CC BY
28
УДК 550.428; 553.068.36
литохимия коры ВЫВЕТРИВАНИЯ ЖЕЛЕЗО-КРЕМНИСТО-СЯАНЦЕВОИ ФОРМАЦИИ БОЛЬШЕТРОИЦКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
И. И. Никулин1, М. П. Кетрис2, Я. Э. Юдович2
воронежский государственный университет, Воронеж iinikulin@gmail.com 2Институт геологии Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар yudovich@geo.komisc.ru
Оценены средние составы основных групп горных пород Большетроицкого железорудного месторождения Курской магнитной аномалии, расположенного в 35 км к ЮВ от г. Белгорода. Актуальность работы объясняется необходимостью вовлечения Большетроицкого месторождения в промышленную разработку с помощью методики подземной гидродобычи, для чего необходима надежная диагностика разновидностей горных пород, в особенности БЖР — богатых железных руд. Последние находятся в составе мощной довизейской коры выветривания по субстрату докембрийской железо-кремнисто-сланцевой формации (курская серия с возрастом около 2 млрд лет), представленной джеспилитами и железистыми сланцами. На основе более 1000 анализов керновых проб из 45 поисковых и разведочных скважин выделены две основные группы пород: умеренно железистые вмещающие и сопутствующие (в том числе и бокситы) и собственно БЖР. В пределах этих групп с помощью литохимических модулей: гидролизатного ГМ, алюмокрем-ниевого АМ и железного ЖМ - выделено 12 кластеров, отвечающих основным литохимическим типам коры выветривания.
Ключевые слова: богатые железные руды, джеспилиты, сланцы, кора выветривания, литохимия.
LiTHOCHEMiSRY OF THE WEATHERiNG CRUST OF THE FERROUS CHERT-SHALE FORMATION ON THE BOLSHETROiZKOE DEPOSIT
I. I. Nikulin1, М. P. ^tris2, Ya. E. Yudovich2
1Voronezh State University, Voronezh 2Institute of Geology of Komi SC UB RAS, Syktyvkar
The average compositions of main rock groups from Bolshetroitskoe iron ore deposit of Kursk magnetic anomaly, located 35 km southeastward from the Belgorod sity, were estimated. The benefits of this study are explained by the necessity of industrial development of Bolshetroitskoe deposit by the underground hydraulic mining methods, which require a reliable diagnostics of rock varieties, especially of highgrade iron ores. The latter composed thick Pre-Visean weathering crust on the substrate of Precambrian ferriferous-silica-shale formation (Kursk series with the age ca. 2 billion years) represented by jaspilites and Fe-shales. Based on more than 1000 analyses from 45 prospecting and exploratory boreholes, we determined 2 main groups of rocks: moderately ferriferous enclosing and associated rocks (including bauxites) and actually high-grade iron ores. Within these groups, we determined 12 clusters relating to main weathering crust lithotypes with the help of lithochemical modules: hydrolizatic (GM), alumosilicic (AM) and ferrous (FM).
Keywords: high-grade iron ores, jaspilites, shales, weathering crust, lithochemistry.
Геологический очерк
Большетроицкое месторождение богатых железных руд (БЖР) расположено в юго-западной части Курской магнитной аномалии, в 35 км юго-восточнее г. Белгорода (рис. 1). Богатые железные руды слагают кору выветривания, развитую по породам железисто-кремнисто-сланцевой формации: роговикам, джеспилитам и сланцам [1, 2]. Поскольку БЖР здесь залегают на значительной глубине, отработ-
ка их карьерами или шахтами считается затратной, в связи с чем возникла идея разработки месторождения методом подземной гидродобычи [4, 5]. Железорудная кора выветривания (КВ) месторождения залегает под палеоген-каменноугольным осадочным чехлом мощностью 425— 510 м (рис. 2). Её вполне плавная поверхность местами осложнена локальными депрессиями, где в основании карбона прослеживаются переотложенные железные руды
в пластах мощностью до 20 м, реже бокситы (1—9 м). Абсолютные отметки кровли меняются от —200 до —350 м. Мощность КВ варьирует от 80 до 300 м на железистых кварцитах и до 50—70 м на сланцах. Под осадочным чехлом часто залегают выве-трелые надрудные сланцы коробков-ской свиты, преобразованные в бокситы, железо глиноземистые руды и каолины мощностью до 60—70 м. В целом КВ характеризуется пла-щеобразной формой при соотноше-
Рис. 1. Обзорная схематическая карта месторождений богатых железных руд Белгородского района КМА. Составил И. И. Никулин. Месторождения: 1 — Яковлевское, 2 — Гостищевское, 3 — Ольховатское, 4 — Висловское, 5 — Разуменское, 6 — Олимпийское, 7 — Соловьёвское, 8 — Мелихово-Шебекинское, 9 — Таволжанское, 10 — Большетроицкое, 11 — Шемраевское
Fig. 1. Schematic map of rich iron ore deposits of Belgorod region of KMA. Compiled by I.I.Nikulin. Deposits: 1 — Yakovlevskoe 2 — Gostischevskoe, 3 — Olhovatskoe, 4 — Vislovskoe, 5 — Razumenskoe, 6 — Olimpiyskoe, 7 — Solovyevskoe, 8 — Melihovo-Shebekinskoe, 9 —Tavolzhanskoe, 10 — Bolshetroitskoe, 11 —Shemraevskoe.
