Трахибазальты и авгититы дворецкого комплекса (средний Урал, Пермский край) и Оценка их пригодности для производства базальтового волокна Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2013 Геология Вып. 4 (21)

ГЕОЛОГИЯ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, МИНЕРАГЕНИЯ

УДК 552.3

Трахибазальты и авгититы дворецкого комплекса (Средний Урал, Пермский край) и оценка их пригодности для производства базальтового волокна

А.П. Седунова, Т.В. Манькова, К.П. Казымов

Пермский государственный национальный исследовательский университет. 614990, Пермь, ул. Букирева, 15. E-mail: mineral@psu.ru

(Статья поступила в редакцию 11 ноября 2013 г.)

В рамках научного проекта международной исследовательской группы ученых «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспечения производства высокотехнологичного базальтового волокна» проведены петрографические и пет-рохимические исследования пород дворецкого комплекса (о-т/ЗУ) dv). По данным петрографического описания породы представлены трахибазальтами и авгититами. Установлено, что породы обладают относительно стабильным химическим составом, но различным характером вторичных изменений и неоднородными структурами и текстурами. Модуль кислотности (отношение БЮг+А^Оз к СаО+М§0)составляет в среднем 3,6 для авгититов, 4,4 для трахибазальтов. Эти характеристики отвечают главным требованиям к породам для производства базальтового волокна.

Ключевые слова: дворецкий комплекс, Западный Урал, магматические породы, трахибазалът, авгитит, базальтовое волокно.

Введение

Впервые дворецкий комплекс гиало-В рамках научного проекта междуна- меланефелинит-трахибазальтовый Дородной исследовательской группы ученых Тру! dv) был выделен и описан Н. А. Ру-

(МИГ) «Оценка минерально-сырьевой ба- мянцевой (1967). Его изучением занима-

зы Пермского края для обеспечения про- Лись Ю.В. Шурубор (1969), А.М. Зиль-

изводства высокотехнологичного базаль- берман и Е.М. Чернышова (1981), А.Н.

тового волокна» были отобраны и иссле- Качанов (1983) и др. Петротип дворецкого

дованы десять проб пород дворецкого комплекса находится на р. Вильва в рай-

комплекса из обнажений бассейна р. Виль- оне бывшего хутора Дворец. Дворецкий

ва, р. Малая Рассольная, на водоразделе pp. комплекс вулканических пород развит на

Северная-Талая-Боровуха, а также близ г. западном склоне Среднего Урала, в бас-

Соколиная (рис. 1, 2) [4]. сейнах рек Усьвы и Вильвы, где их выхо-

© Седунова А.П., Манькова Т.В., Казымов К.П., 2013

ды прослежены с перерывами почти на протяжении 50 км [8].

Геологическая характеристика

Дворецкий комплекс распространен в пределах западного крыла Кваркушско-Каменногорского мегантиклинория и тя-

готеет к узкой зоне глубоких субмеридио-нальных разломов, оконтуривающих Без-годовскую синклиналь. Дворецкие образования сопровождаются дайками и сил-лами эссекситов и пикритов кусьинского комплекса и составляют с ними единую дворецко-кусьинскую вулкано-

плутоническую ассоциацию [6].

Рис. 1. Выходы пород дворецкого комплекса

Дворецкий комплекс сформировался в течение двух стадий (фаз). К первой стадии относятся породы умереннощелочного подотряда (трахибазальты, трахиандезибазальты, трахиандезиты, трахиты), ко второй - щелочного подотряда: гиаломеланефелиниты (авгититы), оливиновые гиаломеланефелиниты (лим-бургиты), щелочные базальты (нефелиновые базальты, тефриты), основные фонолиты, щелочные трахиты, фонолиты [6].

Петрографическая и петрохимическая характеристика

По результатам макроописания было установлено, что большинство пород имеют порфировую структуру с апостек-ловатой основной массой, массивную, миндалекаменную текстуру.

Породы дворецкого комплекса в шлифах представлены оливинсодержащими трахибазальтами (рис. За, 36) и авгититами

или по петрографическому кодексу - гиа-ломеланефелинитами (рис. Зв).

