диктионемо-вых аргиллитов и алевролитов существенное значение имеет богатый калием вулканогенный материал. По Я. Э. Юдовичу и М. П. Кетрис (1998), диктио-немовый аргиллит по своей природе является измененным пепловым туфом кислого состава. В состав диктионемовых сланцев входит высокотемпературный калиевый полевой шпат (до 16%) - санидин (образуется при температуре выше 525 °С), который свойствен вулканическим породам (Геологический словарь, 2012). Наличие санидина и плохая окатанность минеральных зерен КПШ (рис. 6) свидетельствуют в пользу поступления рения в осадочный па-леобассейн с пепловым материалом.

3. Кроме того, нельзя полностью исключить поступление рудных концентраций металлов с глубин, по разрывным нарушениям региональной Балтийско-Мезенской зоны, ограничивающей Балтийский щит и Русскую плиту (Халдна, Ильмоя, Иоханнес и др., 1986). Так, в Южно-Китайском РОБ, аналогичном Прибалтийскому по геодинамическому типу (также - бассейн пассивной окраины континента), имеются крупные региональные разломы фундамента (Chen, Covener, 1989). Эти тектонические зоны рассматриваются как рудоподводящие каналы, по которым металлсодержащие растворы из глубоких горизонтов коры поступали в виде подводных эксгаляций в придонные воды бассейна седиментации (Литогеодинамика и минерагения.., 1998). По А. Р. Лоогу, В. X. Петерселлю (1987), образование локальных аномалий рения и других малых элементов в граптолитовых аргиллитах и алевролитах (диктионемовых сланцах) трудно объяснить только процессами денудации Балтийского щита. Основными источниками, по мнению этих авторов, являлись подводные гидротермы (там же).

Автор придерживается точки зрения о поступлении рения в осадочный палеобассейн с пепловым материалом, хотя не исключает и возможности образования рениевого оруденения диктионемовых сланцев и из других источников (описанных выше).

Закономерности, особенности и признаки рениевого оруденения в диктионемовых сланцах Кайболово-Гостилицкой площади

1. Прибалтийский РОБ принадлежит к группе бассейнов пассивных окраин континентов. По преобладающему литологическому типу литогенеза он отнесен к кремнисто-терригенно-карбонатным бассейнам. По видам полезных ископаемых он принадлежит к типу фосфоритоносных, горючесланцевых, уран-молибден-ванадиевых, золото-платиноидно-молибден-никеленосных бассейнов (Литогеодинамика и минерагения..., 1998).

2. Уникальные палеогеографические условия осадконакопления — наличие и состав пород огромной области сноса (пород южного склона Балтийского щита), существование в пакерортское время мелководного заливо-проливо-образного полузамкнутого морского бассейна лагунного типа — объясняют основные причины формирования металлоносных диктионемовых сланцев. В краевых частях бассейна и в наиболее глубоких его зонах (Опорные скважины СССР, 1961) существовали полузастойные гидрохимические условия (зоны с менее активным гидродинамическим режимом), благоприятные для развития граптолитовой фауны и водорослей — основного материала для образования керогенистых аргиллитов (диктионемовых сланцев) в приглинтовой зоне и глубинных частях бассейна (Геологическая карта РФ, 2012).

3. Наличие промышленных концентраций рения в диктионемовых сланцах российской части Прибалтийского бассейна, в Эстонии и Швеции.

4. Особенности литологического и вещественного, минералого-петрогра-фического состава диктионемовых сланцев. Пласт диктионемовых сланцев состоит в основном из аргиллитов в верхней части и аргиллитов с тонкими прослоями (1—5 см) алевролитов в нижней части. В составе аргиллитов участвуют гидрослюды, слюды, кварц, полевые шпаты (преимущественно высокотемпературный КПШ - санидин), хлорит, широко развиты конкреционные образования пирита, антраконита, оолиты и чешуйчатые выделения фосфата кальция. Минералогическим признаком рениеносности диктионемовых сланцев следует считать наличие в них большого (16%) количества санидина. Он свидетельствует, наряду с плохой степенью окатанности минеральных зерен, что источником поступающего обломочного материала для образования сланцев и рения был пепловый материал.