нии ширины к мощности около 1:6. Вдоль двух поперечных зон КВ приобретает черты «фальшкиля» с увеличением мощности в 1.5—3 раза (рис. 2).
БЖР сложены гематитом, псевдоморфозой гематита по магнетиту (мартитом) и в меньшей степени магнетитом. Мартит отличается от гематита внешним видом; под бино-куляром — это почковидные образования с высоким содержанием Бе203. Минералы, слагающие цемент скальных разновидностей железных руд, представлены эпигенетическими
Рис. 2. Схематический разрез коры выветривания по профилю V+400 Большетроицкого месторождения. Составил И. И. Никулин. 1 — переотложенные железные руды, 2 — бокситоносные выветрелые сланцы, 3 — богатые железные руды, 4 — метаморфическая
железисто-кремнисто-сланцевая формация, 5 — разведочная скважина
Fig. 2. Schematic section of weathering crust on V+400 of Bolshetroitskoe deposit. Compiled by 1.1. Nikulin. 1 — redeposited iron ores, 2 — bauxite weathered shales, 3 — rich iron ores, 4 — metamorphicferruginous-siliceous shale formation, 5 — exploration well
сидеритом и кальцитом. Минералами-примесями в железных рудах являются эпигенетический бертьерин, реликтовый шамозит и кварц, реже встречаются сульфиды.
Анализы
В процессе геологоразведочных работ выполнялись сокращенные силикатные анализы (без щелочей и С02) так называемых «кер-новых проб» длиной от 0.4 до 29.2 м. Ввиду большой неоднородности разреза КВ эти пробы далеко не всегда представляли один литотип; нередко в пробу попадало несколько лито-типов, что весьма затрудняет интерпретацию химических анализов. Все анализы (спектральный, атомно-ад-сорбционный, титрометрический) выполнялись по стандартным аттестованным методикам, обеспечивающим получение результатов III категории точности количественного анализа по ГОСТ РФ 41-08-205-99.
Вариация химического состава пород по разрезу
Анализ графиков распределения основных породообразующих оксидов в профилях кор выветривания показывает весьма сложный характер поведения Бе, А1 и Бь
Содержание Гв203 изменяется от 36 % в гематитово-магнетитовых кварцитах до 95 % в мартитовых разновидностях; оно несколько ниже в мартитовых с тонкодисперсным гематитом, силикатно-мартитовых и гематито-мартитовых разновидностях (80—85 %).
Распределение ГвО в разрезе сложное, хотя и с четким трендом (рис. 3). В гематитово-магнетитовых кварцитах оно в среднем составляет 11.5 % (почти всё — в магнетите), в силикатно-магнетитовых кварцитах — 20 %. Попадая в зону окисления, магнетит начинает замещаться мартитом с интенсификацией процесса по мере приближения к поверхности КВ; здесь содержание БеО может убывать до убогого значения 1.5 %. В рыхлых мартитовых породах содержание БеО несколько выше (4.0—6.0 %), что является следствием присутствия в них продуктов выветривания первичного шамозита. При эпигенетической цементации пород сидеритом и бертьерином содержание БеО может возрастать до 23.9 %.