Трахибазалъты обладают порфировыми, реже афировыми структурами с гиа-лопилитовыми и интерсертальными структурами основной массы. Текстуры миндалекаменные неориентированные, брекчие-вые. Три образца трахибазальта, отобранные на г. Соколиная и р. Малая Рассольная, гематитизированы, гематит пылеватый, содержится в продуктах разложения стекла, иногда замещает стекло полностью. Они имеют брекчиевую текстуру и представляют собой кластолавы.

В порфировых трахибазальтах фенок-ристаллы составляют 5-30 % и представлены клинопироксеном (титанавгитом, реже авгитом) и плагиоклазом, в небольшом количестве до 5 % встречаются хлоритовые и хлорит-карбонатные псевдоморфозы по оливину.

Фенокристаллы титанавгита размером от 0,1 до 0,5 мм, преимущественно корот-

копризматической формы, имеют зональное строение, цвет бледно-кремовый, в центральных частях наблюдаются плеох-роирующие в зеленоватых тонах зоны эги-рин-авгита, характерны аномальные ин-

терференционные окраски (коричневатосиние), зональное погасание и погасание типа песочных часов. Фенокристаллы плагиоклаза повсеместно деанортизированы, замещены монокристаллами альбита.

Условные обозначения

ф федотовскля свита R^fcl # УСЬВІІНСКІШ комплекс VpDj lis ф слрлновскіш комплекс \n|-ll(îRj SI

® КуСЬВИНСКИЙ КОМПЛеКС ÎO-ÊvVjks

кеуносская свита Vjkr (дворецкіш комгоіекс) o-rfïVjilv ЖураВЛИКСКІШ КОМП.ЧЄКС V-^RjZr подпорОВСКИЙ КОМПЛЄКС toC^-^pd

Рис. 2. Геологическая карта Горнозаводского района с местами отбора проб

Размер фенокристаллов плагиоклаза от 0,5 до 1 мм, форма зерен - лейсты и таблицы (рис. За).

Миндалины составляют от 5 до 25% объема породы, имеют разнообразную форму, чаще зонального строения, размеры от 0,1 до 3 мм. Состав миндалин разнооб-

разный: хлоритовый, эпидотовый, хлорит-эпидотовый, реже альбитовые и карбонатные. Основная масса гиалопилитовая, реже интерсерталъная (рис. 36). Сложена игольчатыми микролитами альбита и продукта-

ми разложения стекла - тонкодисперсной смесью, состоящей из хлорита, эпидота, гематита, магнетита, лейкоксена, иногда карбоната.

Рис. За. Трахнбазалът (г. Соколиная). Обломок гематнтнзированной лавы (внизу) и цементирующей лавы (вверху). Ширина фотографии - 2,6 мм. Слева - николи //, справа - X

Рис. Зв. Трахнбазалът (р. Малая Рассольная). Интерсерталъная структура, сложенная микролитами плагиоклаза. Справа - серицитизированный фенокристалл плагиоклаза. В верхнем левом углу - хлоритовая миндалина. Ширина фотографии - 2,6 мм. Слева - нпколи /7, справа -

X

Авгититы обладают порфировыми структурами с гиалопилитовой основной массой и миндалекаменными неориентированными (рис. Зв) и брекчиевыми текстурами, последние можно отнести к эруптивным брекчиям.

Фенокристаллы представлены титанав-гитом (рис. Зв), составляют 5-25 %, размером от 0,2 до Змм, в подчиненном количестве до 5% встречаются псевдоморфозы хлорита, серпентина и карбоната по фенок-ристаллам оливина.

Основная масса сложена продуктами разложения стекла - хлоритом, лейкоксе-ном, эпидотом и микролитами авгита с уд-линенно-призматическими и игольчатыми формами. Миндалины составляют 5-30 %, размером от 0,02 до 3 мм, сложены хлоритом, эпидотом, карбонатом и цеолитами. Эруптивные брекчии состоят из обломков лав авгититов от 40 до 60%, сцементированных карбонат-цеолитовым цементом. Агрегаты цеолитов часто имеют реликтовое строение, характерное для псевдомор-

фоз по лейциту. Цемент предположительно образован остаточными расплавами, обогащенными калием, впоследствии замес-

тившимися цеолитами в результате гидро термально-метасоматических процессов.

