CC BY
21
УДК 553.621:550.8 (470.5)
Л.М.Петруха
СТРОЕНИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ГРАНУЛИРОВАННОГО КВАРЦА
Проблема наиболее полного использования гранулированного кварца не может быть реи:г^И без предварительной геометризации показателей его качества - содержаний элементов-примесев минеральных примесей, значений коэффициента светопропускания, количества потерь . прокаливании. Оценка технологических свойств кварца в объеме наиболее крупных кварце нЯ жил проведена на Кыштымском и Ларинском месторождениях гранулированного кварца Н.-.уЛ приводятся данные в основном по самой крупной кварцевой жиле N175 КыштымсхсеЛ месторождения.
Кыштымское месторождение гранулированного кварца располагается на Среднем Ураде! Оно находится в пределах Уфалейского антиклин ория, входящего в состав Центрально-У ральсксеЛ поднятия [1,4]. Г.А.Кейльманом в пределах Уфалейского антиклинория выделены мигматитовьЛ комплексы [Ц. Они состоят из так называемых гнейсовых ядер - глубоко и равномеряИ метаморфизованных пород нижнего структурного этажа раннелокембрийского и протерозойоо! го возраста, располагающихся в центральных частях крупных антиклинорных структур. Порсд* 1 верхнего структурного этажа названы сланцевым обращением Они представлены позднепротг-1 розойскими или фанерозойскими геосинклинальными сериями. Метаморфизм глубоких ступеней] здесь проявлен лишь в узких зонах. Сланцевое обрамление - это реакционная зона междн гнейсовым ядром и породами вменяющей структуры, уровень метаморфизма которых нш превышал зеленосланцевой фации. Здесь происходила перегруппировка главных петрогеннкая элементов, что способствовало формированию жильного кварца.
В пределах Кыштымского месторождения имеют развитие толща мигматизированных порс^Л верхнего протерозоя и кристаллические сланцы ордовика. Первые относятся к гнейсовому ядру ,1 представлены породами уфалейской свиты мощностью до 300 м и развиты в западной части] месторождения - переслаивание мигматитов по слюдяно-кварцевым сланцам и амфиболитам гнейсов амфибол-биотитовых. биотитовых и амфиболовых. гранито-гнейсов биотитовых, муско- ; витовых и амфиболовых, гнейсов различного состава и кварцитов.
Породы сланцевого обрамления - ордовикские отложения, мощностью до 700 м, распространены в восточной части месторождения. Это сланцы гранат-слюдяно-кварцевые, слюдяно-кварцевые, графит-слюдяно-кварцевые, амфиболовые и амфибол-кварцевые, кварциты амфибо-ловые и слюдяные.
Магматические образования представлены кислыми, основными и ультраосновными породами, превращенными в результате метаморфизма в гнейсо-граниты, амфиболиты и серпентиниты.
На месторождении выделено три этапа метаморфизма:
I. КлрхнР!протерозойский этап отвечает наиболее высокотемпературной альмандин-диопсид-роговообманковой субфации амфиболитовой фации и низкотемпературной субфации гранулито-вой фации.
И. Послеордовикский этап - кианит-ставролитовая субфация амфиболитовой фации и альбит-эпидот-амфиоолитовая фация.
III. Послесреднедевонский этап - зеленосланцевая фация.
Изучением кварцевых жил месторождения занимались геологи В.В.Богданов, П.П.Скобичевский, В.С.Красулин, Г.А.Кейльман, Г.Н.Вертушков. Н.А.Петров, Е.П.Мельников, И.И.Захарченко, С.Н.Сигаев и др. По их данным на месторождении известно более 200 кварцевых жил, образующих ряд кварцевожильных зон. Жилы имеют линзовидную форму. Длина их по простиранию от первых метров до первых сотен метров, по падению около половины длины по простиранию, мощность до 17 м. Объем большинства жил около 400 м5. Крупные жилы встречаются редко. Простирание жил субмеридиональное, падение восточное под углами 20 - 90°.