Содержание органического вещества в диктионемовых сланцах колеблется от 4 до 15%. Поскольку концентрации рения в подстилающих оболовых и перекрывающих глауконитовых песках и песчаниках ниже в семь раз и более (по сравнению с диктионемовыми сланцами), из-за практического отсутствия в них ОВ, наличие органического вещества сыграло важную роль в накоплении рения в диктионемовых сланцах.

5. Мощность пласта: с уменьшением мощности пласта диктионемовых сланцев концентрация рения в нем увеличивается.

Прогнозные ресурсы рения в диктионемовых сланцах Кайболово-Гости-лицкой площади рассчитаны по категории Р3 в целом для всей изучаемой площади, а для двух выделенных внутри этой площади перспективных участков - по категории Р2 (табл. 3 и рис. 13).

Таблица 3

Расчет прогнозных ресурсов рения в диктионемовых сланцах Кайболово-Гостилицкой площади

Показатели продуктивного пласта диктионемовых сланцев Ед. изм. Значения показателей

Уч. 1 (категория Р2) Уч. 2 (категория Р2) Вся площадь (категория Р3)

Площадь км2 200 320 900

Мощность пласта м 4,8 3,6 2

Средние содержания рения г/т 0,15 0,12 0,14

Прогнозные ресурсы рения т 144 138 630

Таким образом, новая нетрадиционная МСБ рения в диктионемовых сланцах может быть весьма значительной. Учитывая данные табл. 3, а также ресурсы рения на других изученных (опоискованных или разведанных на уран) в разные годы участках, приведенные в работе (Вялов, Миронов, Неженский, 2010) в количестве 134,7 т, оцененный ресурсный потенциал рения составит более 750 т (Вялов, Балахонова, Неженский, 2013).

Извлечение рения возможно путем применения существующих методов кислотного выщелачивания и последующего извлечения из растворов, в том числе экологически безопасных. Известно, что одним из перспективных процессов переработки горючих сланцев является бертинирование, проводимое при относительно низких температурах (до 400°С), вследствие чего образуются термически устойчивые трудно разлагаемые комплексы рения. При плазмохимическом методе (Трошкина, Шиляев, Абдрахманов и др., 2011) основное количество рения переходит в газовую фазу и улавливается насадкой адсорбера (94,2%). Комплексная схема Института химии и Института термофизики и электрофизики АН ЭССР ориентирована на полную утилизацию

С2

Контур площади работ

Ордовикский глшп

Гранина распространения сланцев

II ЮЛИНИИ КОЛНЧСС1В рсННЯ В ILI.1C 1С ДС

Условные оГммиачснкя

Ц» <*■'' (киажины. преклренные «20121. их номера, прогнозные здаченна количеств рения

■ 48 но прямым данным, мощности (и) и в шамеиатслс - глубина залегания.

2.8 Скважины, пробуренные ранее, их номера, пропитые значения количеств рения

27 ™ К2 через уран, мощность (м) И в знаменателе - гл>^И1И залегания

71 О

• jj Скважины. пробуренные ранее, их номера, прмиотыс значения количеств рения " ® «) через мощиоеть. мощность (м| и в знаменателе - птубйнл шлегашя

Скважины, не вскрывшие диктионемоиые сланцы. их номера Скважины и их номера, планируемые к бурению в 2014г. Аномальные »качения рения Шкала условного кашчесгва рения

Учаегкн ал* оиенкн пропюшш ресурсов

Масштаб 1 : 200 ООО

Рис. 13. Карта прогнозных количеств рения в диктионемовых сланцах Кайболово-Гостилицкой площади.