Рис. Зг. Авгитпт (гиаломеланефетшит) (бассейн р. Вилъва). Гиалоттитовая структура ав-ттита, Длиннопризматические и игольчатые щикролиты моноклинного пироксена, изомет-ричные зерна магнетита. В центре - зональный фенокристалл титанавгита, в центральной части с зоной зеленоватого эгирин-авгита. Ширина фотографии -1,3 мм. Слева - шакалы //, справа - X

Вторичные изменения пород дворецкого комплекса слабые, характерные для по-стмагматических гидротермально-метасо-матических процессов. Деанортизация плагиоклазов происходила, вероятно, при спи-литизации пород в подводных обстановках.

По химическому составу породы дворецкого комплекса отличаются высоким содержанием щелочей и титана и довольно низким содержанием кремнезема (таблица). На диаграмме TAS (рис. 4) трахиба-зальты попадают в поля умереннощелочных и щелочных базальтоидов.

Рис. 4. Точки составов базальтов дворецкого комплекса на диаграммах TAS [5] (слева) и AFM (справа) [7]

Точки составов авгититов ложатся в зуются известково-щелочным трендом (см. область щелочно-ультраосновных пород, рис. 4).

На диаграмме AFM все породы характери-

35 ЗГ 39 АІ 43 Упьтраосновные

Химический состав пород дворецкого комплекса, лгяс.

£

У я rt м Ci К Аегшглт s ? 40 ■ ■. s г í Ґ~г ri . 1 cr. І—1 o ■n m со er, i-H \ó i - ' r-i r-Os . і û--i О ci 40 О Ö О о со чЬ 8 ■=Ь 3 Ö в ГІ 8 в -I- со 8 в 3 3 CÎ en о or en 8 О ГІ S о о сэ о 1-0 гП Г 1 firi Ö r—! g і—і m ^п 40 en

Щ £ з g а î t р í Ё ftt.fi) (Ó Û, 'CS n ґТч t— 'í; О -I- i3\ Г 1 45 r ¡ Г 1 <4 en № . i O Гї era vd s Г-- r— r. rn Щ О % o' cj! o“ 3 О О п 1—1 о в 3 1-І о в п о о 9 і О в г~- § о ср Ö О со Ö о в п 1 о ч? сэ Ö о в 43 R сэ i-H сэ О 3 ЧГл

зи s а 8 r-, ■ і s * û 1 & я В Де Г"1 Я £ а г-Г ТГ o Tí- era O--" 43 ■LO en г l O rJ era Ï-- r1. Tf 40 Г'І в S ö' о ö ® о сэ о 'О S о о со о I-H о г-1 о ср с> п 8 О С> 4L? en 45 ср CÍ s о '/“1 g о О f*» en Г-1 о о сэ о Ті S О Ti О r ■ od ■-_•■ о г-—Ґ

н й в ■ Мі « щ в и я N тГ г- ' Tf en r ! r¡ I- rj ■ -¡ i—i 4P . i O". СЭ ■ і Щ f-1 -t ті ЧЭ r«^ ■“ ! 'І- 40 ö' о CD с- о сэ .-■ сэ п S <э г-- s с> 8 О гП •П 8 О со •п •л о о г-1 о ö‘ 8 О s о со сэ О Ж СО 8 чэ 40 е" 1 •г!

в Я Н Ш -м ¡I 3 я и £ N № ,-t- ІЛ i—* (O со r-i гП en I—* o ■T: od ’-+ K 40 4D ■УІ ÖN с^- О іЛ ö' Гі -J О en О CD г 1 сэ со s О р S в сч g в S 8 в" S в en О ö 8 в Г 1 g о сэ о\ en 8 в en •ГI ¡e Г- S 40 t—1 en

и ai R r-. 1 0 Я à и ». р 45 ТГ r-i —|- i-H o i—1 і—1 ó\ СЭ <7-, *n МП ГІ r-i Tf" Я СП со ö' СО CD з сэ m 8 Ö п г—1 сэ о V". 1 О 40 m 8 о ö\ я »—1 о ГІ о ö‘ IV 8 о rf о о о сэ 1>- 'Г\ 8 О г-4 ■ ■ і со г-1 8 Iy~, чэ vi

