Типы срастаний минералов в железистых кварцитах докембрия и закономерности их формирования

Актуальность работы.

В соответствии с «Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I981−1985 годы и на период до 1990 года» предусмотрено дальнейшее развитие и расширение минерально-сырьевой базы страны, опирающейся на теорию и практику наук геологического цикла. В этом цикле именно минералогия занимает ведущее положение в разработке научных основ, способствующих расширению и рациональному использованию минерально-сырьевой базы страны. Существенную помощь оказывают советские геологи в этом направлении и многим развивающимся странам.

В XI пятилетке планируется производство готового проката черных металлов 117−120 млн. тонн на основе опережающего развития сырьевой базы черной металлургии, обеспечение которой, в первую очередь, будет связано с добычей товарной руды (более 85%), требующей предварительного обогащения.

Черная металлургия большинства стран мира (СССР, Австралия, Канада, Бразилия, США, Индия) базируется на железистых кварцитах докембрия и связанных с ними богатых рудах, поэтому отбытие новых месторождений железистых кварцитов, и прежде всего существенно магнетитовых, их глубокое и всестороннее изучение становится все более актуальной проблемой. Возрастает необходимость глубокого и всестороннего минералогического исследования железистых кварцитов месторождений в связи с их обогащением.

В СССР наиболее мощные толщи железистых кварцитов находятся в пределах Украинского 1фИсташшческого щита (Кривой Рог, Кременчуг), русской платформы (Курская магнитная аномалия), Кольского полуострова (Оленегорское, Кировогорское и другие месторождения), Урала, Казахстана и Дальнего Востока. В настоящее время проводятся специальные научногисследовательские работы по геолого-генетическому изучению железисто-1фемнистых формаций Европейской части СССР с целью установления закономерностей желе-зонакопления в докембрии, прогнозной оценки перспективных площадей и выдачи рекомендаций по очередности проведения геолого-поисковых и разведочных работ на I98I-I985 годы. В связис этим необходимо значительное расширение исследований по вопросам генетической и технологической минералогии железистых кварцитов, концентрирование внимания на использовании в исследованиях теоретических достижений науки — онтогении, 1фисталлохимии, физики минералов, а также современных методов анализа — ми1форентгеноспе-ктрального, электронноми1фоскопического, ИКС, ЭПР и других. Все это предопределяет и актуальность настоящей диссертационной работы по изучению типов срастаний основных минералов железистых кварцитов, так как позволяет не только понять особенности формирования ассоциаций главных рудных и нерудных минералов, и оценить их с точки зрения раскрытия при измельчении.

Цель и основные задачи работы. Выявление типов срастаний рудных и нерудных минералов железистых кварцитов и научное обоснование закономерностей их формирования.

В работе решались следующие основные задачи:

1. Разработка методики исследования железистых кварцитов с целью выявления морфологических и структурных особенностей, свойств и внутреннего строения ассоциирующих рудных и нерудных минералов.

2. Исследование и выявление структурно-морфологических особенностей границ срастающихся минералов на основе онтогенического подхода и комплекса современных методов анализа.

3. Выявление взаимосвязи различных типов срастаний минералов ъ.

Рис. I. I Структурно-логическая схема исследования срастаний минералов железистых кварцитов в связи с оценкой их генезиса и обогатимости с особенностями минералогической зональности толщ железистых кварцитов, характером и глубиной процессов метаморфизма и метасоматоза.

4. Изучение типов срастаний минералов с учетом механизма их генезиса для оценки эффективности раскрытия при измельчении железистых кварцитов.

Основные защищаемые положения.

1. Типы срастаний минералов в железистых кварцитах, выявляемые на основе онтогенического подхода в комплексе с использованием современных методов анализа (растровая электронная микроскопия, микрозондирование и др.), отражают сложную генетическую природу самих кварцитов — особенности неоднородности контактирующих минералов, последовательность их образования, характер границы и физикохимический., механизм формирования срастаний в целом.

2. Типы срастаний минералов в железистых кварцитах различных фаций метаморфизма характеризуются определенной эволюцион-ностью изменчивости в связи с особенностями вещественного состава минеральных разновидностей кварцитов и минералого-геохимичес-кой зональностью толщ (железистых горизонтов).

3. Минералого-генетические особенности формирования срастаний предопределяют закономерности состава и свойств контактирующих минералов и, как следствие, характер их раскрытия при обогащении железистых кварцитов.