Содержание Гвобщ во всех профилях растет от неизменённых и сла-
боокисленных кварцитов к сильно выветрелым, увеличиваясь примерно вдвое. В кровле профиля КВ оно уменьшается за счет процессов эпигенетической бертьеринизации. Снижение Рео6щ в разрезе происходит также при наличии прослоев вы-ветрелых сланцев. На фоне увеличения Беобщ снизу вверх флуктуации по профилям происходят вследствие литологической неоднородности КВ; содержание Беобщ может колебаться от 28 % (в материнских породах, при среднем содержании 34.5 %) до 69.3 % (в БЖР, при среднем содержании 62.5 %).
Содержание 8102 в общем убывает от 40 % (в джеспилитах) до почти полного отсутствия (0.3 %) в БЖР.
Содержание А1203 в первичных джеспилитах составляет в среднем около 0.5 %, в мартитизированных разностях снижается до следовых величин (0.35—0.4 %), но в рыхлых мартитовых БЖР вновь увеличивается до 1.5 %. Кроме того, возрастание А12О3 происходит в процессах бокси-тизации сланцевого субстрата с формированием бёмита и гиббсита.
Кластеризация
Породообразующие химические компоненты КВ Большетроицкого месторождения разделены на две ли-тохимические группы (см. таблицу): (1) породы, сопутствующие и переходные к БЖР, с содержанием Беобщ менее 50 %; (2) собственно БЖР с содержанием Беобщ более 50 %.
Первая группа соответствует ожелезнённым сланцам, аллитам и бокситам, для её классификации использована модульная диаграмма в координатах АМ (алюмокрем-ниевый модуль) — ЖМ (железный модуль): АМ = А12О3/БЮ2; ЖМ = = (Бе2О3 + БеО + МпО)/(ИО2 + А12О3) [6] — (рис. 4, а) Ввиду убогих содержаний марганца и низких — титана, модули определяются соотношениями только трёх компонентов — кремнезема, глинозёма и оксидов железа. Вследствие «обозримых» (т. е. сравнительно умеренных) вариаций АМ (0.1—14) и ЖМ (0.3— 2.6) для осей диаграммы использован нормальный масштаб величин. В данной группе выделены 6 кластеров: I — железистые аллиты (32 кер-новые пробы), II — железистые суббокситы (8), III — железистые бокситы (2), IV — слабо ожелезнённые (мартитизированные) метаморфи-
ческие породы (39), V — хлоритовые ожелезнённые сланцы с карбонатами (16), VI — ожелезнённые брекчи-рованные сланцы с карбонатами (6). Литохимическая аттестация пород дана согласно [6].
Кластер I. Породы характеризуются как нормогидролизаты (ГМ = 0.92) с минимальной желе-зистостью: ЖМ в среднем — 0.44 и БеО + Бе2О3 = 12.5 %. Содержание глинозема повышенное, А12О3 достигает 27.8 %, что при среднем содержании БЮ2 44.4 % определяет АМ = 0.63 (каолинитовая норма — 0.85). Хотя для всех данных пород такое значение АМ минимально, оно всё же гораздо выше среднего для стратисферы (0.24), что позволяет определить породы как коры выветривания. 0чевидно, что в этих аллитах всегда имеется примесь каолинита.
Кластер II. Породы представляют собой супергидролизаты (ГМ = 8.36), гиперглиноземистые и норможелезистые (ЖМ = 0.40) со средним БеО + Бе2О3 = 20.3 %. На диаграмме при практически той же средней железистости, что и в кластере I, этот кластер сильно смещен вправо по оси АМ. Содержание глинозёма высокое, А12О3 = 49.6 %, что при среднем содержании БЮ2 8.5 % определяет очень высокий АМ = 5.83. Поэтому, несмотря на несколько повышенное содержание титана (ИО2 = 1.2 %), титановый модуль сохраняется на низком уровне (ТМ = 0.024) — таком же, как и в предыдущем кластере. Очевидно, что эти бокситы образовались по первичному сланцевому субстрату.
Кластер III. Породы являются гипергидролизатами (ГМ = 19.24), гиперглиноземистыми (АМ = 12.83) и норможелезистыми (ЖМ = 0.47). На диаграмме при несколько повышенной средней железистости в сравнении с кластером II этот кластер занимает крайне правое положение вследствие экстремального АМ, обусловленного не глинозёмом, которого здесь столько же, как в кластере II (А12О3 = 49.4 %), а сильно пониженным содержанием кремнезёма (БЮ2 = 3.85 %). Очевидно, что эти две пробы — это самые высококачественные бокситы.