J 9 g 31 чі 5 H я S u Г 1 ■■І- ЄП tn en I- fe г i Ґ-I—1 o ■LO r- ‘■G M en СХ; [> Г I с- ö' ri О О 40 р Ö’ о 40 Г'І 8 о со сэ f—! о гП g в со 8 R о ср гч О Ö гП ГІ 8 в ? S о о сэ О 40 О en -f- s і—H 8 і—і S r- ■" "і

№ ■ h h s i P Î L F- „1 ni &'* PS ґГі S Q-i СП r-- СП 3 en 40 en en (П o Ті û\ r' ’-H со Ґ-г "fi- г • Г 1 rn гН 1-І s ö о С>' о гч о о о 3 г-Н о Ö en сэ о о О Ö Г'І V| era О ö О о О ГІ § о щ Ö g О о kJ-, to Г! in СЭ i-H о “■ ■—і 4 rf-

И й м '6 І а H ¡S г-í Tt !-■ 40 en m i-H r ■ r| ■ n I—l a-, со •ҐЇ « 1 ' era 4q era О er-, їЧ ö' МП ö' ГІ О CD ш О О гч о сэ en г- S о 40 сэ о en 8 о С— 1 1 сэ о" g О en р Ö § Ö ео а Ö г-н о сэ 3 Ö '.■•■ s 8 >r, О СЭ

в g -?! ■ ■, I> гП 3 ТҐ Ш f i 40 -t R со R V£¡ 3 rn' -|- m —: 'ґ; ■в m о с? Ч. о г—! о о 40 ÜQ g о 40 г-Н Ö о Г—1 1 Ö § о' ü! ö S o' Ö о Ö 40 |> в о г—* Ог сэ 40 >r-, g ö <л со ■:■ Г'| OS В сэ ■'J, r -■- і

* ä « g ы g Си Ч Ш r Ê Н а “ в s ? ® Я Ü s m H o uF» o H O 1-І 4 r o ¿ Цн ¿ 41 M-4 o __Я Я о я V* <2 ■—4 o, >Î О О ß* иГ> я И F-. о 3 и â ы JS- Р-І 2 и •jft -О peí и ■ н-1 g H Б И я р. V J

:е: Me - ищулъ инслегносга

Оценка пригодности пород дворецкого комплекса для производства базальтового волокна

Образцы пород дворецкого комплекса были оценены на пригодность для производства базальтового непрерывного волокна (БНВ).

Основными критериями к минеральному сырью, пригодному для получения базальтового волокна, являются модуль кислотности, однородность сырья и стабильный состав пород.

В настоящий момент в нормативных документах требования к химическому составу сырья определяются на основании модуля кислотности, а именно в ГОСТе 4640-93 «Вата минеральная. Технические условия» обозначен нижний предел Мк на уровне не менее 1,2-1,6 [3]:

Si (Э*j 4- A.L, О-,

М =----------—

* CaO+MgO'

где Si02, А120з, CaO, MgO - содержания

соответствующих оксидов в сырье или

расплаве, % по массе.

В различной литературе встречаются рекомендации для производства непрерывного волокна из сырья с Мк на уровне 4,7-6,5 [2], а разработчики Украины и Грузии в качестве эталонного сырья рекомендуют породы своих месторождений с Мк 3,18-5,56 (среднее 4,11) и 3,15-6,1 (среднее 4,3) соответственно.

Исследованные породы по результатам рентгенофлуоресцентного анализа имеют модуль кислотности от 2,8 до 4,4 в образцах авгититов и от 3,2 до 5,7 в образцах трахибазальтов. Образцы трахибазальтов и три образца авгитита дворецкого комплекса попадают в рекомендуемый диапазон значений 3,1 - 6,1 (таблица).

НТЦ «Бавома» (Украина, Киев) были проведены исследования различных пород на пригодность для производства волокна и даны рекомендации по химическому и минеральному составу для различных видов изделий [6]. Содержания Si02 для плавления БНВ должны находиться в пределах

47,5-55,0 %, ТЮ2 - 0,2-2,0 %, А1203 -14,0-20,0 %, Fe0+Fe203 - 7,0-13,5 %, CaO

- 7-11 %, MgO - 3,0-8,5 %, Na20+K20 -

2,5-7,5 %.

Г лавными особенностями химизма всех пород дворецкого комплекса являются высокая титанистость, железистость и щелочность, недосыщенность кремнекис-лотой. Низкие содержания Si02 (в среднем 41,9%) приводят к понижению вязкости расплава. Содержание оксидов железа в породах, пригодных для производства базальтового волокна, определяет особенности процессов плавления базальтов. Расплавы с повышенным содержанием оксидов железа имеют большую склонность к кристаллизации, в результате чего волокно становится хрупким и легко разрушается.

Породы дворецкого комплекса обладают относительно стабильным химическим составом (таблица), но разнообразным минеральным составом, различным характером вторичных изменений и неоднородными структурами и текстурами. Положительные факторы - широкая распространенность и высокая степень обнаженности пород, их доступность - есть дороги и подъезды к выходам пород.

Породы дворецкого комплекса могут быть рекомендованы в качестве сырья для производства непрерывного базальтового волокна при условии селективного отбора сырья из наиболее однородных разностей пород. В дальнейшем планируется провести исследования процессов, протекающих при плавке проб, и качества полученного волокна, которые дадут более точную информацию о пригодности пород дворецкого комплекса в качестве сырья для производства базальтового волокна.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования Пермского края (научный проект МИГ «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспечения производства высокотехнологичного базальтового волокна»).

Библиографический список

1. Габбро-базалътовое сырье для производства минерального волокна. Аналитический обзор // Сер. 6. Промышленность полимерных и мягких кровельных и теплоизоляционных строительных материалов. Пермь; М., 2003. Вып. 1-2.

2. Джітірис Д. Д., Махова М. Ф. Основы производства базальтовых волокон и изделий. М.: Теплоэнергетик, 2002. 416 с.

3. Меньшикова Е.А., Казымов К.П., Исаева Г.А., Манъкова Т.В., Мещеряков КА. Исследование пород Пермского края для оценки их пригодности как сырья для производства базальтового волокна // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6.

4. Отчет о полевом выезде в рамках выполнения проекта «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспе-

чения производства высокотехнологичного базальтового волокна» ПГНИУ; отв. исполнитель С.Б. Суслов и др. Пермь, 2012.

5. Петрографический кодекс России / ВСЕ-ГЕИ. СПб., 2008. 200 с.

6. Промежуточный отчет № 2/2013 в рамках выполнения проекта «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспечения производства высокотехнологичного базальтового волокна», науч. рук. Б.М. Осо-вецкий. Пермь, 2013. 276 с.

7. Скляров Е.В. и др. Интерпретация геохимических данных: учеб. пособие / под ред. Е.В. Склярова. М.: Интермет Инжиниринг, 2001.288 с.

8. Чайковский И.И., Суслов С.Б. Вулкан-гора Соколиная // Геологические памятники Пермского края: энциклопедия/под общ. ред. И.И. Чайковского; Горный институт УрО РАН. Пермь, 2009. 616 с.

The Dvoretsky Formation Trachybasalt and Avgitity (Middle Urals, Perm region) and the Evaluation of their Suitability for the Basalt Fiber

A.P. Sedunova, T.V. Mankova, K.P, Kazymov

Perm State National Research University, 614990, Penn, Bukirev st., 15. E-mail: mineral@psu.ru

The pétrographie and petrochemical investigations of the Dvoretsky formation rocks were held as the part of an international research scientists group project «Evaluation of mineral base of Perm region for the provision of high quality basalt fiber production». According to the pétrographie description the rocks are trachybasalts and avgi-tites. It is established that the rocks have a stable chemical composition, but different character of secondary changes and heterogeneous structures and textures. The acidity module (ratio of the amount of acidic oxides Si02+Al203 to the amount of alkali oxides CaO+MgO) is in average 3,6 for avgitites, and 4,4 for trachybasalts. These characteristics correspond with the main requirements for the rocks for the basalt fiber production.

Key words: mineral fiber Western Ural igneous rocks, trachybasalt, avgitity, the Dvoretsky formation.

Рецензент - кандидат геолого-минералогіїческих наук Б. В. Перевозчиков