Фактический материал и методика исследования. В соответствии с задачами диссертационной работы определены основные методы и объем исследований (рис. 1.1 и табл.1.1). Объектами исследования были железистые кварциты Скелеватского и Первомайского (Кривой Рог), Михайловского и Лебединского (КМА), Оленегорского (Кольский полуостров), Ималыкского (Якутия) месторождений. Образцы ото.

Таблица I.I.

Объем работ по видам исследований.

Объем исследований Виды исследований {(количество проб, j образцов;

Отобрано и изучено минералогических проб различного назначения 1830.

В том числе: а) изучено прозрачных и полированных шлифов 1240 б) выделено и исследовано фракций специального назначения (сростки различных минералов, текстурные компоненты руд) методами технологического и минералогического анализа в) рассчитано и обработано химических и фазовых анализов.

Специальные методы исследований а) изучение идиоморфизма минералов и их особенностей срастаний в полированных шлифах б) онтогенические методы исследований с использованием метода травления полированных шлифов в) электронно-микроскопические анализы образцов г) растровая микроскопия образцов д) определение твердости минералов методом вдавливания на полированных шлифах 1900.

370 320.

134 53 браны в соответствии с минералогической зональностью толщ железистых кварцитов. В качестве объекта исследований использовались минералогические пробы различного назначения, отобранные из керна скважин, забоев и уступов"карьеров и шахт по отдельным текстурно-минералогическим разновидностям железистых кварцитов. Предпосылкой работы явились анализы всех доступных автору работ советских и зарубежных ученых.

В работе были использованы следующие методы:

— минералого-петрографический с микроскопическими наблюдениями с применением микроскопов типа МИН-7, МЙН-8М, МИН-8, МИН-9, МПС-9, МВС-2,.

— онтогенический с применением метода химического (HF) и электролитического травления (H^SO^).

Химическое травление с применением HP проводилось на полированных шлифах в течении 25−35 секунд с целью выявления внутреннего строения и особенностей границ срастаний агрегатов или индивидов основных минералов кварцитов, а электролитическое — с использованием концентрированной H^SO^ в течении 3−5 секунд. Для измерения ширины шва контактирующих минералов необходимо было протравливать полированные шлифы в течение 5 секунд (оптимальные условия для определения ширины шва).

— определение твердости непосредственно в зерне и в зоне контакта основных минералов железистых кварцитов проводилось с помощью прибора ПМТ-З при нагрузке на идентер ЮОг,.

— определение объемного соотношения с помощью полуавтоматического интеграционного устройства типа МИУ-1,.

— применение курвиметра типа У-2,.

— математический с использованием ЭВМ I022-EC,.

— электронно-микроскопический на микроскопах типа ЭММА и TECHA-4I3A.

Методика проведения анализа рассматривается нами при необходимости в соответствующих разделах работы.

Степень научной новизны.

Впервые на основе онтогенического подхода с использованием современных методов анализа (растровая электронная ми1фОскопия, ми1фозондирование и др.) выявлены типы срастаний основных рудных и нерудных минералов железистых кварцитов, рассмотрен физико-химический механизм их формирования и даже классификация с учетом морфологии выделений и последовательности образований минералов. Выявлены закономерности в изменчивости типов срастаний в пределах толщ железистых кварцитов различных фаций метаморфизма с учетом особенностей их минералого-геохимической зональности.

На основе факторного анализа и уравнений множественной регрессии впервые выявлена взаимосвязь типов срастаний с обогатимо-стью железистых кварцитов.

Практическое значение работы. Предложенная методика по выявлению и исследованию типов срастаний минералов широко используется в научно-исследовательских разработках горнорудного института при минералого-генетическом и минералого-технологическом изучении железистых кварцитов различных фаций метаморфизма. При регионально-минералогическом и геолого-технологическом картировании месторождений (Кривой Рог, Михайловское — НМА) учитывается разработанная классификация срастаний минералов. Проведенная количественная оценка срастаний минералов в связи с минералого-геохимической зональностью толщи кварцитов Михайловского месторождения, выполненная автором в период 1980;1983 г. г., использована при минералого-технологической оценке основных разновидностей кварцитов и геолого-технологическом картировании месторождения.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников Криворожского горнорудного института (I98I-I983), а также на выездном заседании криворожского отделения Украинского минералогического общества. Основные положения диссертации опубликованы в 3 статьях.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов и изложена на 118 страницах машинописного текста, с 35 рисунками и 15 таблицами. Библиография содержит 173 наименований. На протяжении всего периода работы автор пользовался методическими указаниями, помощью, поддержкой и консультациями сотрудников кафедр минералогии и геологии Криворожского горнорудного института т.т. к.г.-м.н. В. Н. Тарасенко, доцента В. Д. Евтехова, к.г.-м.н. В. В. Иванченко, доцента М.И.Чернов-ского, ст.н.с. Д. Н. Кондратьевой, м.н.с. Б. С. Гладких, к.г.-м.н. В. В. Пироговой, м.н.с. В. Д. Блохи, аспиранта И. В. Холошина, инженера.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

