CC BY
25
УДК 553.2
ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ КВАРЦИТОВИДНЫХ ПЕСЧАНИКОВ ТАРАСОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
© 2009 г. А.В. Труфанов
Южный федеральный университет, Southern Federal University,
ул. Зорге, 40, Ростов н/Д, 344090, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090,
[email protected] [email protected]
Анализируются вещественный состав и термобарогеохимические особенности формирования кварцитовидных песчаников Тарасов-ского месторождения. Представлены результаты минералого-петрографических, вакуумно-декриптометрических и газовохроматогра-фических исследований вторичных осадочных кварцитов бучакской свиты эоцена. Высказано предположение о различных способах образования представленных породных разностей и возможности использования методов термобарогеохимии для определения качества изучаемого полезного ископаемого.
Ключевые слова: вещественный состав, кварцитовидные песчаники, термобарогеохимические особенности, вакуумно-декриптометрические анализы, газовая хроматография, качество минерального сырья.
This article is suggested that we should analyze of mineral substance and termobarogeochemistry features of genesis the Tarasovsky quartzite sandstones. The results of mineralogy-petrographics, vacuum-dekriptometrics and gas-chromatography's researches of quartzites are submitted in this work. In this article represented data of different ways of genesis of quartzite sandstones and show such as termobarogeochemistry methods are may be used for definition of quality minerals.
Keywords: mineral substance, quartzitic sandstones, termobarogeochemical features, vacuum-dekriptometrical analyses, gas-chromatography, quality minerals.
На территории Тарасовского и Миллеровского районов Ростовской области в бассейнах рек Глубокая и Полная среди песчаных отложений бучакской свиты эоцена наблюдается значительное скопление кварцитовидных («сливных») песчаников осадочного происхождения, широко известных под названием «осадочные вторичные кварциты» [1]. Они представляют большой интерес для металлургической промышленности, в частности, для производства ферросплавов (марки КФ и КШ по ОСТ 1449-80), а также для получения кристаллического кремния и строительного щебня [2].
Каждая залежь кварцитов имеет сложное многослойное строение, с мощностью отдельных линзовид-ных слоев от 5-10 см до 2-6 м, при общей мощности продуктивной толщи до 10-16 м. Вмещающие породы представлены прослоями песков и менее плотных песчаников. Среди пород вскрыши выделены четвертич-
ные суглинки и глины, а также бентонитовые глины киевской свиты. Такой крайне неравномерный характер залегания и нестабильность минерального состава в значительной степени затрудняет разведку и эксплуатацию данного объекта. Предпринимавшиеся ранее попытки выяснить структурные закономерности в строении Тарасовского месторождения, а также изменения технологических свойств рассматриваемого полезного ископаемого с различных генетических позиций до сих пор не привели к желаемым результатам.
Выполненный нами комплекс исследований, включавший наряду с изучением минералого-петрографи-ческих особенностей методы вакуумной декриптомет-рии и газовой хроматографии [3-5], позволил в определенной степени дополнить имеющуюся информацию об условиях формирования кварцитовидных песчаников и дифференцировать их по технологическим признакам.
Как известно, наилучшими технологическими свойствами для металлургической промышленности и для производства кислого огнеупорного кирпича - динаса, обладают породы с содержанием 8Ю2 более 96 %, причем предпочтение отдается кварцитам с большим количеством аморфной кремнекислоты. Этим параметрам в большей степени отвечают светло-серые плотные, сливные мелкокристаллические разности с массивной текстурой и равнозернистой структурой (рис. 1).
Рис. 2. Розовый «кварцит» с пятнистой текстурой
Рис. 1. Плотный светло-серый «кварцит» с массивной текстурой
Кроме того, в разрезе присутствуют светло-розовые, с редкими пятнами ожелезнения, плотные и средне-крупнозернистые образования с пятнистой текстурой и разнозернистой структурой (рис. 2).
Менее плотные кварцевые песчаники с полосчатой текстурой (рис. 3) отличаются невысоким содержанием кварца (до 75 %) при значительном увеличении глауконита (до 20 %).