Н.И.Мельникова и Е-П. Мельников по особенностям кварца разделяют жилы » -7» I фермами. Формация А - жилы, сложенные крупно-гигантозернистым кварцем, ках5с*ее I ссание. Кварцевые жилы форл^ации Б-1 сложены тонко-мелкозернистым гранулироех-с-.^-* I хзз.рцем и приурочены к гнейсовым ядрам Жилы, сложенные средне-крупнозернистым кваг .-и I формации Б-11, преимущественно располагаются в пределах сланцевого обрамления. Выделекньлс формации кварца связываются с этапами метаморфизма, соответственно, I, II, III.
Кварцевая жила 175 наиболее крупная на месторождении. Она содержит около 90% запасов I гранулированного кварца месторождения. Распо-I латается в пределах уфалейской свиты среди мигма-I тегированных биоггит-амфиболовыхгнейсов (рис.1). Зилегание с вмещающими породами согласное. ГЪостирание жилы северо-восточное, падение юго-юсгочное под углами 32-45°. Размеры жилы по гххтиранию 318 м, по падению более 279 м, I «сущность до 17,5 м. Жила сложена гранулированном кварцем формами Б-1 с размером зерен 1-3 «см массивной текстуры. Прозрачность кварца в соответствии с коэффициентом светопропуска!{ия составляет 50-91%, количество потерь при прокаливании 0,001-0,04%. Поданным Г.Н.Вертушкова, азы во включениях представлены в основном СО, а в незначительных количествах Н.О и К',, соотношение влаги и газа 0,4:3,5. В кварце содержатся многие элементы-примеси и ряд минералов, что более детально будет показано ниже.
Существует в основном две точки зрения на тнезис гранулированного кварца. По данным Г Н.Вертенгкова, А. АЛЦеколдина, О. А.Суггяллвя, Г А.Синкевича, Э.Ф.Емлина и др., гранулированный кварц образовался в результате метаморфизма из крупно-гиганте зернистого кварца. При этом крупные индивиды кварца разделились на зерна и очистились от газово-жидких включений. И.П.Ермаков, Н.А.Петров, Е.П.Мельников и др. считают структуру гранулированного кварца первичной, а сам кварц продуктом химических реакций между минералами в процессе л»етаморфизма под воздействием флюидов. Высокая прозрачность и химическая чистота позволяет использовать гранулированный кварц для получения высококачественных стекол, применяемых в различных отраслях промышленности
В пределах кварцевой жилы 175 проведено изучение геологических полей -морфометричес-ких (мощности, отметки кровли и подошвы жилы), геохимических (содержание элементов-примесей). минералогических (содержание минералов-примесей), технологических (величины коэффициента светопропускания, количество потерь при прокаливании). При этом применялась геометро-статистическая математическая модель, разработанная П.К.Соболевским, | П.Л.Каллистовым и В.Ф.Мягковым [3|, которая базируется на доказанном практикой наличии у объектов более или менее четко выраженных закономерностей в пространственном изменении различных характеристик на фоне случайных флуктуаций.
Результаты исследований основаны на 88 замерах мощности, 88 определениях отметок подошвы и кровли, 346 определениях коэффициентов светопропускания и стольких же потерь при прокаливании по 31 скважине, определениях содержаний суммы элементсв-примссей по 26 скважинам и суммы минеральных примесей по 23 скважинам. При обработке данных пользовались графическими изображениями аппроксимирующих геологические поля функций. Строились графики плоских функций и=/(х,у) в изолиниях свойств (такие графики построены для всех характеристик жилы) и одномерных функций в виде кривых зависимости и=/(х) (такие графики построены для характеристик по простиранию, падению и вкрест простирания жилы), где и -значение переменной, х, у - координаты пространства. Изучение пространственных соотношений полей проводилось путем расчета выборочных коэффициентов корреляции. Для обработки данных применялась ПЭВМ. Получены следующие результаты.
