Минералогия и петрография кианитсодержащих пород Борисовских сопок

Оглавление

Введение

Глава 1. Литературный обзор и краткая история геологической изученности района

Глава 2. Геологическое строение Кочкарского района

2.1 Стратиграфия Кочкарской площади

2.2 Магматизм Кочкарского метаморфического комплекса

Глава 3. Методика исследований

3.1 Полевые исследования

3.2 Лабораторные исследования

3.2.1 Метод оптической микроскопии

3.2.2 Рентгеноспектральный микроанализ

3.2.3 Рентгенофазовый анализ

Глава 4. Минералогическая и петрографическая характеристика кианитсодержащих пород Борисовских сопок

4.1 Разновидности кианитсодержащих пород Борисовских сопок

4.1.1 Минералого-петрографическая характеристика мусковит-кианитовых сланцев

4.1.2 Минералого-петрографическая характеристика кианитовых кварцитов

4.2 Фациальная принадлежность кианитсодержащих пород Борисовских сопок

Глава 5. Обсуждение результатов

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Борисовские сопки – это геологический памятник природы, который расположен в 18 км юго-западнее города Пласт в Кочкарском районе Челябинской области и в 1,5 км к югу от поселка Борисовка (рис.1). Представлены сопки невысокими горами – останцами, протянувшиеся около 6 км в длину, шириной до 1,5 км вдоль реки Каменки.

На Борисовских (кианитовых, Соколиных) сопках находится одно из уникальных месторождений ярко-синего кианита, постоянно пополняющего коллекции минералогических музеев. Борисовское месторождение кианита входит в группу месторождений Урала, разведанных на глиноземистое сырье.

Кианит Al₂SiO₅ (дистен) – минерал группы силлиманита (МГС). Минералы группы силлиманита характеризуются высокой температурой плавления, не размягчаются при нагревании, кислотоустойчивые, обладают хорошими огнеупорными свойствами. На их основе создаются высокоглинозёмистые огнеупоры, керамика, фарфор, глазури, эмали и многое другое.

В настоящее время создана теория возникновения Кв+(Ки+Сил+Анд) парагенезисов, образующие значительные концентрации глиноземистого сырья в стадию кислотного выщелачивания при постмагматическом метасоматозе.

Выделяются промышленные типы кианитовых руд: волокнисто-игольчатые, конкреционные и порфиробластические.

Порфиробластические кианитовые руды отличаются рядом существенных особенностей, связанных с их генезисом. Их распространение ограничено узкими протяженными зонами контактов кианитовых сланцев с интрузивными телами метабазитов, локализованных в протяженных надвиговых шовных зонах (Коротеев и др., 2010).

Продуктивная дистеновая толща тянется по оси Борисовских сопок вдоль всей сланцевой полосы и имеет ширину около 200 м. В ней встречаются тела кианитсодержащих сланцев, находящихся в коренном залегании, а также и элювиальные и делювиальные россыпи, образовавшиеся за счет коренных залежей.

Несмотря на то, что кианиты Борисовских сопок изучались еще с 1868 года и были исследованы различные виды кианитсодержащих пород, из цепи детального описания кианитовых сланцев выпали светлые мусковит-кианитовые сланцы. Поэтому основой для данного исследования послужили, прежде всего, образцы порфиробластовых разностей, представленные сланцами и кварцитами.

Целью работы является выяснение особенностей минералогического и петрографического состава кианитсодержащих пород Борисовских сопок, определение их фациальной принадлежности.

Задачи работы:

1.  Изучение минерального состава и характер взаимоотношения минералов, выявление последовательности их образования.

2.  Изучение микроструктурных особенностей кианитсодержащих пород, петрографическое исследование кианитовых сланцев и кианитовых кварцитов.

3.  Проведение сравнительного анализа и обобщение по фациальной принадлежности двух видов кианитсодержащих пород.

Работы проводились на Геологическом факультете Южно-Уральского государственного университета и в Институте минералогии Уральского отделения РАН.