Рис. 3. Рыхлый кварцевый песчаник с полосчатой текстурой
Исследование шлифов рассматриваемых пород показало, что для светло-серых «кварцитов» характерно высокое содержание кварца (до 98 %) при таточно небольшом количестве глауконита, зерна торого зачастую находятся в полуразрушенном состоянии. Кварцевые зерна хорошо окатаны и тированы опаловым цементом контактового типа (рис. 4а).
а б в
Рис. 4. Характерные структуры песчаников и «кварцитов» под микроскопом. Ув. 40х. Ник. II: а - плотный светлосерый «кварцит» с опаловым цементом; б - розовый «кварцит» с кристобалитовым цементом; в - кварцевый песчаник с зернами кварца и глауконита в поровом цементе
Максимальное количество глауконита отмечается в полосчатых песчаниках и приурочено к пропласткам, обогащенным глинистым материалом. При этом следует отметить изменения типа и состава цемента (рис. 4в). Преобладает цемент по-ровый, базальный, местами контактовый, вследствие чего песчаники слабо сцементированы, порой рыхлые, нередко отмечается полосчатая текстура, степень ока-танности зерен кварца заметно ухудшается. Отмечается неравномернозернистая структура. Присутствие глауконита и глинистых разностей в значительной степени снижают качество «кварцитов» как сырья для производства ферросплавов.
Проведенные акуумно-декриптометри-ческие исследования изучаемых пород позволили установить, что у всех представленных разностей наблюдается достаточно мощный низкотемпературный эффект газовыделения в интервале температур от 20 до 120 °С, что, по-видимому, указывает на формирование данных типов пород в зоне гипергенеза (рис. 5).
Для «сливных кварцитов» (в отличие от кварцевых песчаников) характерно наличие средне- и высокотемпературных максимумов (в интервалах температур 220360, 400-560 и 540-560 °С), скорее всего связанных с полиморфными преобразованиями кристобалитового опалового цемента а также дегидратацией кристаллизационной воды.
Анализ газовых хроматограмм позволяет сделать следующие выводы.
Во-первых, во всех низкотемпературных интервалах присутствуют включения, содержащие воздушно-газовую смесь в различных пропорциях (содержание О2 во всех породах примерно одинаково 10,5 -12,8 %, количество N варьирует в значительных пределах: от 36,5 % у светлосерого «кварцита» до 41,4 у песчаника и 89,6 % у светло-розового «кварцита»).
Во-вторых, менее плотные песчаники заметно отличаются от остальных пород пестротой газового состава. Так, для низкотемпературного интервала характерно примерно одинаковое соотношение содержаний М2, Н2О, СО2 и О2. В средне-температурной области дополнительно отмечается наличие непредельных углеводородов, метана, СО2 и N при явном доминировании молекул воды.
В-третьих, в светло-розовом кварците практически отсутствуют включения воды, в то время как в остальных образцах вода в преобладающем количестве отмечается во всех температурных интервалах (рис. 6).
Полученные результаты хорошо увязываются с данными минералого-петрографических исследова-
/ \ /
-1
/ / 1.......п ,, п тти.............
<v <i? V
.1» .о?
J» J» -О? J» J»
I
П-
п , П
^ ^ # ^ ^ # # ^ ^ ^ ^ # ^ ^ # ^ ^
1, °С
Плотный светло-серый кварцит
1
1
/
У ,,,Г "Пп......гЛ!............
«F л^ л0 t, °С
Рис. 5. Типовые вакуумные декриптограммы кварцитовид-ных песчаников
ний и могут быть использованы не только для объяснения особенностей образования рассматриваемых пород, но и для выявления технологических свойств «кварцитов».
70
60
50
40
30
20
80
70
60
50
40
30
20
0
t, °С
80
70
50
50
40
30
20
10
KR
Н2О
Рис. 6. Состав газов, выделившихся в результате вакуумно-
декриптометрического анализа исследуемых пород: О - кварцевый песчаник; ф - «кварцит» сливной светлосерый; ф - «кварцит» розовый
В частности, наличие мощных эффектов газовыделения в интервале температур от 220 до 380 °С при условии обильной дегидратации может указывать на присутствие в породе значительного количества опалового или кристобалитового (преобразование при 275 °С а-кристобалита в р-кристобалит) цемента, а явно выраженный а-Р переход вблизи 573 °С свидетельствует о наличии в породе достаточного количества чистого а-кварца, не содержащего каких-либо вредных примесей.
