CC BY
48
УДК 550.8:553.08:53/54 В.В. Бахтерев
ВЫСОКОТЕМПЕРА ТУРНАЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ СЕРПЕНТИНИЗИРОВАННЫХ ГИПЕРБАЗИТОВ И ПРОГНОЗ ОРУДЕНЕНИЯ
Получены температурные зависимости электропроводности гипербазитов различных типов асбестоносности в интервале 20—800 °С. Определены электрические параметры lgRo, Ео исследованных образцов и установлен характер их распределения. Выявлена связь между типом асбестоносности и lgRo, Ео вмещающих гипербазитов. Ключевые слова: серпентинизация гипербазитов, типы асбестоносности, электрическое сопротивление, энергия активации, высокая температура.
Т^аженовское месторождение хри-
ЛЗ зотил-асбеста приурочено к ги-пербазитам дунит-гарцбургитовой формации, массивы которой входят в состав перидотитовых поясов, фиксирующих глубинные разломы внутри эвгеосинк-линальных зон складчатых областей. Геологии, петрологии и металлогении месторождения посвящена обширная литература, в частности [1, 6—8, 10] и др. Важной генетической особенностью формирования месторождения является изменчивость физико-химического режима и длительность гидротермального процесса, предшествовавшего кристаллизации асбеста. Благодаря различному первичному составу гипербазитов, а также широко развившимся наложенным стадиям серпентинизации и других метаморфических процессов серпентиниты характеризуются многообразием структурных особенностей и состава серпен-тиновых и других минералов.
Главное значение в строении рудного поля месторождения имеют разломы [1, 10]. По времени заложения разломы предшествовали интрузии гранитоидов или формировались одновременно с ней. Вдоль разломов располагаются залежи месторождения. Строение залежей зональное. В общем случае, к зонам разло-
мов, отмеченными дайками кислого состава, оталькованными и рассланцованны-ми серпентинитами, примыкают массивные серпентиниты, в которых на некотором расстоянии от разломов появляются тончайшие прожилки и единичные жилки асбеста, переходящие постепенно в мелко-прожил. Зона мелкопрожила постепенно переходит в серпентиниты с асбестом типа мелкой сетки, крупной сетки и зону отороченных жил. Зона отороченных жил сменяется неасбестоносными слабосерпенти-низированными перидотитами [10]. Известно [1, 9], что разным типам асбесто-носности серпентинитов соответствует хризотил-асбест разного качества (разная длина волокна, прочность на разрыв) и содержания в породе.
Закономерная смена асбестоносных зон и ослабление степени серпентиниза-ции пород в направлении от разлома к центру заключенного между разломами блока является следствием ослабления трещиноватости первичной породы в том же направлении.
Руды Баженовского месторождения неоднородны по первичному составу исходных пород и минеральному составу серпентинов, что отразилось также на физико-химических и механических свойствах хризотил-асбеста. Серпентиниты апо-
гарцбургитовые и аподунитовые немалит-содержащие. Немалит находится в тонком срастании с волокнами асбеста. Поэтому в практической деятельности необходимо учитывать не только типы асбестоносно-сти, но и состав исходных пород, минеральный состав серпентинитов.
При разработке месторождения всегда предпочтительна селективная выборка руды. В случае добычи асбеста важно еще на начальной стадии технологического процесса разделить потоки руды, содержащей хризотил-асбест разного качества. Точные и достоверные данные о вещественном составе руд и их пространственном размещении для селективной отработки позволяют повысить производительность и улучшить качество товарной продукции. Особенности состава и структуры минералов отражают физико-химические условия их генезиса и проявляются в их физических свойствах, в том числе электрических, в том числе при высоких температурах. Поэтому выявление связей типов асбестоносности серпентинитов с их электрическими параметрами представляет как общегеологический, так и практический интерес.
Нашими предыдущими исследованиями [3] установлено поведение при высоких температурах электрического сопротивления некоторых серпентинитов (ду-нитовых и гарцбургитовых) из Баженов-ского месторождения хризотил-асбеста. Результаты сопоставлены с данными термического, минералогического, химического и других анализов. Выявлена связь характера поведения электрического сопротивления изученных серпентинитов с их генезисом и составом исходных пород. Установлено, что характер кривой электрического сопротивления с температурой lgR=f(T) определяется составом серпенти-новых (и не только) минералов, набор которых определяется первичным составом
гипербазитов и физико-химическими условиями процессов серпентинизации. Установлено, что определяющее влияние на характер поведения электрического сопротивления исследованных серпентинитов при высоких температурах оказывают минералы серпентиновой группы (лизар-дит, хризотил, антигорит), а также минералы, в состав которых входит кристаллизационная вода, в первую очередь брусит, немалит, пироаурит.