109
Рис.1. Кыиггымское месторождение гранулированного кварца, геологический разрез жилы
175 по профилю У-У (по В.Я.Горбачеву): 1 - гранито-гнейсы с прослоями гнейсов амфибол-бнотитовых; 2 - гнейсы биотит-амфиболовые; 3 - пегматиты; 4 - кварцевые жилы; 5 - разведочные скважины
Мсрфолшприкеское поле отметок подошвы. Отметки подошвы уменьшаются с 408 м а верхней части жилы до 228 м - в нижней. Структура поля в целом в верхней части жилы болея
- менее ровная или слабо выпуклая кверху, а ниже резко выпуклая - антиклиналевидная.
Морф о метрическое поле отметок кробли Отметки кровли закономерно уменьшаются J глубиной от 416 до 231 м- Структура поля в целом выдержана. В верхней части жилы кровля более
- менее ровная (до горизонта 310 м). Глубже выражена пологая антиклиналевидная структуре В целом морфометричеасие поля отметок кровли и подошвы коккордантны (положительна согласование), что свидетельствует о пласгообразной форме жилы.
Морфометричесхое пом мощности. Максимальную мощность 17,5 м жила имеет И центральной части на профиле V. От этого максимума в целом во все стороны мощности постепенно уменьшается (1 структурный уровень). На этом фоне отмечается усложнение морфометрического поля мощности. Если южная часть жилы характеризуется закономерньш уменьшением мощности с 8-10 м до полного выклинивания, то в центральной и северной чаете структура поля значительно сложнее. Здесь в верхней части жилы выделяется один максимум I 13,8 м и один минимум - 3 м. Выделяется второй структурный уровень Пережим мощности ¿а 2 м отмечается в средней части профиля 1. Это может быть связано или с тектонической нарушенностью жилы, или с ее будинированием. В верхней части жила имеет довольно большуа мощность - 7-10 м, что свидетельствует о значительном эрозионном срезе жильного тела. ■ северной части на глубине жила оконтурена полностью (профили IV, III, II). В восточной части жила не оконтурена (профили I, V, VI, VII, VIII). Здесь мощности жилы в краевых скважикая колеблются от 3,5 до 11,2 м. Даже если принять во внимание, что здесь будет иметь мести закономерное уменьшение мощности, как в южной части, то имеются перспективы получении прироста запасов гранулированного кварца. Если же учесть двухуровенное строение морфометн рического поля мощности, не исключено появление на глубине третьего максимума. Об этоА свидетельствует и тенденция увеличения мощности на профилях VI и VII. В этом случая перспективы прироста запасов еще больше возрастут.
Отмеченные закономерности в строении морфометрического поля мощности отчетлив прослеживаются на одномерных графиках функций ее распределения.
Строение геохимическою поля элементов- приме сей. Требованиями промышленности ограничивается содержание в кварце натрия, калия, кальция, магния, алюминия, железа] марганца, титана и меди. Характеристиками кварца являются общая сумма элементов-примесеш сумма рудных компонентов, создающих в стекле окрашивающие включения, сумма щелочные элементов и др. Анализами в гранулированном кварце жилы выявлены элементы: натрий. калиЯ кальций, магний, алюминий, железо, марганец, титан, свинец, медь, хром, олово, цинг.,- литиц) висмут, бор. Общая сумли элементов-примесей в единичных пробах по скважинам колеблется а пределах 6-410 х 10*%, в усредненных данных по скважинам 13-120 х 10*%. Изучен« распределение общей суммы элементов-примесей в кварце. На двумерном графике наиболе низкие содержания химических компонентов (менее 20 х 10-*%) отмечаются в верхней северно части жилы на разведочных профилях I-a, II, Il-a, III. По падению жилы в целом содержали элементов-примесей увеличивается - первый структурный уровень. На его фоне выделяете! второй структурный уровень с двумя областями повышенных содержаний элементов-примесе« Первый максимум располагается в верхней части жилы на профиле I (38 х 10*%), второ находится в нижней части жилы на профиле VIII (120 х 10*%). Между этими максимумами центральной части жилы отмечается область с низкими содержаниями элементов-примесей Пониженными значениями содержаний элементов-примесей характеризуется и самая нижня! недооконтуренная часть жилы (менее 30 х 104%).