сланцев: органического вещества, серы, редких и рассеянных элементов, алюминия, железа и др. Патент СССР № 65527 от 18.09.1972 г. с приоритетом от 3.12.1970 г. «Способ комплексной переработки диктионемовых сланцев» (авторы Киррит, Кох, Маремяэ и др.). Для диктионемовых сланцев применимы и известные методы выщелачивания, при котором извлечение редких металлов в раствор происходит параллельно с ураном (Schnell, 2009). Извлечение рения (до 25% и более от общего количества его в диктионемовых сланцах) можно эффективно производить с выделением металла и сопутствующих ему ценных компонентов в нанофракцию. Патент РФ № 2010149470 от 11.01.2012 г. с приоритетом 6.12.2010 г. на «Нанотехнологический способ извлечения рения из пород и руд черносланцевых формаций и продуктов их переработки» (авторы Олейникова, Панова и др., 2012).

Общая потенциальная стоимость ожидаемых извлекаемых запасов рения в диктионемовых сланцах Кайболово-Гостилицкой площади в целом равна 3 млрд руб., для участков 1 и 2 - около 2 млрд руб. (табл. 4).

Таблица 4

Геолого-экономическая стоимостная оценка промышленного оруденения диктионемовых сланцев на рений Кайболово-Гостилицкой площади

Показатели продуктивного пласта диктионемовых сланцев Ед. изм. Значения показателей

Уч. 1 (категория Р2) Уч. 2 (категория Р2) Вся площадь (категория Р3)

Средние содержания рения г/т 0,15 0,12 0,14

Прогнозные ресурсы рения т 144 138 630

Принимаемый коэффициент перевода прогнозных ресурсов рения в промышленные запасы* доли ед. 0,3 0,3 0,2

Ки рения доли ед. 0,25 0,25 0,25

Извлекаемые промышленные запасы рения т 10,8 10,4 31,5

Цена рения руб./г 96 96 96

Потенциальная стоимость извлекаемых промышленных запасов рения млн руб. 1036,8 993,6 3024

Примерная доля промышленных запасов рассмотренных ПИ в стоимости первого товарного продукта доли ед. 0,4 0,4 0,4

Товарная (продажная) стоимость прогнозных ресурсов рассмотренных ПИ млн руб. 592 639 1728

* Неженский, 2012.

Из табл. 4 видно, что средние содержания рения отвечают уровню богатых руд (Неженский, 2012), а рассчитанное количество прогнозных ресурсов и ожидаемых извлекаемых промышленных запасов позволяют ожидать открытия крупных месторождений, поскольку месторождения редких металлов обычно относятся к «рядам быстрого насыщения» (Неженский, Балахонова, 2011), т.е. характеризуются концентрацией запасов в единичных крупных месторождениях, а не распыляются по многочисленным мелким.

Следует отметить, что помимо рения в диктионемовых сланцах известны промышленные концентрации еще целого ряда металлов преимущественно бедных руд, но с ожидаемыми запасами на уровне уникальных (уран), крупных (ванадий и др.), средних (молибден, рубидий, скандий, титан) и мелких (цезий, никель, медь) месторождений (Вялов, Миронов, Неженский, 2010). Поэтому диктионемовые сланцы являются ценнейшим комплексным сырьем на спектр разнообразных дефицитных металлов, и потенциальная стоимость комплексных руд резко возрастает (Балахонова, Вялов, Неженский и др., 2013). Важно отметить, что Прибалтийский РОБ располагается в благоприятных инфраструктурных условиях в Ленинградской области.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы над диссертацией был изучен и проанализирован большой фактический материал, в основном полученный в процессе специализированных поисковых работ (2012-2013 гг.) на рений в пределах Кайболово-Гостилицкой площади на территории Ленинградской области.

Выполненный комплекс геологических, минералогических, физико-химических и других методов исследования диктионемовых сланцев позволил получить результаты и сделать следующие основные выводы:

На формирование рениевого оруденения в диктионемовых сланцах повлиял ряд благоприятных факторов:

- уникальная палеогеографическая обстановка древнего осадконакопления с наличием обширной области сноса — пород южного склона Балтийского щита;

- наличие органического вещества граптолитов и сине-зеленых водорослей диктионемовых сланцев, которое сыграло определяющую роль в связывании рения из морских вод и образования высокого уровня его концентраций;

- поступление пеплового материала в осадочный палеобассейн, возможно, с рением, хотя не исключаются и другие его источники (из области сноса и глубинные гидротермы).