I. На основании онтогенического подхода в комплексе с использованием современных методов анализа (растровая электронная микроскопия, микрозондирование, термомагнитные, стереологические исследования и др.) при изучении минералогии и текстурно-структурных особенностей железистых кварцитов месторождений различных фаций метаморфизма выявлены и всесторонне исследованы типы срастаний основных рудных и нерудных минералов (магнетит-гематитмагнетит или гематит — кварц, -карбонаты, — силикаты) на трех уровнях организации железисто-кремнистого материала (слоистость железистых кварцитовминералого-геохимическая зональность толщ — железистых горизонтовразличные фации метаморфизма),.

2. На основании специально разработанной методики при исследовании срастаний минералов выявлены особенности морфологии, конституции и анатомии сосуществующих минералов, в значительной степени предопределяющие их свойства, характер и морфологию границ. Показано, что типы срастаний минералов отражают основные этапы в формировании железистых кварцитов — седиментацию и диагенез, метаморфизм, метасоматоз и гипергенез, каждый из которых внес определенный вклад в морфологию, конституцию и свойства контактирующих минералов, онтогению их индивидов и агрегатов. Однако наиболее четко проявлены минералого-генетические особенности срастаний на заключительном этапе: для неокисленных железистых кварцитов это этап метаморфизма и сопровождающих его метасомати-ческих изменений,.

3. На основании исследования взаимоотношений основных рудных и нерудных минералов установлено: для ассоциации магнетит-гематит — во многих случаях противоречивость взаимоотношений минералов, обусловленная развитием псевдоморфоз (явления мартитиза-ции и мушкетовитизации) с проявлением некогерентного характера границ срастанийтесное срастание между минералами с образованием очень тонкого шва на границе (1−1,5 мкм) — выравнивание границ срастаний с возрастанием глубины метаморфизмакак правило, проявление последовательных срастаний минералов и т. д.- для ассоциации магнетит-кварц — широкое разнообразие срастаний в связи с изменением гранулометрии, морфологии, анатомии и контактирующих минералов, с неравномерным проявлением деформаций на отдельных месторождениях и при углублении метаморфизмапроявление различной степени извилистости в зависимости от тесноты связи при переходе от рудных к смешанным и нерудным типам слоев-изменение скорости роста граней кристаллов в том или ином направлении, характера и глубины перекристаллизации минералов, оказывающих существенное влияние на изменение морфологии границы, глубину и проявление шваширокое распространение пойкилитовых и мирмекитоподобных типов срастаний, особенно в железистых кварцитах фации зеленых сланцев и т. д.- для ассоциации магнетит-карбонаты-силикаты срастания обусловлены широким диапазоном изменений гранулометрии и морфологии минералов на контакте, обусловленных как последовательным, так и совместным ростом с элементами замещения и дробления, а следовательно, появлением нередко ложных типов срастаний-срастания пары магнетит-карбонаты в фации зеленых сланцев отличаются резко-, реже слабовыраженным швом размером 1−2 мкмв срастаниях с силикатами магнетит образует резкую границу с небольшой промежуточной зоной (магнетит — хлорит в I мкм, магнетит — куммингтонит в I -2,5 мкм, магнетит — эгирин в I — 1,5 мкм) — нередко наблюдается направленный по слоистости рост тонкоигольчатых кристаллов силикатов вокруг магнетита и т. д.- для ассоциации гематит-кварц — широкое разнообразие срастаний, обусловленное различием гранулометрии минералов, способностью гематита к двойникованию при проявлении деформацийвыравнивание границ с углублением метаморфизма и т. д.;

4.Физико-химический механизм срастаний минералов сложный, т.к. он отражает, с одной стороны, длительный этап геологической истории формирования железистых кварцитов, с другой многофаз-ность процессов минералообразования. На основании минералого-ге-нетических исследований железистых кварцитов месторождений определенной геолого-структурной позиции при оценке срастаний можно кон1фетно судить об особенностях перекристаллизации и рекристаллизации минералов с элементами геометрического отбора новообразованных фаз (образование на границе срастаний игольчатых кристаллов гематита и магнетита на рудных обломках и другие явления с учетом формирования метастабильных рудных фаз в одном зерне (маггемитизированный магнетит-маггемит-гематит)) и явлений диффузии вещества, проходящих вдоль границ срастаний. На основании проведенных минералого-генетических исследований железистых кварцитов следует говорить о двоякой природе формирования срастаний: I) чисто физической (рост и преобразование контактирующих индивидов и агрегатов минералов при 1фисталлизации в твердой среде с частичным участием поровых растворов), 2) физико-химический (формирование границ срастаний за счет процессов диффузии вещества на контакте минералов),.