Кластер IV. К данному кластеру относятся преимущественно ги-дролизаты (ГМ 1.32—5.74), супержелезистые (ЖМ 1.16—1.38), нормо- и суперглиноземистые. На диаграмме
Химический состав сопровождающих пород и железных руд Болыпетроицкого месторождения, мае. % Chemical composition of accompanying rocks and iron ore of Bolshetroitskoe deposit wt. %
Сопровождающие породы Железные РУДЫ
Компо- I II III IVa IVb V Vila VI Vllb VIII ГХа Kb X XI XII
ненты и модули Аллиты желези- Бокситы железистые Кварцито -сланцы и сланцы Сланцы хлорито- Квар-цито- Бедные руды Богатые руды
стые вые сланцы
n 32 8 2 28 11 16 5 6 11 34 56 3 62 96 639
SiO, 44.45 8.51 3.85 37.16 12.23 23.83 35.46 2.69 4.82 37.10 41.14 40.64 12.35 5.02 1.95
TiO, 0.68 1.20 1.165 0.65 0.80 0.54 0.32 0.72 0.41 0.06 0.01 0.01 0.06 0.12 0.03
A1A 27.81 49.63 49.40 22.13 28.68 17.71 10.94 25.64 12.09 1.73 0.33 0.09 1.06 4.37 0.84
Fe203 8.11 8.20 16.18 15.22 23.79 24.68 33.35 54.26 55.96 51.31 48.82 52.65 74.97 65.90 85.62
FeO 4.38 12.08 7.26 11.11 16.83 17.83 9.65 5.32 13.37 4.85 5.80 4.01 4.63 13.86 6.43
MnO 0.03 0.07 0.08 0.03 0.05 0.07 0.05 0.06 0.10 0.05 0.04 0.04 0.05 0.07 0.05
MgO 0.88 0.85 0.41 1.06 0.99 1.55 1.13 0.26 0.71 0.53 0.52 0.25 0.26 0.68 0.21
CaO 0.43 2.86 5.34 0.65 2.33 1.74 0.74 2.11 2.98 1.02 1.13 0.66 2.45 2.28 1.49
PA 0.065 0.099 0.075 0.128 0.140 0.125 0.098 0.120 0.16 0.089 0.068 0.039 0.080 0.126 0.09
S 0.03 0.09 0.10 0.24 0.08 0.37 0.06 0.06 0.15 0.06 0.04 0.03 0.23 0.32 0.16
ППП 8.56 14.47 14.62 7.58 11.48 8.71 6.66 7.88 9.09 3.28 1.23 1.00 3.22 5.62 2.44
Сумма 95.43 98.07 98.47 95.98 97.39 97.15 98.44 99.12 99.84 100.08 99.14 99.42 99.37 98.36 99.31
Fe,0,+Fe0 12 20 23 26 41 43 43 60 69 56 55 57 80 80 92
ГМ 0.92 8.36 19.24 1.32 5.74 2.55 1.53 32.03 20.11 1.56 1.34 1.40 6.54 16.80 64.27
ЖМ 0.44 0.40 0.47 1.16 1.38 2.33 3.83 2.26 5.84 31.39 156.77 548.65 71.16 17.80 130.43
AM 0.63 5.83 12.83 0.60 2.35 0.74 0.31 9.55 2.76 0.05 0.01 0.00 0.09 0.87 0.49
TM 0.024 0.024 0.024 0.029 0.028 0.031 0.029 0.028 0.034 0.034 0.042 0.107 0.052 0.027 0.036
КЭ
cs
при более высокой средней желе-зистости в сравнении с глиноземистыми кластерами I—III этот кластер распадается на два перекрывающихся подкластера IVa (28 проб) и IVb (11 проб) с FeO+Fe2O3 соответственно 26.2 и 40.6 %. Содержания глинозема умеренные и близкие Al2O3 (22.1 и 28.7 %), что при резко различном среднем содержании SiO2 (37.1 и 12.2 %) дает совершенно разные значения AM (0.60 и 2.35). Таким образом, породы подкластера IVa — это слабо ожелезнённые кварцито сланцы со слабой карбонатизацией, они гораздо беднее железом и существенно более кремнисты. Породы под-кластера IVb — это более ожелезнён-ные выветрелые сланцы с проявлением бокситизации.