Материал для исследований был отобран во время прохождения преддипломной практики.

В рамках работ были изучены 15 образцов кианитсодержащих пород, 20 шлифов, проведен рентгеноспектральный микроанализ 2 пластинок (аналитик Чурин Е.И.) и рентгенофазовый анализ пробы слюды (аналитик Хворов П.В).

Рис. 1. Схематическая карта уральских месторождений дистена, андалузита, силлиманита (Игумнов, Кожевников, 1935): 1-3 месторождения Al₂SiO₅, 1 – непромышленного характера; 2 – разведанные второстепенного значения, 3 – разведанные месторождения промышленного характера.

Список месторождений:

андалузит

1 – д. Южаково;

силлиманит

2 – Нижнеисетский завод;

дистен

3 – д. Колюткино; 4 – Сысертское; 5 – Соколиный камень; 6 – Абрамовское; 7 – Черкаскульское; 8 – Иткульское; 9 – Тюбукское; 10 – Аллакское; 11 – Кисегачское; 12 – Каслинское; 13 – М-Каслинское; 14 – Голодное; 15 – Красное; 16 – Теченское; 17 – Увильды; 18 –Уфимское; 19 – Таганайское; 20 - Уреньгинское; 21 – Михайловское; 22 – Светлинское; 23 – Борисовское; 24 – Каменское; 25 Карталинское

Глава 1. Литературный обзор и краткая история геологической изученности района

Минерал кианит известен на Южном Урале со времен добычи россыпного золота в Троицком Уезде, с середины 19 века. Кианит находили на многих приисках Кочкаря. Кианит из россыпей, главным образом по рекам Каменке, Теплой и Санарке, стал использоваться в ювелирных изделиях.

Геологи-естествоиспытатели А. Арцруни и Н. Высоцкий предположили источниками минерала дистеновые жилы к северу от реки Каменки. Скоро нашли коренные породы кианитов – кристаллические серицитовые сланцы, слагающие Соколиные сопки, поблизости от золотых россыпей, как считали Г. Разумовский и М. Мельников.

В 30-е годы 20 века кианитом как полезным ископаемым заинтересовались металлурги. При нагревании до 1350°С кианит превращается в минерал муллит. Высокая огнеупорность муллита позволяла применять его для запальных свечей для авто- и авиамоторов, тиглей, брусков для стекловаренных печей. Огнеупорные изделия из кианитового сырья можно применять и в производстве стали.

В то время у металлургов Магнитогорского металлургического комбината были большие проблемы с огнеупорами. По поручению ММК Уралгеомин приступил к заготовке партии кианита с целью использования его огнеупорных свойств в производстве сталеразливочных стаканов (Колисниченко, 2010).

В 1929-1933 г.г. была выполнена предварительная разведка на Борисовском, Михайловском и Светлинском проявлениях кианита (рис. 1). В 1929 году на Борисовском месторождении проводились предварительные разведочные работы. Всего пройдено 420 выработок: мелких шурфов – 406, глубоких (до 10 м) – 6, канав – 8, дудок –1, всего 1350 м3. В 1930–31 годах детальные геологоразведочные работы были проведены Уральским отделением института Прикладной минералогии. Пройдены через 20 км в линиях, отстоящих друг от друга на 50 м мелкие дудки, а в некоторых линиях и шурфы с рассечками и разведочная шахта, проводилось также бороздовое опробование.

Бороздовое опробование в горных выработках показало неравномерное распределение минералов группы силлиманита (кианита), в отдельных случаях достигало 25-26 %, но в целом ниже. Среднее содержание кианита в породе составляет 8,5 %. Запасы по коренным залежам подсчитаны до глубины 30 м исходя из среднего содержания дистена и веса горной массы. Удельный вес дистенового сланца принят равным 2,5 г/см3. Полученные результаты составляют (в тыс.т) по категориям: А – 6,1; В – 2,5; С₁ – 33; С₂ – 80; Итого – 121,6 тыс.т. (Коротеев, 2008).