Цель настоящих исследований показать существование связей между серпентинитами с различным типом асбе-стоносности и параметрами их высокотемпературной электропроводности и привлечь внимание специалистов, в первую очередь геологического, горнодобывающего и перерабатывающего профиля, к новому нетрадиционному методу разведки и оценки качества минерального сырья.
Методика определения электропроводности образцов горных пород и электрических параметров при высоких температурах описана ранее [2, 3]. Электрическое сопротивление (R) измеряли двухэлектродной установкой в режиме динамического нагрева через каждые 10 градусов в интервале температур 20— 800 °С. Скорость нагревания 4 град/мин. Температуру определяли в 10 мм от образца хромель-алюмелевой термопарой. Исследуемые образцы вырезали в форме кубика с ребром 15 мм и помещали между плоскими электродами (один электрод медь, второй — нержавеющая сталь). В качестве измерительного прибора использован тераомметр Е6-13А, позволяющий определять электрическое сопротивление постоянному току в диапазоне от 10 до 1014 Ом и относительной ошибкой от +2.5 до 4 % в зависимости от диапазона.
Для определения энергии активации Е0 и коэффициента электрического со-
противления lgR0 кривые высокотемпературной электропроводности были построены в координатах lgR, 1/T. Энергия активации E0 определена по величине тангенса угла наклона касательной к кривой lgR= = f(1/T) в некоторой точке прямолинейного участка в температурной области, где кривая lgR=f(1/T) не искажена аномальными эффектами. Коэффициент электрического сопротивления lgR0 определен как величина отрезка, отсекаемого касательной к кривой lgR=f(1/T) на оси ординат.
Образцы для исследований отобраны из различных типов асбестоносно-сти: отороченные жилы, крупная и мелкая сетка, мелкопрожил. Всего отобрано 32 образца, Часть образцов из личной коллекции любезно предоставлена Сергуновым П.В. (ВНИИпроек-тасбест). Из части образцов изготовлены прозрачные шлифы и изучены под микроскопом. Минеральный состав этих образцов приведен в табл. 1. Для части образцов выполнен дериватографический анализ (рис. 1). Изученные образцы представлены апогарцбурги-товыми и аподунитовыми серпентинитами.
В работе [9] показано, что хризотил-асбест из первых четырех типов по кристаллической структуре, химическому составу и физико-химическим свойствам практически не различается между собой и относится к хризотил-асбесту нормальной прочности. Продольно-волокнистый хризотил-асбест и из аподунитовых серпентинитов (тип V) характеризуется повышенными потерями при прокаливании, что объясняется наличием
1820
Рис. 1. Типичные кривые термического анализа (ДТА) образцов групп исследованных серпентинитов. Числа на кривых — температуры (в градусах Цельсия) термических эффектов. Цифры 1, 5, 6 — номера проб исследованных серпентинитов, описанных в таблице
немалита, находящегося в тонком срастании с волокнами асбеста. На термограммах образцов 5 и 6 (рис. 1) фиксируется четкий эндотермический эффект в интервале 417—420 °C, соответствующий температуре диссоциации не-малита. В образце 6 по данным дерива-тографии отмечено присутствие пироа-урита.
На рис. 2 приведены типичные кривые lgR=f(T) исследованных серпентинитов из различных типов асбестонос-ности. Особенностью исследованных пород является широкий диапазон электрического сопротивления во всем исследованном температурном интервале (до 5 порядков). Начальный участок (20—200 °C) кривых lgR=f(T) почти всех исследованных образцов серпентинитов характеризуется уменьшением электрического сопротивления. Разный наклон кривой lgR=f(T)
здесь определяется различным влагосо-держанием серпентинитов [5]. При температурах выше 200 °C, после удаления гигроскопической воды, вплоть
!д (Р, Ом-см)
9 " '
В 7 В 5 4 3
О 200 400 600 В00 Т,°С
Рис. 2. Зависимость от температуры электрического сопротивления образцов серпентинитов. Цифры на кривых — номера образцов, описанных в табл. 1