Кластер V. В среднем представлен супергидролизатами (ГМ = 2.55), гипержелезистыми (ЖМ = 2.33), нормоглиноземистыми со средним FeO + Fe2O3 = 42.5 %. Содержание глинозема низкое (Al2O3 = 17.7 %), что при среднем содержании SiO2 = 23.8 % определяет значение AM = 0.74. Очевидно, что субстратом этих пород послужили в основном силикатные сланцы. При выветрива-
нии происходило разложение железистых силикатов с выносом БЮ2 и менее интенсивным выносом А12О3, с накоплением железа и мартитиза-цией первичного магнетита. Породы этого кластера по высокому среднему значению ЖМ являются переходными к богатым железным рудам.
Кластер VI. Это гипергидроли-заты (ГМ = 32.0), гипержелезистые (ЖМ = 2.26), гиперглиноземистые (АМ = 9.55). Они более ожелезнён-ные в сравнении с породами кластера V и по БеО + Бе2О3 = 59.6 % являются БЖР. Однако при сравнительно невысоком содержании глинозема (А12О3 = 25.6 %) убогое содержание БЮ2 = 2.7 % дает очень высокое значение АМ, свойственное бокситам. Возможно, первичным субстратом таких пород послужили сланцы, силикаты которых были представлены серицитом.
Для кластеризации пород второй группы использованы две модульные диаграммы (рис. 4, б, в): диаграмма АМ-ЖМ и ГМ-ЖМ, где ГМ — гидролизатный модуль (ГМ = = (ТЮ2 + А12О3 + Бе2О3 + БеО + МпО)/БЮ2) [6]. Вследствие огромных вариа2ций АМ (0.002—4.5), ЖМ
(3—600) и ГМ (0.8—230) для осей обеих диаграмм использован логарифмический масштаб величин. Как видно (рис. 4, б) между модулями ГМ и ЖМ нет никакой связи, тогда как между АМ и ЖМ (рис. 4, в) виден отчетливый тренд — значения АМ растут по мере убывания ЖМ. Вероятно, этот тренд в основном обусловлен составом субстрата железных руд: по мере убывания в нем доли джеспилитов возрастает доля сланцев. Породы второй группы разделяются на 6 кластеров: VII — переотложенные руды, кварциты и ожелезнённые (гемати-товые) сланцы, VIII — окисленные кварциты, IX — слабо окисленные кварциты с карбонатами, X — сиде-ритизированные БЖР, XI — переходные БЖР, XII — собственно БЖР с незначительной примесью силикатов и карбонатов.
Кластер VII. Породы этого кластера выделены по сравнительно низким средним значениям ЖМ (1.2—17.4), которые отчетливо разделяются на два подкластера: «нерудный» VIIa (5 керновых проб) с БеО + Бе2О3 = 43 % и «рудный» VIIb (11 проб) с Реобщ = 69 %. Помимо этого, подкластеры отличаются
средней глиноземистостью (AM 0.31 и 2.76), но при одинаковых средних содержаниях Al2O3 11—12 %. Породы подкластеров Vila и VIIb являются соответственно нормо- и гиперги-дролизатами (ГМ 1.5 и 20.1), нормо-и суперглиноземистыми, супер- и гипержелезистыми. Таким образом, подкластер VIIa из всех пород второй группы тяготеет по своим характеристикам к первой группе.
Кластер VIII. Породы данного кластера представляют собой зону слабоокисленных роговиков, джеспилитов и сланцев со средними содержаниями FeO + Fe2O3 = 56 %, SiO2 = 37.1 %. Это нормогидролиза-ты (ГМ = 1.56) гипержелезистые и гипоглиноземистые, характеризуемые высокой железистостью (в среднем ЖМ = 31.4) за счёт материнского гематита, гидролизатность сопоставима с «породной» в кластере Vila (ГМ = 1.56), а глиноземистость выражается убогим значением AM = 0.05.
Кластер IX. К нему относятся породы с общим содержанием железа таким же, как в кластере VIII (FeO + Fe2O3 = 55—57 %) и средним содержанием SiO2 = 41 %, то есть еще более высоким, чем в кластере VIII. Средние содержания глинозема ничтожно низкие, Al2O3 = 0.33—0.09 %, что при высокой кремнеземистости и обусловливает убогие значения AM (AM = 0.01 и даже меньше); здесь самые высокие показатели средней же-лезистости (ЖМ = 157—549). На обеих диаграммах этот кластер занимает крайнее левое положение как нормо-гидролизаты (ГМ = 1.3—1.4) гипержелезистые и гипоглиноземистые. Кластер имеет два подкластера: IXa (56 проб) и IXb (3 пробы), отличающиеся в основном по параметру ЖМ (IXb более железистый и менее глиноземистый).