В 1932 году рудопроявление опоисковано A.H.Игумновым. По наблюдениям А. Н.Игумнова Борисовское месторождение дистена образовалось в результате воздействия на кварцево-слюдяные сланцы продуктов остаточной гранитной магмы. За эту точку точку зрения прежде всего говорят нахождение залежей дистен в центральной осевой зоне метаморфической полосы Борисовских сопок, то есть там, где имеют развитие различные образования последних дериватов гранитной магмы. По периферии сланцевой полосы, и в контакте ее с гранитами – дистена не наблюдается.

Форма залежей дистенового сланца жилообразная и линзообразная также указывают на более позднее происхождение этих образований. Факторами, заслуживающими серьезного внимания, являются нахождение кианита в жилах с дымчатым горным хрусталем и нахождение минералов сопутствующих дистену: рутила, турмалина и монацита.

Последовательность процессов происходивших в районе месторождения:

1. Кварцево-слюдяные сланцы, образующие сейчас Борисовские сопки, первоначально были глинистыми сланцами.

2. Интрузия основной магмы.

3. Образование гранитного массива и кварцево-слюдяных сланцев (метаморфизм глинистых сланцев); метаморфизм основных пород.

4. Жильный гранит; аплит.

5. Пегматитовые жилы (обычного вида).

6. а) Жилы с дымчатым горным хрусталем с турмалином и кианитом.

б) Жилы и линзы серого кварца («кварцит»)

7. Жилы молочного кварца.

Образование дистена в приведенной схеме относится по времени к образованию жил с дымчатым горным хрусталем и жил серого кварца.

Основная масса сланцев имеет бурый цвет; белый, зеленоватый сланец характерен для центральной полосы, представлявшей в прошлом арену деятельности разнообразных жильных процессов. Вероятно, что образование сланца белого и вообще светлого цвета следует отнести за счет обесцвечивающего действия восходящими гидротермальными растворами бурых железистых сланцев. Зеленая окраска сланца объясняется восстановлением окиси железа до закиси теми же растворами. Закисным соединениям железа обязана и синяя окраска кианита (Игумнов, 1935).

В 1930 году Уралмеханобр провел полупромышленное испытание получения полуконцентрата и выполнил обогатительные работы на Верх–Нейвинской обогатительной фабрике. Обработано 4600 тонн сырой руды и на рудопроявлении получено 800 тонн полуконцентрата с содержанием кианита 45–48% при его исходном количестве в горной массе 8–10%. При обработке в промышленных условиях получен концентрат, состоящий на 90–92% из кианита (Al₂О₃ – 55%), его испытание проводилось в УралВИОК и на заводе им. М.В.Ломоносова.

Полуконцентрат содержал Al₂O₃=35,8%, первый концентрат А1₂O₃=52-57% (85–90% кианита), выход 24-25%; второй концентрат – А1₂O₃=48,9% (72% кианита), выход 20%. Из них были изготовлены муллитовые изделия, лабораторные тигли, покрышки и др.; из полуконцентрата – огнеупорные кирпичи, прошедшие испытания на металлургическом заводе.

В 1938-1941 г.г. на рудах Борисовского месторождения проведены лабораторные и полупромышленные испытания различных технологий обогащения на Верхне-Нейвинской фабрике. Из выделенного кианитового концентрата получены изделия тонкой и грубой керамики (пирометрические трубки, автосвечи, тигли для обжига фарфоровых изделий, нагревательные приборы массового использования, огнеупорные кирпичи, пробки, стаканы). Получены положительные заключения о качестве кианитового концентрата и его использовании от УралВИОК, Ленинградского фарфорового завода им. Ломоносова и Магнитогорского металлургического комбината.

В 1957 г. М.Н. Букиной составлена сводка по проявлениям высокоглинозёмистых руд Урала, в неё вошли и материалы по Пластовскому району.

В 1987 г. Южно-Уральская ГРП Челябинской ГРЭ по заявке Министерства чёрной металлургии начала поисковые работы на высокоглинозёмистое сырьё в пределах Борисовского проявления кианита (Савичев, 2009).