Строение минералогического поля. Требованиями промышленности в обогащенной кварц« вой крупке для производства прозрачного кварцевого стекла ограничивается содержание мине ральных примесей. При этом для изготовления изделий из прозрачного кварцевого стекла дл микроэлектроники в крупке марок КО содержание сростков кварца с минералами и включениям (рутил, сфен, роговая обмакка, сульфиды, углесодержащие) не должно превышать 20 зерен 250 см5 кварцевой крупки. Количественным минералогическим анализом в 40 пробах гранул» рованного кварца жилы 175 выявлены следующие минералы: полевые шпаты 0,12-0,51%, кальц» 0,02-1,97%, биотит 0-2,5%. мусковит 0-1,5%, хлорит 0-0,55%, цоизит 0-1,6%, сфен O-O.l^ титаномагнетит 0-0,08%, амфибол 0-4,98%, пирротин 0-0,15%, пирит 0-0,36%, эпидот 0,03-
110
0,753%, гранат 0,003-0,043%, рутил - знаки, молибденит - знаки. Почти во всех пробах трисутсгвовали полевые шпаты, кальцит, цоизит и амфибол. Остальные перечисленные минералы встречаются редко. Содержание суммы минералов-примесей, распределение которой в пределах хилы изучалось, колеблется от 0,85 до 25,69%.
Наиболее низкие содержания минеральных примесей. менее 3%, отмечаются в верхней части жилы. По :чаправлению падения содержание их возрастает и достигает максимальных значений в самой нижней неоконту-ренной части жилы - 17-26%. При этом более чистый кварц располагается в верхней половине жилы - до 6-7% минеральных примесей. Далее по направлению падения жилы количество минеральных примесей увеличивается, но закономерность икая. Отмечается два максимума: первый в южной части жилы, второй - о северной. Между ними располагается желоб с низким содержанием минералов. Таким образом, в целом с глубиной содержание минералов в жиле увеличивается и, соответственно, уменьшается содержание кварца.
Строение технологических полей жильного тела. Важнейшей технологической характеристикой гранулированного кварца является коэффициент сьетопрогтуекания (Т). Дополнительной характеристикой служит такой показатель, как потери при прокаливании (п.п.п.), который косвенно характеризует прозрачность кварца. Изучено распределение этих характеристик в объеме жилы.
Строение пола потерь при прокалибании. В плане в целом количество п.п.п. увеличивается от дневной поверхности на глубину. Жилу по этому показателю можно разделить на две части - северную от профиля IV до профиля I и южную от профиля I до профиля VIII. В северной части жилы количество п.п.п. колеблется в пределах 60-90 х 10^%, в южной части достигает 180 х 10*%. В средине южной части располагается узкий желоб с содержанием п.п.п. 50 - 80 х 10 "4%. Ог него к зальбандам жилы количество п.п.п. закономерно увеличивается до 170-180 х 104 %. По мощности от висячего к лежачему боку жилы в половине из 14 изученных скважин количество п.п.п. повышается, в половине снижается.
Строение поля коэффициента сбетопропускания. ПоТ в технических условиях выделяется три типа кварца: тип I - 60%, тип II - 75%, тип III - 80%. Значение Т в частных пробах колеблется в жиле в пределах 57-91,2%, в усредненных по скважинам 67,8-85,5%. Установлены следующие закономерности в распределении кварца с соответствующими значениями Т (рис. 2). В целом от верхней, выходящей на дневную поверхность части Жилы по направлению падения жилы значение Т уменьшается от максимального 85% (профиль П-а) до минимального 67,8% (профиль VII). На фоне этой общей закономерности (I структурный уровень) выделяется второй структурный уровень строения поля Т. Он четко выделяется на одномерном графике по линии падения жилы. Ог дневной поверхности до разведочного профиля I значение Т уменьшается с 85,5 до 70%, затем до профиля VI увеличивается до 76,5 и далее уменьшается до 67,8%. Выделяется два максимума: один - в верхней части жилы, второй - в районе профиля VI. В направлении от висячего к лежачему боку жилы в И из 14 изученных скважин Т несколько увеличивается.