Кластер X. Обьединяет породы, являющиеся супергидролизата-ми (ГМ = 6.54) гипержелезистыми и гипоглиноземистыми, с более высоким средним содержанием железа (FeO + Fe2O3 = 79.6 %) и низким средним содержанием SiO2 = 12 %. При средней железистости, в общем сопоставимой с кластерами IXa и IXb (ЖМ = 71), породы отличаются всё же чуть более высокой глинозёми-стостью (АМ = 0.09, Al2O3 = 1.06 %). Вполне вероятно, что эти породы образовались путем выветривания (мартитизации) джеспилитов, а в дальнейшем подверглись эпигенетическим сидеритизации и кальци-
Рис. 4. Модульные диаграммы для пород КВ Большетроицкого месторождения: а —
сопутствующие и переходные породы; б, в — для БЖР 1 — аллиты; 2 — бокситы; 3, 4 — ожелезнённые породы подошвы коры выветривания по субстрату кварцитов и сланцев; 5 — бедные железные руды; 6 — богатые
железные руды; 7, 8 — направления процессов: 7 — гипергенеза, 8 — эпигенеза Fig. 4. Modular diagrams for WC rocks of Bolshetroitskoe deposit: a) accompanying and
transitional rocks; б, в) for rich iron ores 1 — allites; 2 — bauxites; 3, 4: ferriferous rocks of base of weathering crust on substrate of quartzites and shales; 5 — poor iron ores; 6 - rich iron ores; 7, 8: directions of processes: hypergenesis (7) and epigenesis (8).
тизации. Отсутствие в анализах С02 не позволило выделить здесь подкла-стер карбонатизированных пород.
Кластер XI. Представляет собой породы-гипергидролизаты (ГМ = = 16.8) гипержелезистые и нормо-глиноземистые. По сравненению с предыдущим, в этом кластере породы отличаются меньшей железисто-стью (ЖМ = 17.8) и гораздо большей глиноземистостью. Хотя средние содержания алюминия невысокие (А1203 = 4.37 %), при низких содержаниях кремнезема (БЮ2 = 5.02 %) у них повышенный алюмокремние-вый модуль АМ (0.87), превосходящий каолинитовую норму. Общее содержание железа БеО + Бе203 = = 79.8 %. Очевидно «промежуточное» положение этого кластера. В керновых пробах помимо выветре-лых сланцев с прослоями руды и ожелезнённых кварцитов здесь отмечены существенно мартитовые разновидности пород с бертьерином, иногда карбонатизированные (с сидеритом или с кальцитом).
Кластер XII. Породы почти нацело сложены оксидами железа, поэтому общее среднее содержание железа здесь максимальное (Бе0+Бе203 = 92 %). Являются ги-пергидролизатами (ГМ = 64.27), гипержелезистыми и нормоглинозе-мистыми. Характеризуются высокой средней железистостью (ЖМ = 130) и довольно заметной средней глиноземистостью (АМ = 0.49). Но основная черта кластера — максимальная гидролизатность, что характеризует самые богатые железные руды. Она обусловлена максимальными содержаниями железа и минимальными содержаниями кремнезема (БЮ2 = 1.95 %). На рис. 4е кластер заметно перекрывается с кластерами Х и XI, что доказывает отсутствие резких границ между разновидностями железных руд.
Вопросы генезиса пород
формирующих кору
выветривания
Эволюция преимущественно сланцевых пород, которые отнесены нами к первой группе, происходила в двух направлениях. Межкварцитовые сланцы подверглись наименьшему выносу кремнезёма. Их слабое ожелезнение происходило за счёт растворения слоистых силикатов. Филлитовидные сланцы, частично в своём современном
состоянии перекрывающие БЖР, были выведены на поверхность в до-визейское время. Здесь они подверглись латеритизации — вплоть до бокситообразования. Это подтверждается несколькими участками коры выветривания, уцелевшими от размыва.