до 800 °С электрическое сопротивление определяется сухим серпентинитом: минеральным составом, структурными и текстурными особенностями исследуемого образца [3]. На рис. 3 приведена связь между ^Я0 и Е0 исследованных образцов серпентинитов. Графическое изображение этой связи в координатах ^Я0, Е0 обнаруживает два поля распределения фигуративных точек: одно соответствует серпентинитам немалитсодержащим аподунитовым и серпентинитам с продольным хризотил-асбестом, второе — апогарцбургитовым. Поля не совпадают и не пересекаются друг с другом. Поля распределения фигуративных точек исследованных образцов апогарцбургито-вых серпентинитов, вмещающих хризотил-асбест (типы асбестоносности I—IV) в координатах Еа 1^0 выстраиваются в последовательный ряд в направлении от безрудного ядра к осевой зоне разлома. При этом с увеличением степени серпенти-низации, то есть с приближением к зоне разлома, точки с координатами Е0, 1^0 тем дальше отходят от базовой прямой, чем 72
1д (Р0, Ом-см)
I2 д ! □ !1 О III О- IV * V
^ 3 □ ооЛ
• 54 \ 0° эо <:■ 4
\ О о о
* V е**4- к
О 0.4 0.8 Ео, эВ
Рис. 3. Связь между Е0 и lgRo исследованных образцов серпентинитов из разных зон асбестоносности. Апогарцбургитовые серпентиниты: I — зона отороченных жил; II — зона крупной сетки; III — зона мелкой сетки; IV
— зона мелкопрожила. V — аподунитовые бруситсодержащие серпентиниты с асбесто-носностью отороченных жил и мелкой сетки и серпентиниты с продольно-волокнистым асбестом. Прямая линия - корреляции lgRo = £(Е0) гипербазитов, не содержащих оруденения. Цифры 1-6 — номера проб исследованных серпентинитов, описанных в таблице
ближе к зоне разлома отобран образец. Поля распределения фигуративных точек групп образцов апогарцбургитовых серпентинитов находятся по одну сторону корреляционной прямой, 1^0=^Е0), установленной для серпентинитов из безрудных площадей [4, 5], а образцов аподунитовых бруситсо-держащих серпентинитов и серпентинитов с продольно-волокнистым хризотил-асбестом — по другую.
Таким образом, выявлена связь между типом асбестоносности хризотил-асбеста и параметрами высокотемпературной электропроводности вмещающих его серпентинитов. Описанные результаты позволяют надеяться на то, что можно будет расчленять руды с различным качеством хризотил-асбеста по параметрам высокотемпературной элек-
Минерал
Содержание основных породообразующих минералов (%) в образцах
1 2 3 4 5 6
Оливин 42
Пироксен 3
Энстатит
Антигорит 30 1 17 12 20 55
Хризотил 10 31 75 50 35 10
Хризотил-асбест 60 5 18
Бастит 10 4 5
Карбонаты 3 1 3 15 5
Офит 10
Брусит 10 14
Пироаурит 4
Магнетит 10
Лимонит 3 5
Рудный 10 12
тропроводности вмещающих их серпен- тинитов.
1. Баженовское месторождение хризотил-асбеста / Под ред. К.К. Золоева, Б.А. Попова.
— М.: Недра, 1985. — 271 с.
2. Бахтерев В.В. Методика измерения электрического сопротивления гипербазитов при высоких температурах // Уральский геофизический вестник № 1. — Екатеринбург: УрО РАН, 2000. — С. 18—20.
3. Бахтерев В.В. О характере изменения при высоких температурах электрического сопротивления серпентинитов из Баженовского месторождения (Урал) // Геология и геофизика, 2000. — Т. 41. — № 9. — С. 1325—1330.
4. Бахтерев В.В. Оценка формационной принадлежности гипербазитов Урала по параметрам их высокотемпературной электропроводности // Доклады Академии наук, 2004. — Т. 398. — № 3. — С. 371—373.
5. Бахтерев В.В. Высокотемпературные исследования гипербазитов Урала. — Екатеринбург: УрО РАН, 2008. — 151 с.
6. Башта К.Т. Особенности строения и механизм формирования жил хризотил-асбеста // Добыча и обогащение асбестовых
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
руд. Тр. ВНИИПроектасбест, вып. 22. Асбест, 1980. — С. 3—24.
7. Зырянов ВА Особенности структуры и асбе-стоносности Западной полосы Баженовского месторождения асбеста // Добыча и обогащение асбестовых руд. Тр. ВНИИПроектасбест, вып. 19. Асбест, 1977. — С. 17—21.
8. Зырянов В.А. Стадийность, направленность и баланс вещества при процессах серпентинизации и асбестообразования на Баженовском месторождении // Добыча и обогащение асбестовых руд. Тр. ВНИИПроектасбест, вып. 21. Асбест, 1979. — С. 29—39.
9. Зырянов В.А., Воронов И.Е., Гурьев С.А. Физико-химические и механические свойства хризотил-асбеста из различных типов руд // Разведка и охрана недр. 1985, № 1. — С. 41— 46.
10. Татаринов П.М. Генетические типы месторождений хризотил-асбеста // Месторождения хризотил-асбеста СССР / Под редакцией П.М.Татаринова и В.Р.Артемова. М., Недра, 1967, с. 16-25. ВШЭ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -----------------------------------------------------------
Бахтерев В.В. — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Института геофизики УрО РАН, [email protected]
