CC BY
13
© Е.С. Перков, С.Е. Поповченко, 2014
УДК 553.08:553.068.3 (477.65:477.44) Е.С. Перков, С.Е. Поповченко
МИКРОСТРУКТУРНЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ЗОНЕ ГИПЕРГЕНЕЗА ХРОМИТОВЫХ РУД СРЕДНЕГО ПОБУЖЬЯ УКРАИНСКОГО ЩИТА
Приведены результаты исследований изменения морфологии и химического состава рудных хромшпинелидов из Липовеньковской группы гипербазитовых массивов Среднего Побужья Украинского шита. Выделены основные микроструктуры руд, сформированные при образовании коры выветривания. Показаны структурные и химические изменения хром-шпинелидов вследствие катаклазирования и гиперге-неза, а также миграция химических элементов при гипергенезе и изоморфные изменения хромитовых руд.
Ключевые слова: микроструктуры, хромитовые руды, катаклаз, кора выветривания, качество руд, гипергенез, миграция.
Постановка проблемы
К настоящему времени экзогенные хромитовые руды Среднего Побужья рассматриваются в качестве попутного сырья при разработке силикатно-никелевых руд. Степень их изученности не позволяет однозначно оценить масштабы распространения, характер оруденения и в полной мере определить геолого-промышленную ценность руд. Новые данные, полученные за последние 5 лет, свидетельствуют о возможности выделения в пределах Среднего Побу-жья самостоятельного промышленного типа хромитовых руд экзогенного генезиса. Для разработки рациональных схем добычи и обогащения экзогенных руд из кор выветривания, требуется детальное изучение качественных и количественных характеристик руд, чему и посвящена данная работа.
Методика исследований. По всему профилю коры выветривания Липовеньковской группы ультрабази-тов (Западно- и Восточно Липовень-ковское, Пушково) отобраны образцы слабо-выветрелых массивных, вкрапленных, окварцованных и россыпных разностей хромитовых руд [1]. Изуче-
ние морфологических разновидностей и микроструктурных особенностей хромшпи-нелидов выполнено под оптическим микроскопом и на электронном микроскопе РЭММА-102А. Атомарный состав хромшпинелидов и минеральных включений определен на микроанализаторе с энергодисперсионной приставкой. Химические анализы пород и руд выполнены в лабораториях КП «Южукргеология» и ПГГРП «Северукргеология».
Изложение основного материала. Все изученные ультрабазитовые массивы имеют крутопадающую дай-ко- и трубообразную форму тел и контролируются субмеридиональными региональными разломами. Морфология коренных хромитовых тел изменчива от линзовидных и столбообразных до шлировых с различной формы и серий сближенных удлине-но-линзовидных форм вкрапленных тел [2]. Рудные тела залегают в сер-пентинизированных ультрабазитах часто на контакте с вмещающими породами, либо среди метапироксени-тов. По всем породам района развита площадная и линейная кора выветривания, мощность которой зависит от
состава пород, степени их тектонического преобразования и сохранности от эрозии. В профиле коры выветривания к зонам дробления хромитонос-ных серпентинитов приурочено образование окисленных хромитовых руд, слагающих верхнюю часть коренных тел. Снизу вверх по мере окисления руд увеличивается интенсивность замещения Сг на Бе с формированием бурых железняков, выделенных в качестве самостоятельного генетического типа экзогенных хромитовых залежей - «железистых шляп» [3].
Микроскопическими исследованиями установлено, что во вкрапленных слабодезентегрированных разновидностях руд из зоны начальных стадий выветривания преобладают гипидио-морфные и идиоморфные структуры хромшпинелидов (рис., А, Б). В таких рудах характерно повышенное содержание А1 19,2-26,8%, Мд 12,8-17,4% с несколько пониженным содержанием Сг 32-34% и Бе 19-26% в центре зерен. При этом на краях зерен установлено закономерное повышение содержания Т1 1,1%, Р 1,9% и Б1 8,5%, что, по-видимому, является результатом длительного периода преобразования интрузива под влиянием постмагматических метаморфогенно-мета-соматическими процессов [4, 5].
На изученных массивах установлено два основных направления тектонических деформаций - северо-западного и юго-восточного простирания с вертикальными и горизонтальными
перемещениями отдельных блоков. По таким зонам в коре выветривания развиваются участки окремнения пород с максимальной мощностью (70 м) и площадью (200 м2) на пересечении двух систем. В раздробленных хро-митовых телах развиты катакластиче-ские структуры руд.