Проведено геолого-технологическое картирование типов кварца по значениям Т. Установлено, что наиболее высококачественный кварц с Т более 80% (тип III) распространен в верхней части жилы в районе профиля П-а (см. рис. 2). Гранулированный кварц с Т, равным 75-80% (тип II), имеет ограниченное распространение и образует в жиле четыре локальных участка. Первый участок примыкает к кварцу III типа в верхней части жилы - профили I-a, II, Il-a, III. Второй участок размещается в нижней части профиля I-a. Третий участок выделяется в нижней части профиля II. Четвертый участок находится в нижней части жилы на профилях VI, VII. Кварц I типа с Т менее
111
Рис. 2. Результаты reo метризации светопрогтускания кварца жилы 175 Кыоггыллского месторождения: 1 - проекция контуро» жнлм на горизонтальную плоскость; 2 - номера разведочных профилем; 3 - места опробования. Величина коэффициента слетопропуска-
нил.%: 4 - более 80. 5 - от 80 до 75, 6 - менее 75
75% имеет преимущественное распространение в жиле и в основном слагает ее, за исключением отмеченных локальных участков
Оценка пространственных соотношений геологических полей подтвердила, что с глубиной с уменьшением отметок подошвы и кровли жилы уменьшается значение Т и увеличиваются п.п.п., содержание суммы элеменгов-примесей и минералов-примесей. То есть с глубиной качество кварца ухудшается.
Таким образом, в целом геологические поля свойств кварца жильного тела морфометричес-ких, геохимических, минералогических, технологических характеризуются двухуровенным строением. На первом структурном уровне отмечается ухудшение качества кварца с глубиной, на втором структурном уровне имеет место чередование участков более качественного и менее качественного кварца.
Похожие закономерности в распределении характеристик кварца установлены автором в наиболее крупной жиле Ларинского месторождения гранулированного кварца [2]. Это позволяет предположить, что при гипергенных процессах проявилась вторичная зональность в распределении элементов-примесей, минералов-примесей и других характеристик. Произошло самообогащение кварца - очищение от минералов примесей, элементов-примесей и газово-жидких включений. Поэтому наиболее чистый и высококачественный кварц находится в верхних частях кварцевых жил.
Приведенные результаты могут способствовать улучшению проведения горнодобычных работ, а также охране окружающей среды и недр.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кейльмак ГА. Мигматитовье комплексы подвижных поясов. - М.: Недра, 1974. - 2(Х) с.
2. Мельников Е.П., Менчинский B.R., Петр уха Л.М. и др. Лари некое месторождение жильного кварца//Разведка и охрана недр. - 1978. - N3. - С 13-17.
3. Мягков В.ф. Структурная геометро-статистическая модель строения геологических полей и методика решения геологоразведочных задач//Изв. вузов. Геология и разведка. - 1984. - КЗ.-С. 44-58.
4. Петров H.A., Мельников Е.П. Геологическое строение Кыштымского месторождения гранулированного кварца//Сов. геология. - 1968. - N12. - С. 56-66.
УЛК 552.57 (571.52)
^.Б.Сущанек (Печинина], В.П.Алексеев
ЛИТОЛОГО-ФАЦИАЛЪНЫЙ СОСТАВ УГЛЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ УЛУГХЕМСКОГО БАССЕЙНА
Елена Борисовна Сушанек (Печинина, урожд. Потаповская) родилась 5 ноября 1964 г. в г.Свердловске. Геологией увлеклась в школе N130, после окончания которой в 1981 г. поступила в Свердловский горный институт, окончив его с отличием в 1986 г -Уже с 1 курса активно участвовала в научных исследованиях угольной группы кафедры геологии полезных ископаемых, проЕсла ряд полевых сезонов в Южно-Якутском и Тургайском угольных бассейнах. С 1986 г. интенсивно работала нал изучением Улугхсмского угольного бассейна (респ. Тува), в 1991 г. завершила рабочий вариант кандидатской диссертации. Основные научные интересы: литология угленосных отложений, математическое моделирование осадочных процессов. Автор и соавтор более 25 публикаций, нескольких научно-исследовательских огчетов, участник ряда всесоюзных угольных и литологических совещаний. В расцвете жизненных сил и творческой энергии трагически погибла в автокатастрофе 18 января 1996 г.