Максимумы концентраций рения приурочены к маломощным пластам дик-тионемовых сланцев (на изученной поисковой площади). Верхняя и средняя части пласта диктионемовых сланцев почти всегда обогащены рением, причем всегда параллельно увеличению органического вещества.

Рений в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна представляет собой новый перспективный геолого-промышленный тип оруденения.

Оцененный ресурсный потенциал рения в диктионемовых сланцах составляет более 750 т, и в стоимостном выражении имеет значительную ценность. Это обусловливает возможность наличия крупной нетрадиционной минерально-сырьевой базы рения в Российской Федерации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Неженский И. А., Балахопова А. С. Распределение месторождений полезных ископаемых России по запасам и добыче // Региональная геология и металлогения, 2011, № 45. С. 85-89.

2. Вялое В. И., Балахонова А. С., Ларичев А. И., Богомолов А. X. Рений в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология, 2013, № 2. С. 63-68.

3. Вялое В. И., Ларичев А. И., Балахонова А. С. Рудогенез диктионемовых сланцев и оболовых песчаников Прибалтийского бассейна // Региональная геология и металлогения, 2013, № 55. С. 87-98.

4. Балахонова А. С, Вялое В. И., Неженский И. А., Семенов Е. В. Геолого-экономическая оценка металлоносности диктионемовых сланцев и оболовых песчаников Прибалтийского бассейна // Региональная геология и металлогения, 2013, № 56. С. 88-93.

5. Вялое В. И., Балахонова А. С. (ФГУП «ВСЕГЕИ»), Галюв М. И., Попов Ю. А., Наставши А. В. (ЮФУ). Минералого-геохимические особенности черных сланцев Прибалтики в связи с их комплексной метал-лоносностью // Руды и металлы, 2013, № 6. С. 14-18.

В прочих изданиях:

6. Вялое В. И., Неженский И. А, Балахонова А. С. Рудные месторождения Прибалтийского бассейна диктионемовых сланцев и фосфоритов // Концептуальные проблемы литологических исследований в России. Мат-лы VI Всероссийского литологического совещания. - Казань: Казан, ун-т, 2011. Том I. С. 192-195.

1. Вялое В. И., Олейникова Г. А., Панова Е. Г., Балахонова А. С. Минералого-геохимические особенности рениевого оруденения в дикти-онемовых сланцах Прибалтийского бассейна // Мат-лы Всероссийского литологического совещания, посвященного 100-летию со дня рождения Л. Б. Рухина. Т. II. - СПб., 2012. С. 8-9.

8. Балахонова А. С. Особенности распределения и генезис рения в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна // Мат-лы 3-й международной научно-практической конференции молодых ученных и специалистов памяти А. П. Карпинского. - СПб., 2013. С. 675-679.

9. Вялое В. И., Балахонова А. С. Диктионемовые сланцы Прибалтийского бассейна как возможный новый геолого-промышленный тип месторождений рения // Мат-лы XI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». - М„ 2013. С. 300-302.

10. Вялое В. И., Балахонова А. С., Неженский И. А., Семенов Е. В. Промышленная металлоносность диктионемовых сланцев и оболовых песчаников Прибалтийского бассейна (Ленинградская область) // Мат-лы VII Всероссийского литологического совещания. - Новосибирск, 2012.

С. 183-186.

Подписано в печать 21.02.2014. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Печ. л. 1,5 + 2 вкл. Тираж 120 экз.

Заказ № 80000411.

Отпечатано на Картографической фабрике ВСЕГЕИ 199178, Санкт-Петербург, Средний пр., 72 Тел. 321-8121, факс 321-8153

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Балахонова, Алина Сергеевна, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ ИМ. А.П. КАРПИНСКОГО»

04201456716

На правах рукописи

Балахонова Алина Сергеевна

РЕНИЕВОЕ О РУДЕ НЕ НИ К В ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦАХ ПРИБАЛТИЙСКОГО БАССЕЙНА (ЛЕНИНГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Специальность 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук Вялов Владимир Ильич

Санкт-Петербург, 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение..........................................................................................................................................................................................................4

1. МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВАЯ БАЗА РЕНИЯ В РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ......................................................................................................................................................................................................12

2. КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БАССЕЙНА

ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦЕВ....................................................................................................................................17

2.1. Стратиграфия......................................................................................................................................................................17

2.2.Морфология и литология пласта диктионемовых сланцев......................31

2.3. Тектоника и геоморфология........................................................................................................................41

2.4. Гидрогеология и экология........................................................................................................................................47

2.5. Полезные ископаемые....................................................................................................................................................50

3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................................................................................................................56

3.1. Фактический материал и методика опробования............................................................56

3.2. Методика аналитических исследований..........................................................................................58

3.3. Обработка результатов..................................................................................................................................................64

4. ПЕТРОГРАФО- МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦЕВ..............................................................65

4.1. Результаты исследований в проходящем свете................................................................65

4.2. Результаты электронно-микроскопических исследований....................70

4.3. Характеристика вещественного состава диктионемовых сланцев

другими методами............................................................................................................................................................................................74

5. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕНИЯ В ДИКТИОНЕМОВЫХ СЛАНЦАХ ... 78

5.1. Распределение рения в веществе диктионемовых сланцев и

формы его нахождения............................................................................................................................................................................78

5.2. Распределение рения по площади (на примере Кайболово-Гостилицкой площади)............................................................................................................................................................................92

5.3. Распределение рения в разрезе пласта диктионемовых сланцев.. 94 6. УСЛОВИЯ НАКОПЛЕНИЯ РЕНИЯ В ДИКТИОНЕМОВЫХ

СЛАНЦАХ........................................................................................................................................................................................................96

6.1. Реконструкция условий осадочного рудогенеза диктионемовых сланцев Прибалтийского бассейна.................................................................. 96

6.2. Геологические особенности рениевого оруденения.......................... 103

7. НЕТРАДИЦИОННАЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВАЯ БАЗА РЕНИЯ И

ЕЕ ОЦЕНКА....................................................................................................... 105

7.1. Оценка прогнозных ресурсов рения в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна - рудного района (на примере Кайболово-Гостилицкой площади)...................................................................................... 105

7.2. Технологические возможности извлечения рения из диктионемовых сланцев.................................................................................... 108

7.3. Геолого-экономическая и стоимостная оценка рения в диктионемовых сланцах.................................................................................... 112

Заключение................................................................................................... 115

Список литературы...................................................................................... 117

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Рений (Яе) является металлом стратегического значения, он используется в авиационной, космической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Поэтому вызывает большой промышленный и экономический интерес, и, соответственно, повышенное «геологическое» и научное внимание. Ле - редкий и рассеянный металл, его содержание в земной коре составляет всего 0,0007 г/т (Виноградов, 1962), т. е. в шесть раз меньше содержания золота. Преимущественно рассеянное состояние рения в горных породах и в рудах других металлов (в качестве попутного компонента) определяет большую трудность производства геологических изысканий и научных исследований, изучение условий образования и локализации рения. В этой связи, отечественная минерально-сырьевая база (МСБ) рения в России крайне слаба. Запасы рения в России на 01.01.2012 г. в качестве попутного компонента были учтены в рудах трех молибденовых и двух медно-порфировых месторождений и составляли по кат. А+В+С1 всего 58,9 т, по кат. С2 109,9 т, по группе забалансовых - 24,2 т (Государственный баланс..., 2012), а в США запасы рения более 3500 т. Разрабатывается Сорское молибденовое месторождение, но при обогащении руд содержащийся в виде примеси рений переходит в молибденовый концентрат (до 86,97 %), а при его переработке на Челябинском ферросплавном заводе рений полностью теряется (Государственный баланс..., 2009), т. е. извлечение рения из руд в России не осуществляется. Производственные мощности по получению конечной рениевой продукции из руд меднопорфировых или молибденовых месторождений в нашей стране отсутствуют. В результате, для удовлетворения собственных нужд Россия импортирует рений. Возможный путь для России в плане укрепления МСБ рения - поиск его нетрадиционных источников, в которых могут быть заключены значительные геологические ресурсы этого редчайшего металла.