Богатые железные руды Больше-троицкого месторождения — наиболее типичные гипергенные продукты коры выветривания железо-кремнисто-сланцевой формации Курской магнитной аномалии [2]. Начиная с позднего ордовика до конца раннего девона и частично в эйфельское время в пределах Воронежской антекли-зы преобладал аридный климат, о чем свидетельствуют толщи эвапоритов — доломитов с включениями гипса, ангидрита, а также залежи галита. В жи-ветско-раннефранское время формировались маломощные гётитовые образования. На этом этапе эпигенез КВ был связан преимущественно с заболачиванием, что привело к образованию кальцита. В елховско-бобри-ковское время, по-видимому, происходила латеритизиция и дальнейшее окисление пород КВ.
Наиболее полную картину преобразований отражает профиль железорудной КВ, которую представляет вторая группа. Породы субстрата в период формирования довизейской КВ претерпели окисление магнетита и интенсивное выщелачивание кварца с накоплением железа. Далее, в позднетульское время, гипергенез приобретает черты метасоматиче-ского, секреционного и общего перекристаллизационного минерало-образований [2].
Погружение КВ привело к бер-тьеринизации и сидеритизации БЖР перед перекрытием её новыми осадками. На границе тульского и алек-синского времени происходит замедление опускания территории в пределах Белгородского района, а на отдельных участках водоразделов с латеритным покровом — кратковременные малоамплитудные поднятия, которые привели к осушению уже частично преобразованной КВ и её частичному переотложению (отмечены появления бёмита вместо гиббсита и второй генерации сидерита).
Эпигенетическая бертьериниза-ция [3], по-видимому, происходила по двум сценариям. В первом бертье-рин мог формироваться по субстрату почти идентичного ему по соста-
ву первичного (метаморфогенного) шамозита. Во втором — по субстрату структурно близкого ему каолинита [7]; такой бертьерин приурочен к верхним частям первичного (остаточного) профиля выветривания и к бокситоносным сильно вы-ветрелым сланцам. Значения Si/Al в нем не превышают 1.7. Содержание Mg2+ в октаэдрических позициях достигает почти 2 % [3]. Два процесса, протекавшие в КВ — формирование первичной (остаточной) КВ по докембрийскому субстрату и поздняя эпигенетическая цементация КВ карбонатами и бертьерином — показаны на рис. 4 двумя видами стрелок. Даже это схематичное изображение демонстрирует большую сложность (многоэтапность) процессов формирования современных литотипов на Большетроицком месторождении.
Выводы
1. На основании более 1000 анализов керновых проб Большетро-ицкого месторождения железных руд, полученных из 45 поисковых и разведочных скважин, произведена ли-тохимическая группировка (кластеризация) пород мощной рудоносной коры выветривания (КВ) с помощью трех литохимических модулей: ги-дролизатного (ГМ = (TiO2 + Al2O3 + + Fe2O3 + FeO + MnO)/SiO2), алюмо-кремниевого (АМ = Al2O3/SiO2) и железного (ЖМ = (Fe2O3+FeO+MnO)/ (TiO2+Al2O3)). 2 3
2. С помощью модульных диаграмм АМ-ЖМ и ГМ-ЖМ удалось выделить в образованиях КВ 12 кластеров, в основном отвечающих определенным литотипам. Среди выделенных кластеров 6 аттестуются как «вмещающие и сопровождающие породы», т. е. в разной степени измененные железистые сланцы и кварциты с содержанием общего железа (FeQ6w) менее 50%, и 6 — как железные руды с содержанием общего железа более 50 %.
3. Анализ имеющихся минералогических и геохимических данных позволяет заключить, что исходный джеспилито-сланцевый докембрий-ский субстрат за сотни миллионов лет претерпел ряд глубоких изменений, связанных с формированием первичной (остаточной) КВ в до-эйфельское время и ее эпигенетическими изменениями в раннем карбоне и в последующее время. В этих сложных процессах можно выделить не менее четырех этапов: 1) собст-
венно выветривание, 2) погружение сильно окисленных сланцев и джеспилитов, 3) карбонатизация и бер-тьеринизация в условиях позднего диагенеза, 4) уплотнение и формирование современного облика образований КВ в условиях начального катагенеза. Силикатные сланцы пре-
образовались в условиях гипергенеза до бокситов, а джеспилиты и роговики — в богатые железные руды.