Для сливного мелкозернистого светло-серого «кварцита» характерно присутствие опалового цемента, для розового кварцита - кристобалитового и метастабильно-го Р-тридимитового цемента (переход а-тридимита в Р-тридимит происходит при 117 °С и, как правило, не сопровождается выделением воды) (рис. 6 ).
Говоря о генезисе изучаемых «кварцитов», можно выделить среди всего многообразия две основные точки зрения на этот вопрос. Так, согласно представлениям В.А. Лихачева [6], кварциты образовались осадочным путем в результате затвердевания геля. При этом основным источником кремнезема, по мнению автора, в эоценовом морском бассейне служили кремнистые организмы (спикулы губок, диатомей, радиолярий) и силикатные минералы (цеолиты, глауконит). Фации мелководного моря и неглубоких лагун явились идеальной морфологической основой для кремнистого осадконакопления. В местах развития чистых разностей кварцевых песков кремнистые гели давали опаловый цемент, и в результате затвердевания образовывались кварциты и кварцитовидные песчаники.
Несколько иной точки зрения придерживаются другие исследователи [7, 8]. По их мнению, окремне-ние осуществлялось в результате эпигенетических
Поступила в редакцию_
изменений меловых и палеогеновых песчанистых масс в четвертичное время. Причиной этого процесса являлись подземные воды, привносившие кремнезем в рыхлые пористые песчаные породы, где он выпадал в виде аморфных и окристаллизованных кремнистых масс, осуществляя тем самым окремнение и цементацию этих пород.
Источником цементирующих растворов служили богатые кремнеземом меловые породы или сильнощелочные подземные минерализованные воды, обогащенные кремнеземом в процессе гипергенного разрушения ряда неустойчивых минералов или рассеянных масс хемогенного и органогенного опала [8].
Смешивание щелочных растворов, богатых кремне-кислотой, с речными водами вызывало их нейтрализацию, которая обусловливала осаждение кремнезема.
Проникновение речных вод в пласты происходило в результате прируслового внутрипластового водо-упора. Подпертая фильтрация, возникающая в непосредственной близости от речного склона, определяла образование линзовидных тел.
Полученные нами данные позволяют предположить, что обе представленные гипотезы достаточно обоснованы и вполне заслуживают внимания. В пределах изучаемого месторождения, по-видимому, присутствуют «кварциты», образовавшиеся как одним, так и другим способом. Подтверждением этому является различный характер декриптограмм и особенно состав выделяющихся при декриптации газов.
Литература
1. Геологический словарь / под общ. ред. А.Н. Криштофо-
вича. М., 1966. Т. 1. С. 311.
2. Проблемы и перспективы комплексного освоения мине-
ральных ресурсов Восточного Донбасса / Коллектив авторов. Ростов н/Д, 2005. С. 63-64.
3. Труфанов А.В. Проблема сохранности генетической
информации в минералах метаморфических комплексов // Материалы IX междунар. совещ. по термобароге-охимии. Александров, 1992. С. 67-68.
4. Труфанов А.В. Исследование фазовых превращений в
системе «кварц-флюид» методами вакуумной декрип-тометрии // Материалы VIII Юбил. конф. по основным проблемам геологического изучения и использования недр Северного Кавказа. Ессентуки, 1995. С. 126 - 127.
5. Прикладная термобарогеохимия / В.Н. Труфанов [и др.]
Ростов н/Д, 1992. 176 с.
6. Геологическое строение Ростовской области / В.А. Ли-
хачев [и др.] // Геологическое строение Ростовской и сопредельных областей. Ростов н/Д, 1972. С. 134-140.
7. Сьян С.И. Фациальные особенности палеогеновых от-
ложений северной части Ростовской области // Проблемы геологии и геоэкологии юга России и Кавказа : материалы междунар. науч. конф. Новочеркасск, 1997. С. 93-96.
8. Шамрай И.А. Палеоген Восточного Донбасса и северно-
го крыла Азово-Кубанской впадины. Ростов н/Д, 1964. С. 178-195.
19 ноября 2008 г.