Одними из них являются диктионемовые сланцы Прибалтийского бассейна, что определило необходимость постановки в 2012 г. во ВСЕГЕИ поисковых работ в Ленинградской области на рений.

Цель работы. Изучить особенности рениевого оруденения в диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна на территории Ленинградской области, с детализацией исследований в пределах Кайболово-Гостилицкой поисковой площади. Задачи работы:

1. Определить содержания рения в диктионемовых сланцах и оценить их возможный промышленный уровень.

3. Изучить распределение рения в пласте диктионемовых сланцев (по латерали и в вертикальном разрезе).

4. Определить условия и особенности формирования рениевого оруденения в диктионемовых сланцах.

Объект исследований. Прибалтийский бассейн фосфоритов, диктионемовых и горючих сланцев (Рг^ протягивается из районов Норвегии, Дании, Швеции и Эстонии в Ленинградскую область, где в широтном направлении прослеживается примерно на 300 км от реки Нарва на западе до района реки Сясь на востоке. Дальше на восток диктионемовые сланцы

скрываются под отложениями верхнего девона. Северная граница распространения диктионемовых сланцев ограничивается ордовикским глинтом, протягивающимся вдоль южного берега Финского залива Балтийского моря и далее до Ладожского озера (Оношко, Альтгаузен, 1975; Кондаков, Афанасьев, Бушкова, 1963). Диктионемовые сланцы металлоносны и рассматриваются как потенциальный источник целого ряда металлов (Альтгаузен, 1992; Михайлов, Чернов, Кушнеренко, 2006; Вялов, Миронов, Неженский, 2010; и др.). Прибалтийский бассейн может рассматриваться как рудоносный осадочный бассейн (РОБ) (Литогеодинамика и минерагения..., 1998; и др.). В соответствии с основными типами геодинамических обстановок он относится к группе бассейнов пассивных окраин континентов (Беленицкая, Романовский, Феоктистов, 2001). По преобладающему литологическому типу, Прибалтийский РОБ отнесен к кремнисто-терригенно-карбонатным бассейнам, а по имеющимся в бассейне видам полезных ископаемых - к типу фосфоритоносных, горючесланцевых, уран-молибден-ванадиевых, золото-платиноидно-молибден никеленосных бассейнов (там же).

Фактический материал, методы исследований и личный вклад автора.

Каменный фактический материал представлен бороздовыми пробами из керна скважин (275 шт.) и обнажений (20 шт.), а также штуфными пробами из керна скважин (136 шт.). Изучены петрографические шлифы и аншлифы диктионемовых сланцев (60 шт.), данные электронно-микроскопических исследований с микроанализом (10 шт.), данные количественного рентгенофазового анализа минерального состава диктионемовых сланцев (4 шт.), инфракрасной спектрометрии (45 шт.) и кулонометрии диктионемовых сланцев (20 шт.); результаты химических анализов на основные породообразующие оксиды, а также V, Сг, Ва - рентгеноспектральным

флуоресцентным методом (ХМ7) - (40 шт.) и результаты масс-спектрометрии диктионемовых сланцев и вмещающих пород (431 шт.).

Автор в ходе полевых работ 2012-2013 гг., под руководством В. И. Вялова, принимала участие в описании обнажений и керна скважин, в отборе проб диктионемовых сланцев и вмещающих пород, в подготовке проб для аналитических исследований. Описала более 60 петрографических шлифов и аншлифов. Построила карту распределения рения по площади, его прогнозных количеств, карту мощностей пласта диктионемовых сланцев. Производила математическую обработку полученных данных, выполнила их геологическую интерпретацию, сделала выводы и заключения. Изучила и проанализировала литературные, фондовые и полевые материалы.

Защищаемые положения:

2) наличие в диктионемовых сланцах (их неорганической части) высокотемпературной модификации калиевого полевого шпата - санидина (до 16%), свидетельствующего о присутствии в них вулканогенного материала;

3) наличие в диктионемовых сланцах сульфидов с неравномерным распределением рения в них из-за процессов диагенеза и эпигенеза.