5. В пределах толщ железистых кварцитов и при переходе от одной фации метаморфизма к другой наблюдается в динамике способность границ зерен в срастаниях минералов мигрировать, двигаться в пространстве, менять форму, что приводит к изменению или полному уничтожению раннего текстурно-структурного рисунка и к замене его новым рисунком. Изменяются конфигурация и ширина границ (ширина шва), физические и физико-механические свойства контактирующих минералов (индивидов и агрегатов). На основе проведенных минералого-генетических исследований железистых кварцитов различных месторождений и фаций метаморфизма проведены корреляционный и факторный анализы, позволившие оценить во взаимосвязи морфологию границ (прямые, дугообразные, извилистые), степень ее проявления (резкоили слабовыраженная), ширину шва, содержание различных минеральных форм железа, содержание сростков магнетита размером более и менее 30 мкм, в железистых кварцитах, коэрцитивную силу и содержание железа в концентрате мокрой магнитной сепарации и получить уравнения регрессии по прогнозу качества концентратов кварцитов Скелеватского (Кривой Рог) и Михайловского (КМА) месторождений в связи с обогащением их на ЮГОКе и МГОКе,.

6. На основании выявления и исследования закономерностей формирования срастаний минералов в железистых кварцитах докембрия, исследований их взаимоотношений и последовательности выделения, особенностей конституции, морфологии и роста контактирующих минералов, выявления взаимосвязи типов срастаний с характером и эффективностью раскрытия и разделения при обогащении совместно с Б. И. Пироговым нами предложена классификация типов срастаний на двух уровнях: I — морфологические типы срастаний с учетом характера взаимоотношений минералов, 2 — типы срастаний с учетом последовательности выделения минералов. В классификации учитывается информация по морфологии границы, ширины шва срастаний, последовательности вьщеления минералов, эффективности рас1фытия и разделения минералов при магнитном обогащении,.

7. Выявлена и исследована эволюция типов срастаний минералов на различных уровнях организации железисто-кремнистого материала, и прежде всего при метаморфизме и метасоматозе, которая позволяет говорить о типоморфизме срастаний и оценить их роль в обогащении железистых кварцитов,.

8. Детальное исследование минералого-генетических особенностей железистых кварцитов, определяющих типы срастаний основных рудных и нерудных минералов и их взаимосвязи с технологическими показателями обогащения, позволило широко использовать методику изучения и выводы по типам срастаний в практике оценки обогати-мости железистых кварцитов ряда месторождений, В условиях Михайловского ГОКа результаты исследований по типам срастаний минералов внедрены в систему минералого-технологического изучения кварцитов при геолого-технологическом картировании Михайловского месторождения.

7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОСНОВНЫЕГ ВЫВОДЫ.

Срастания между рудными (магнетит и гематит) и нерудными (кварц, карбонат, силикаты) минералами с учетом трех уровней организации железисто-кремнистого материала (тонкая слоистость кварцитов, переслаивание минеральных разновидностей кварцитов в соответствии с минералого-геохимической зональностью толщ железистых горизонтов и формирование определенных ассоциаций сосуществующих минералов в зависимости от характера и глубины процессов метаморфизма кварцитов различных фаций) характеризуются эволюционным развитием и их современный облик отражает длительную генетическую историю самих кварцитов.

В работе на основе применения комплекса современных методов минералогического и факторного анализа, онтогенического подхода к выявлению механизма формирования срастаний минералов, особенностей взаимоотношений минералов различных фаций метаморфизма, внутреннего строения минеральных индивидов и границ контактирующих минералов разработана классификация типов срастаний по последовательности образования минералов (одновременные, частично-одновременные, последовательные и ложные) и морфологии. Показаны и доказаны связи различных элементов структурного рисунка железистых кварцитов с их технологическими характеристиками, влияние срастаний на процесс распития минералов и закономерности их изменчивости, отражающие сложную историю формирования типоморфных признаков срастаний минералов.