4. Сложная и многоэтапная история формирования богатых железных руд (БЖР) Большетроицкого месторождения поддается удовлетворительной расшифровке с помо-
щью методов литохимии, что имеет и немаловажное практическое значение.
Работа выполнена в рамках проекта УрО РАН №15-18-5-50.
Литература
1. Безуглый М. М, Никулин И. И. Новые представления о геологическом строении и характере рудоносно-сти Большетроицкого месторождения (Белгородский район КМА) // Вестник ВГУ. Сер. Геология. 2010. № 2. С. 171— 179.
2. Никулин И. И. Характеристика минерального состава богатых железных руд Большетроицкого месторождения КМА) // Вестник ВГУ. Сер. Геология. 2012. № 1. С. 144—154.
3. Никулин И. И. Бертьерин — главный силикат месторождений богатых железных руд КМА // Вестник ВГУ. Сер. Геология. 2013. № 1. С. 89—97.
4. Никулин И. И. Геологические аспекты при освоении глубокозалегаю-щих обводнённых месторождений богатых железных руд // Науч. ведомости Белгород. гос. ун-та. Естественные науки. 2013. № 7 (160). Выпуск 24. С. 148— 154.
5. Савко А. Д., Никулин И. И., Мер-кушова М. Ю. Особенности формирования кор выветривания на железистых кварцитах КМА на примере Большетроицкого месторождения (Белгородская область) // Геохимия литогенеза: Материалы Российского совещания с международным участием. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН,
2014. С. 110—112.
6. Юдович Я. Э, Кетрис М. П. Основы литохимии. СПб. Наука, 2000. 479 с.
7. Юдович Я. Э, Кетрис М. П. О существовании МБГ — минералов бер-тьериновой группы // Литогенез и геохимия осадочных формаций Тимано-Уральского региона. Сыктывкар, 2009. Сборник № 7. С. 76—95. (Тр. Ин-та геологии Коми НЦ УрО РАН; вып. 124).
References
1. Bezugly M. M., NikulinI. I.Novye predstavleniia o geologicheskom stroenii i haraktere rudonosnosti Bolshetroitckogo mestorozhdeniia (Belgorodskiiraion KMA) (New ideas about geological structure and character of ore content of Bolshetroitskoe deposit (Belgorod region KMA).Vestnik VGU, Geology, 2010,No. 2,pp. 171—179.
2. Nikulin I. I. Harakteristika mineralnogo sostava bogatykh zheleznykh rudBolshetroitckogo mestorozhdeniia KMA (Characteristics of mineral composition of rich iron ores of Bolshetroitskoe deposit KMA).Vestnik VGU, Geology, 2012,No. 1,pp. 144—154.
3. Nikulin I. I. Berterin — glavny silikat mestorozhdenii bogatykh zheleznykh rud KMA (Berterine — main silicate of rich iron ore deposit of KMA).Vestnik VGU,
Geology, 2013,No. 1,pp. 89—97.
4. Nikulin I. I. Geologicheskie aspekty priosvoenii gluboko zalegaiushchikh obvodnyonnykh mestorozhdenii bogatykh zheleznykh rud (Geological aspects during development of deep watered deposits of rich iron ores).Nauchnyevedomosti Belgorod go sudarstvennogouniversiteta,No. 7 (160), 2013,issue 24,pp. 148—154.
5. Savko A. D., Nikulin I. I., Merkushova M. Yu. Osobennosti formirovaniia korvyvetrivaniia na zhelezistykh kvartsitakh KMA naprimere Bolshetroitckogo mestorozhdeniia (Belgorodskaia oblast) (Features of formation of weathering crusts on ferriferous quarzites of KMA at the sample of Bolshetroitskoe deposit (Belgorod region).Geokhimiia litogeneza, Proceedings of conference, Syktyvkar, Institue of Geology of Komi SC UB RAS, 2014,pp. 110—112.
6. YudovichYa. E., Ketris M. P. Osnovylitohimii (Basic lithochemistry). Saint-Petersburg, Nauka, 2000, 479 pp.
7. Yudovich Ya. E., Ketris M. P. O sushchestvovanii MBG — mineralov-berterinovoigruppy (Existence of MBG — mineral of berterine group).Litogenez i geohimiia osadochnykh formatsii Timano-Uralskogo regiona № 7. Syktyvkar, 2009, pp. 76—95.
Рецензент д. г.-м. н. С. А. Светов