2. Распределение рения в пласте диктионемовых сланцев в пределах Кайболово-Гостилицкой поисковой площади неоднородно и различается между

поисковыми скважинами в 4-5 раз. С уменьшением мощности пласта отмечается тенденция увеличения в нем концентрации рения. Однако в целом по территории Прибалтийского бассейна диктионемовых сланцев концентрация рения мало контрастна. В разрезе пласта диктионемовых сланцев концентрация рения возрастает с увеличением содержания органического вещества.

3. Формирование рения в диктионемовых сланцах определяется рядом факторов:

уникальной палеогеографической обстановкой древнего осадконакопления в раннеордовикское время: - существованием полузамкнутого палеобассейна и наличием крупной области сноса - пород Балтийского щита, откуда рений мог поступать в осадочный палеобассейн;

созданием в палеобассейне благоприятных гидрохимических (полузастойных) условий для развития органического мира граптолитов и водорослей, органическое вещество которых связывало рений из морских вод;

присутствием в диктионемовых сланцах богатого калием вулканогенного материала.

поисковой площади выполнена стоимостная оценка ресурсов рения. Показана высокая потенциальная стоимость извлекаемых промышленных запасов рения (Балахонова, Вялов, Неженский и др., 2013).

Апробация работы и публикации. Материалы и результаты работы по теме диссертации докладывались на различных конференциях, совещаниях и семинарах: «Редкие металлы: минерально-сырьевая база, освоение, производство, потребление» (Москва, 2011), VI Всероссийское литологическое совещание: «Концептуальные проблемы литологических исследований в России» (Казань, 2011), «3-я Международная научно-практическая конференция молодых ученных и специалистов памяти А.П. Карпинского» (СПб, 2013), XI Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2013), научный семинар «Новые идеи в нефтегазовой геологии» (Москва, 2012) и «VII Всероссийское литологическое совещание» (Новосибирск, 2013). Результаты исследований автора практически реализованы в информационных геологических отчетах за 2012-2013 гг. по объекту «Поисковые работы на рений в диктионемовых сланцах и фосфоритах Прибалтийского бассейна на Кайболово-Гостилицкой площади с оценкой прогнозных ресурсов рения по категориям Р2-Р1», выполняемому ФГУП «ВСЕГЕИ» (отдел геологии горючих полезных ископаемых) по Государственному контракту с Севзапнедра.

Автором опубликовано десять статей по теме диссертации, из них половина статей в журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержит 125 страниц, включая 69 рисунков, 13 таблиц, 3 формулы и список литературы из 91 наименования. Главы раскрывают сформулированные защищаемые положения.

В первой главе обозначены проблемы минерально-сырьевой базы рения в России.

В третьей главе описана методика проведенных работ и аппаратура аналитических исследований.

В четвертой главе приведена петрографо-минералогическая характеристика диктионемовых сланцев.

В пятой главе рассмотрены особенности распределения рения в диктионемовых сланцев, в разрезе пласта и по площади его распространения.

Благодарности.

Особую благодарность автор выражает своему научному руководителю, зав. отделом геологии горючих полезных ископаемых ВСЕГЕИ, д.г.-м.н. Владимиру Ильичу Вялову - за общее руководство, консультации и помощь при подготовке диссертационной работы.

Автор искренне признателен главному научному сотруднику ВСЕГЕИ, д.г.-м.н. И. А. Неженскому (помощь в стоимостной оценке ресурсов рения), старшему научному сотруднику Г. М. Волковой (консультации при

выполнении петрографических исследований), ведущему инженеру Н. В. Мир-халевской (помощь в оформлении материалов диссертации), зав. отделом аспирантуры ВСЕГЕИ, к.г.-м.н. Л. И. Лукьяновой (за содействие и помощь в период обучения в очной аспирантуре). При выполнении полевых работ, изучении и интерпретации геологических материалов помощ�

Информация о работе

Балахонова, Алина Сергеевна
кандидата геолого-минералогических наук
Санкт-Петербург, 2014
ВАК 25.00.11

Диссертация

Рениевое оруденение диктионемовых сланцах Прибалтийского бассейна - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы