facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ РУДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОРОДАХ УГЛЕНОСНОЙ ФОРМАЦИИ ДОНБАССА

Автор Доклада: 
Курило М. В.

УДК 557.27:550.84

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ РУДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОРОДАХ УГЛЕНОСНОЙ ФОРМАЦИИ ДОНБАССА

М. В. Курило

Выяснение форм нахождения элементов-при­месей и их связь с породообразующими минерала­ми имеет важное значение как для теории метаморфогенного рудообразования, так и для реше­ния прикладных задач экологического характера. Во-первых, потенциальная рудоносность той или иной осадочной породы определяется не столько валовым содержанием в ней рудных компонен­тов, сколько формой нахождения элементов в по­роде, энергией их связи с породообразующим ве­ществом. Так, сорбированные на поверхности ми­нералов элементы могут легко переходить в раствор, в то время как извлечение тех или иных ионов из кристаллической решетки потребует больших энергетических затрат (Летников, 1972). Во-вторых, рациональное использование природ­ных ресурсов и охрана окружающей среды зави­сят от того, в какой минеральной форме находятся элементы-примеси. Большинство из них токсич­ны, что определяет вредность производств, имею­щих дело с породами.

В Донецком бассейне локализованы и разра­батываются крупные месторождения рудного и нерудного сырья. Поэтому вопросы генезиса, прироста запасов и рационального использова­ния полезных ископаемых имеют первостепен­ное значение для этого региона. Однако мине­ральные формы нахождения фоновых концент­раций рудных элементов-примесей в породах угленосной формации Донбасса до сих пор изуче­ны довольно слабо. Известны ограниченные све­дения о формах нахождения ртути (Дворников, Кирикилица, 1987).

В связи с этим нами была поставлена задача установить основные формы нахождения в поро­дах типоморфных для Донбасса рудных элемен­тов - ртути, свинца, цинка, меди и лития, а также выяснить влияние стадий постдиагенетических преобразований на изменение этих форм. В каче­стве объекта исследований выбраны отложения алмазной свиты (С2) среднего карбона Донбасса. В стратиграфической колонке они располагают­ся между известняком Ь, и угольным пластом I,.

Изученный интервал представлен осадками пол­ного цикла седиментации: известняк - аргиллит (глинистый сланец) - алевролит (песчано-глинистый сланец) - песчаник - уголь. Аргиллиты состоят из глинистой массы (75 - 90%) и кластического ма­териала (10 - 25%); алевролиты содержат 60 - 75% кластического и 25 - 40% глинистого материала. В песчаниках количество кластического и гли­нистого материала соответственно составляет 70 - 95% и 5 - 30%. Кластический материал во всех разновидностях представлен, в основном, кварцем, реже полевыми шпатами, обломками эффузивных пород. Из акцессорных минералов встречаются зерна циркона, турмалина, сфена.

В зависимости от стадий постдиагенетических преобразований состав глинистой фазы изменя­ется. Так, на стадии образования углей марки Д основной компонент глинистой фазы - каолинит. Помимо него она содержит примесь диоктаэдрической гидрослюды и в меньшем количестве хлорита, железистого монтморилонита и смешанослойных гидрослюдисто-монтморилонитовых образований. На стадии изменения, соответству­ющей углям марок Г-Ж-ОС, основным компо­нентом цементирующего глинистого материала становится диоктаэдрическая гидрослюда. Кро­ме того, в цементе присутствуют примеси хлори­та и каолинита. На метагенетической стадии трансформации (угли марок Т, ПА, А, _2)в соста­ве глинистой составляющей практически исчеза­ют каолинит, монтморилонит и смешанослойные гидрослюдисто-монтморилонитовые образо­вания. Широкое развитие приобретает ассоциация диоктаэдрической гидрослюды (серицита) и хло­рита. Карбонатная составляющая цемента пред­ставлена сидеритом, доломитом, реже кальци­том. Известняк сложен кальцитом и доломитом с небольшой примесью сидерита. В качестве терригенной некарбонатной примеси присутствуют глинистое и углистое вещества, количества кото­рых достигают 20%. Глинистый материал извест­няков имеет гидрослюдисто-хлоритовый состав.

Формы нахождения элементов определены при помощи корреляционно-факторного анализа результатов 2000 полуколичественных спект­ральных и атомно-абсорбционных анализов. При обработке данных учитывался минеральный со­став пород. Были опробованы четыре пласта на 1б-шахтных участках с различным марочным со­ставом углей. Массив данных состоял из 32 выбо­рок, в которые наряду с перечисленными выше сведениями включены также 2000 результатов анализов содержаний углерода и углекислого га­за и 250полных химических анализов.

Матрица значений средних содержаний петрогенных компонентов и рудных элементов стала объектом факторного анализа за методом глав­ных компонентов (Харман, 1972). В результате выявились три основных фактора, принявших на себя в совокупности более 95% всей дисперсии значений признаков. Факторные нагрузки в схематическом виде можно представить следующим образом:

F1 ={[Al2O3, K2O, MgO, MnO](69.2%)}/SiO2

F2 = CaO, CO2, FeO, Fe2O3 (21/5%)

F3= Na2O(7.4%)

где в числителе - оценки петрогенных элементов со значимой положительной нагрузкой, в знаме­нателе - оценки со значимой отрицательной на­грузкой, цифры в скобках - вклад фактора в об­щую дисперсию, выраженный в % от нее.

Значимые корреляционные связи брались с доверительной вероятностью 0.95. Если коэф­фициент корреляции составлял меньше 0.5, то связь считалась слабой, 0.5 - 0.7 - сильной и боль­ше 0.7 - очень сильной.

Анализ корреляционных плеяд и факторных диаграмм выявил большое разнообразие корре­лятивных ассоциаций, их состава, характера и си­лы связи как по отдельным выборкам, так и по стадиям. В целом по каждой стадии удалось про­следить устойчивые ассоциации. Это позволило решить вопрос о формах нахождения интересую­щих нас элементов (фиг. 1, 2).

Фрагменты схем корреляционных связей элементов в породах свиты

Фиг. 1. Факторная диаграмма и фрагменты схем корреляционных связей элементов в породах свиты С26.   на стадии катагенеза

Факторная диаграмма

Фиг. 2. Факторная диаграмма и фрагменты схем корреляционных связей элементов в породах свиты С26на стадии метагенеза.

На стадии катагенеза устойчивой геохимичес­кой общностью во всех типах пород является па­рагенезис Hg-Copr-S. Он прослеживается на всех без исключения участках зоны катагенеза и ха­рактеризуется сильной и очень сильной положи­тельной корреляционной связью элементов. При этом наблюдается постепенное уменьшение свя­зи ртути с органическим веществом в интервале Д - ОС. Коэффициент корреляции здесь умень­шается от 0.968 до 0.574. При переходе в зону метагенеза (интервал Т - А2) сила связи ртути с органическим веществом ослабевает, так как коэффициент корреляции уменьшается до 0.397. Наоборот, для ртути установлена сильная поло­жительная корреляция с СаО и С02, что отражает смену минерала-концентратора ртути. Значимая положительная связь Сорг с Hgна низких стадиях трансформации объясняется приуроченностью кларковых содержаний ртути к рассеянному ор­ганическому веществу. Причину сильной корре­ляции ртути с оксидом кальция и углекислым га­зом следует объяснить тенденцией накопления ртути в рассеянных аутигенных карбонатах, глав­ным образом в кальците и доломите (фиг. 3).

График зависимости

Фиг. 3. График зависимости содержаний ртути от карбонатной составляющей пород в зоне метагенеза.

Ассоциация Zn-Al203-K2O-Mg0 характерна для всех литофациальных разновидностей пород независимо от стадий постдиагенетических изме­нений. Этот парагенезис отражает связь цинка с глинистой составляющей пород, существенную долю которой представляют гидрослюды, хло­рит и каолинит. Поскольку каолинит в породах метагенетической стадии получил крайне огра­ниченное развитие, то, учитывая сильную кор­реляционную связь цинка с К20 (0.568 - 0.890), FeO(0.465 - 0.794), MgO(0.380 - 0.565) и А1203 (0.680 - 0.740), можно предположить, что основ­ная масса цинка входит в состав гидрослюд раз­личных модификаций и хлоритов. На стадии по­зднего метагенеза у цинка обнаруживается силь­ная положительная связь с углекислым газом, свидетельствующая о накоплении некоторых концентраций этого элемента карбонатами.

Несколько иная картина наблюдается в соста­ве парагенетических ассоциаций и закономернос­тей распределения свинца. Корреляционные свя­зи свинца с основными породообразующими ком­понентами позволили выявить устойчивые парагенезисы Pb-Al203-K20-FeOи Pb-S. Первый парагенезис свидетельствует о том, что значи­тельная часть свинца входит в состав глинистых минералов - преимущественно гидрослюд и смешанослойных образований. Сильная связь свинца с серой (0.510 - 0.647) и железом (0.523 - 0.715) на стадии катагенеза определяется приуроченнос­тью свинца к сульфидизированным разновиднос­тям пород. Что касается распределения парагенезисов по стадиям, то сульфидная и смешанослойная ассоциации устойчивы в зоне катагенеза, в то время как гидрослюдистая форма характерна как для стадии катагенеза, так и метагенеза.