По мере выветривания, катакла-зированные и ксеноморфные микроструктуры руд переходят в корродированные и скелетные разности (рис., Г, Л). По микрозондовым анализам концентрация в катаклазирован-ных хромшпинелидах Сг и Бе несколько выше, что может быть обусловлено частичным выносом из кристаллической решетки А1 и Мд.
Кроме того, в сплошных и густов-крапленных разновидностях руд установлены гранобластические и ксено-морфные формы зерен с возрастанием концентрации Сг до 52-53%, повышением содержания Бе на фоне снижения в 2 раза Мд до 6,1% % и в 1,5 раза А1 до 7,8%. Существенных различий в составе хромшпинелидов в центре зерна и на периферии не отмечается.
Во вкрапленных рудах преобладают идиоморфные зерна. На периферии (рис., А) таких зерен отчетливо возрастает содержание Сг за счет понижения концентрации А1 с 6,1 до 8,1% и появления Са до 0,85%, что возможно вызвано ионной диффузией в кристаллической решетке или избирательным заимствованием из серпентинита наиболее энергетически выгод-
Структуры хромшпинелидов (отраженный свет): А - Идиоморфная микроструктура во вкрапленных рудах, ув. 140х; Б - Сочетание гипидиоморфных и гранобластических зерен в сплошных рудах, ув. 110х; В - Гранобластическая структура ув. 110х; Г - Катакластическая структура, ув. 130х; Л - Структуры остатков от замещения, ув. 120х.
ных ионов. В 10% образцов в идио-морфных разновидностях хромитов по краям проявляется гематит в виде распада твердых растворов. В таком гематите отмечается повышенное содержание N1 до 7% и Сг до 1%.
Сходный состав хромшпинелидов установлен в сплошных рудах из зон развития гранобластовых и нодуляр-ных, где присутствует сочетание иди-оморфных (рис., Б) и ксеноморфных (рис., Г) зерен хромита, что обусловлено близостью по времени и условиями их образования. В зонах метасо-матической переработки (окварцева-ния и карбонатизации) коренных руд вследствие изоморфизма отмечено снижение содержания Мд до 5% и Сг, который замещается Бе, что способствует образованию субферрохрома или хроммагнетита с последующей интенсивной серпентинизации вмещающей матрицы пород. В таких зонах содержание Бе в хромшпинелиде составляет до 46-47% и наблюдается его изоморфное замещение не только Сг, но также Мд и особенно А1. При этом, в кристаллическую решетку вместе с Ре+2 вместо Мд поступает и Мп, содержание которого возрастает до 1,4%. При последующем наложении экзогенных процессов происходит «разъедание» хромшпинелидов вплоть до образования структур остатков от замещения (рис., Л).
Установлено, что изменение состава хромшпинелидов характерно для катаклазированых руд и меньше для руд подверженных метасоматозу (рис., Г), что приводит к существенному снижению содержания Сг до 38%, А1 до 8,3% и увеличению Бе до 47%. По вертикальному разрезу мощность зоны окисления и развития железисто-хромовых руд достигает 8-10 м.
Тектонические напряжения в богатых рудах по отдельным зонам провоцируют развитие густой сети трещин с образованием кластических остро-
угольных мелких зерен 0,02-0,1 мм. По краям таких зерен наблюдаются еще более мелкие обломки зерен хромита размером 0,005-0,015 мм. В аншлифах из образцов богатых руд содержание кластогенного хромита достигает 15-18%. В бедных вкрапленных рудах размер зерен хромита уменьшается до 0,1-0,4 мм, а количество зерен менее 0,1 мм возрастает до 30-45%, в отдельных случаях до 60%.
В сильно трещиноватых рудах -(проницаемые зоны) преобладают ожелезненные минералы, в плотных участках -слабо окисленный хромит. Руды этих двух зон всегда плотные, кусковатые, и при наложенном экзогенном окремнении весьма крепкие, а хромит, как правило, частично замещен магнетитом. Ниже зона окисления хромитовых руд постепенно сменяется рыхлыми слабоокисленны-ми разностями. На зернах хромита частично остаются примазки гидроокислов железа и глинистых минералов. Глубже зона сменяется более кускова-той рудой с карбонатами и кварцем. Серпентинитовая матрица слабо дезинтегрирована, но достаточно рыхлая. Зона окисления завершается слабо выветрелыми кусковатыми рудами среди серпентинита, в которых зерна хромита по трещинам сцементированы карбонатами и кварцем.
Выводы. Основное влияние на изменения в хромитовых рудах оказывают тектономета-соматические зоны северо-западного и северо-восточного простирания, которые выражаются в интенсивном изоморфном замещении хрома на железо со снижением содержания Сг203 с 55 до 43,5-39%.
Окисленные руды пространственно приурочены к зонам повышенной проницаемости, формирующихся в узлах пересечения разноориентиро-ванных тектонических зон. В таких зонах «столбы» окремненных и ожелез-ненных хромитов прослеживаются по
всей мощности коры выветривания. Наиболее интенсивно понижение содержания Сг203 характерно катакла-зированным рудам до 24-15%, где и Бе0 , возрастает до 52%. Непод-
общ. 1
верженные окремнению окисленные хромитовые руды, как правило, рыхлые, сажистые, темно-бурой окраски и с глубиной постепенно переходят в невыветрелые разности.
1. Гурский Л.С., Есипчук К.Е. и др. Металлические и не металлические полезные ископаемые Украины. Т. 1. Металические полезные ископаемые. - К.: Изд-во «Центр Европы», 2005. - 785 с.
2. Коннов В.Г., Лихов В.Н., Тульчин-ская Л.М., Каневский А.Я. Морфогенети-ческие типы коры выветривания Леренюх-ского ультрабазитового массива на Среднем Побужье // Геологический журнал. -1980. Т. 40. - № 1. - С. 122-127.
3. Перков Е.С., Поповченко С.Е. Морфологические особенности хромитовой ми-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Ланные процессы приводят к ухудшению качества руд, иногда к полному замещению хромшпинелидов железистыми минералами по типу «железных шляп» с содержаниями Сг203 не более 5-15%. При их последующем разрушении эрозией и переотложении они смешиваются с не окисленными хромитами, снижая общие показатели качества руд.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
нерализации в корах выветривания ультра-базитов Среднего Побужья // Научный вестник НГУ. -2010. - № 9-10. - С. 9-14.
4. Формирование расслоенных интрузивов и связанного с ними оруденения / Под ред. Е.В. Шаркова. - М.: Научный мир, 2006. - 368 с.
5. Поповченко С.Е., Шукайло Л.Г., Горностаев С. С. О высокоуглеродистом метасоматозе в зонах глубинных разломов и перспективность обнаружения в них рудопроявлений редких и благородных металлов // Сб. научн. трудов НГУ. -2005. - № 22. - С. 21-30. ЕШ
Перков Евгений Сергеевич - научный сотрудник, e-mail: perkov@i.ua, Поповченко Сергей Евгеньевич - кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель Центра, e-mail: serggold_59@mail.ru, Центр аналитико-технологических исследований, Государственный ВУЗ «Национальный горный университет».
UDC 553.08:553.068.3 (477.65:477.44)
MICROSTRUCTURAL AND CHEMICAL CHANGES IN THE HYPERGENESIS ZONE OF CHROMITES ORES FROM MIDDLE POBUZHYA REGION OF THE UKRAINIAN SHIELD
Perkov E.S., Research Scientist, e-mail: perkov@i.ua,
Popovchenko S.E., Candidate of Geology and Mineralogy, Senior Research Scientist, Head of Centre, e-mail: serggold_59@mail.ru,
Analytical-technological Research Centre, State Higher Institution «National Mining University».
The results of studies of changes in morphology and chemical composition of chromites ore Lypovenkivskie group ultramafic massifs from Middle Pobuzhya region of the Ukrainian shield are given in the article. The basic ore microstructures, formed while the weathering crust was forming, are identified. The structural and chemical changes of chromites because of cataclastic and hypergenesis, as well as the chemical elements migration during a hypergenesis and isomorphic changes of chromite ores have been showed.
Key words: microstructures, chromite ores, cataclasm, weathering crust, ore quality, hypergenesis, migration.
REFERENCES
1. Gurskij D.S., Esipchuk K.E. Metallicheskie i ne metallicheskie poleznye iskopaemye Ukrainy. T. 1. Met-alicheskie poleznye iskopaemye (Mineral deposit of Ukraine, vol., Metalliferous mineral deposits), Kiev, Izd-vo «Centr Evropy», 2005, 785 p.
2. Konnov V.G., Lihov V.N., Tul'chinskaja L.M., Kanevskij A.Ja. Geologicheskij zhurnal, 1980, vol. 40, no 1, pp. 122-127.
3. Perkov E.S., Popovchenko S.E. Nauchnyj vestnik NGU, 2010, no 9-10, pp. 9-14.
4. Sharkov E.V. Formirovanie rassloennyh intruzivov i svjazannogo s nimi orudenenija (Formation of layered intrusions and associated mineralization), Moscow, Nauchnyj mir, 2006, 368 p.
5. Popovchenko S.E., Shukajlo L.G., Gornostaev S.S. Sbornik nauchnyh trudov NGU, 2005, no 22, pp. 21-30.
- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Выпуск 3
Кузнецов Юрий Николаевич - профессор, доктор технических наук, e-mail: msmu-prpm@yandex.ru, Кириченко Юрий Васильевич - профессор, доктор технических наук, e-mail: kirichenko@msmu.ru, Стадник Денис Анатольевич - кандидат технических наук, докторант, доцент, e-mail: denstadnik@rambler.ru,
Стадник Нино Мамукаевна - ведущий инженер, e-mail: kun17@yandex.ru, Какорина Нана Мамукаевна - студентка, e-mail: nanak@it-arhitektor.ru, Шахвеладов Роман Ибрагимович - студент, e-mail: fzo@msmu.ru, Каширский Алексей Сергеевич - ведущий инженер, e-mail: kashirsky@mail.ru, Московский государственный горный университет.
Скорость развития техники и технологии, рост интенсивности производственных процессов и динамика обновления условий производства постоянно увеличиваются, что требует в оперативном порядке вносить изменения и дополнения в проектные решения, то есть обеспечивать действующее промышленное производство проектным сопровождением. Становится важным создание такой системы и процедуры проектирования, которая была бы адаптированной к изменяющимся горно-геологическим и горнотехническим условиям функционирования и развития проектируемого объекта. Возросшая интенсивность производственных процессов делает актуальным не только проектирование, но и современные методы организации и управления горно-промышленными предприятиями. Проектирование все более представляется составной частью системы организации и управления технологическими процессами, перемешаясь в сторону текущего оперативного планирования и повышения гибкости и адаптивности производственных структур и технологических процессов.
Ключевые слова: проектирование угольных шахт, горно-геологические и горнотехнические условия, угольное месторождение, трехмерные модели, технологические системы, кластеризация запасов угольных пластов, интеллектуальный анализ горно-геологических данных.
DESIGNING AND ORGANIZATION OF MINING-AND-ENGINEERING SYSTEMS Issue 3
Kuznetsov Y.N., Professor, Doctor of Technical Sciences, e-mail: msmu-prpm@yandex.ru,
Kirichenko Yu.V., Professor, Doctor of Technical Sciences, e-mail: kirichenko@msmu.ru,
Stadnik D.A., Candidate of Engineering Sciences, PhD, Assistant Professor, e-mail: denstadnik@rambler.ru,
Stadnik N.M., Leading Engineer, e-mail: kun17@yandex.ru,
Kakorina N.M., Student, e-mail: nanak@it-arhitektor.ru,
Shahveladov R.I., Student, e-mail: fzo@msmu.ru,
Kashirsky A.S., Leading Engineer, e-mail: kashirsky@mail.ru,
Moscow State Mining University.
Speed of engineering and technology , increase the intensity of production processes and the dynamics update the conditions of production are constantly increasing, which requires promptly make changes and additions to the design decisions, that is to ensure effective industrial production and design support . It becomes important to develop a system and procedures for the design, which would be adapted to changing mining and geological conditions of the functioning and development of the proposed facility. Increased intensity of production processes makes it relevant not only design, but also modern methods of organization and management of mining enterprises. Designing increasingly seems an integral part of the organization and process control, moving towards the current operational planning and improve flexibility and adaptability production structures and processes.
Key words: coal mines design, mining, geological and geotechnical conditions, coal deposit, three-dimensional models, technological systems, clustering reserves of coal layers, mining and geological intelligent data analysis.