К концу столетия кианитом на Южном Урале вновь заинтересовались металлурги ММК и ученые-геологи. Только теперь геологоразведочные работы направлены на эффеля отработанных золотоносных россыпей. Кианита в них много – более 10 %, как в коренных сланцах. Прогнозные запасы кианита только по Еленинской россыпи составляют около 500 тыс. тонн. Естественно, что путь ивлечения минерала будет отличаться от прежних работ. В 1997 году под руководством профессора НГУ Г.Г. Лепезина работала экспериментальная обогатительная установка по извлечению кианита из песков. Экономической целесообразности устроители работ не добились (Колисниченко, 2010).

В 2004 году В.Н. Огородников в публикации «Минерагения шовных зон Урала» указал, что кианит проявлен в пределах Светлинского рудного поля в зонах сочленения гнейсового ядра со сланцевым обрамлением, по периферии отдельных гранито-гнейсовых купольных структур или вдоль линейных тектонических (шовных) зон, например Борисовской, и имеет метасоматическое происхождение. Кианит метасоматический развивается в тектонически ослабленных зонах с образованием отчетливой метасоматической зональности, которая не зависит от состава и уровня метаморфизма исходных пород. Во внешней зоне колонки обычно развиты метасоматиты мусковит-кварцевого состава, которые постепенно переходят в мусковит-кианитовые (силлиманитовые), а затем в кианитовые кварциты нередко с силлиманитом, что свидетельствует о давлении не ниже 6 кбар и температурах выше 650 ºС. Во внутренней (центральной) зоне нередко образуются мономинеральные кварциты, сложенные грануломорфным кварцем. Эти данные с учетом сведений, полученных при экспериментальных исследованиях (Жариков и др., 1972; Althaus, 1967 и др.), позволяют рассматривать развитие кианитовых кварцитов как процесс кислотного выщелачивания в шовных зонах. Повышение давления и кислотности в системе обусловливает разложение полевых шпатов и темноцветных минералов гнейсов с образованием парагенезиса мусковит+кварц, который в центральных зонах замещается парагенезисом кианит силлиманит)+кварц. Иногда центральная зона колонки сложена, как уже отмечено, монокварцевым метасоматитом (Огородников, 2004).

В настоящее время в районе Борисовского проявления кианита в соответствии с выданной лицензией ООО «Мингрупсил» приступило к проведению геологоразведочных работ на кианит, золото в пределах Андрее-Юльевского участка техногенных россыпей. Участок расположен в 18 км юго-западнее г. Пласт и в 6 км юго-восточнее п. Борисовка. Руководителем работ по проекту «Минералы группы силлиманита – новый вид сырья для производства высокоглинозёмистых огнеупоров, глинозёма, силумина и алюминия» является В.А. Коротеев.

Глава 2. Геологическое строение Кочкарского района

Кочкарская площадь расположена в пределах Восточно-Уральского поднятия и охватывает территорию одноименного антиклинория. Геологическое строение рассматриваемого региона является весьма сложным и до сих пор далеко не ясным. Этому способствовали: широкое развитие сильно метаморфизованных толщ, отсутствие в подавляющем большинстве из них фаунистических остатков, высокая степень дислоцированности, слабая обнаженность (Сначев, 1989).

В разное время в изучении стратиграфии, магматизма, метаморфизма, металлогении, тектоники Кочкарской площади принимали участие А.Н.Заварицкий, С.С. Смирнов, Е.В.Рожкова, А.Н.Игумнов, К.Е.Кожевников, И.В.Ленных, Д.С.Штейнберг, Б.К.Львов, Н.Ф.Мамаев, Г.А.Кейльман, В.Б.Болтыров, Г.Б.Ферштатер, В.И.Сначев, Е.П.Щулькин, В.П.Муркин А.И.Батанин, Р.И.Шагина, В.Н. Огородников и многие другие исследователи, в работах которых заложены основы современных представлений по геологии Кочкарского метаморфического комплекса (Коротеев, 2008).