Для меди также отмечается двойственность по­ведения. С одной стороны, анализ корреляцион­ных и факторных диаграмм показывает сильную корреляционную связь меди с А1203 (0.634 - 0.759), К20 (0.700 - 0.840) и MgO(0.315 - 0.597), т.е. с гли­нистой составляющей пород, содержащих эти ок­сиды - гидрослюды и хлорит. С другой стороны, в породах метагенетической стадии трансформа­ции намечается положительная связь меди с оки­сью магния и углекислым газом, что может ха­рактеризовать геохимическую общность меди и карбонатов.

Более однозначно определяются минералы-носители лития. Сильная и очень сильная корре­ляционная связь лития с К20 (0.569 - 0.770) и А1203 (0.525 - 0.696) свидетельствует о приуроченности основной массы этого элемента к гидрослюдам различных модификаций независимо от стадий постдиагенетических изменений. Судя по поло­жительной связи лития с железом (0.304 - 0.671), можно предположить, что часть этого щелочно­земельного металла может концентрироваться в хлорите.

Изложенный фактический материал позволя­ет охарактеризовать связь рудных элементов с различными типами осадков и проследить тен­денцию поведения отдельных элементов в про­цессе постседиментационных преобразований.

Так, своим поведением выделяется ртуть, бла­годаря ее постоянной и сильной положительной связи с органическим веществом и полным от­сутствием связи со всеми рудными и нерудными элементами-примесями. Важную роль в накопле­нии ртути играло органическое вещество, кото­рое активно сорбировало ртуть на стадии форми­рования осадка и создавало в придонной части палеобассейна восстановительную сероводородную среду. Информативным показателем этих про­цессов является вхождение в поле ртути сульфид­ной серы и железа.

С другой стороны, главная масса рудных эле­ментов (свинец, цинк, медь, литий) связана с глинистой фазой пород - каолинит-гидрослюдистыми, гидрослюдисто-монтморилонитовыми и гидро-слюдисто-хлоритовыми минералами и агрегата­ми. Это позволяет считать, что концентрация элементов-примесей в бассейне седиментации контролировалась главным образом процессами поглощения ионов коллоидами глинистого веще­ства. Постоянно наблюдающийся отрицательный заряд коллоидов (Дегенс, 1967; Юдович, 1981) обусловил при этом поглощение подвижных эле­ментов только в форме катионов, причем двухва­лентные катионы взаимодействовали более ак­тивно, чем одновалентные. Наибольшей емкос­тью поглощения отличается монтморилонит, наименьшей - каолинит, промежуточное положе­ние занимают гидрослюды. Органический мате­риал, который присутствует в глинах и образует с ними органоминеральные комплексы, заметно увеличивает способность глинистых минералов к ионному обмену (Дегенс, 1967).

Следовательно, значительная часть рудных элементов в исходных породах находится в слабо-закрепленном состоянии и удерживается лишь силами сорбции. Слабая связь элементов с мине­ралами-носителями позволяет предположить их полную десорбцию в подвижное состояние при усилении степени постседиментационных преоб­разований. Освобождающиеся при этом элемен­ты подвергаются перераспределению, переходят в раствор и могут участвовать в формировании рудных концентраций.

На метагенической стадии трансформации об­разуются минералы с низкими сорбционными свойствами, но высокой изоморфной емкостью - серицит, мусковит, хлориты и карбонаты. Рудные элементы могут переходить из состояния сорб­ции в кристаллические решетки вновь образую­щихся минералов. Сложные слоистые кристалли­ческие структуры слюдистых минералов благо­приятствуют изоморфному замещению ионов, имеющих близкие ионные радиусы. Так, в гидро­слюдах и сериците калий-ион (1.33 А) замещается свинцом (1.33 А); в хлорите и железисто-магнези­альных карбонатах ионы двухвалентного железа и ионы магния (0.78 А) замещаются цинком (0.83 А) и медью (0.80 А); в карбонатах ионы кальция (1.06 А) замещаются ионами ртути (1.11 А). Кро­ме того, ртуть и другие элементы могут прочно закрепляться в структуре органического вещест­ва в результате процессов ароматизации-полиме­ризации.

Таким образом, в отличие от катагенической стадии трансформации (интервал Д - ОС), где на­блюдается постепенное снижение концентрации элементов-примесей, в породах стадии метагенеза (интервал Т - А2) в рудных элементах проявляет­ся тенденция к накоплению. Минимальные кон­центрации элементов наблюдаются на границе стадий катагенеза и метагенеза - интервал ОС - Т (фиг. 4, 5).

Распределение свинца в породах алмазной сви­ты

Фиг. 4. Распределение свинца в породах алмазной сви­ты в зависимости от стадий постдиагенетических из­менений. I - IV - опробованные угольные пласты

Распределение ртути, свинца, цинка и меди в известняке

Фиг. 5. Распределение ртути, свинца, цинка и меди в известняке L1в зависимости от стадий постдиагенети­ческих изменений.

Полученные результаты наряду с данными о стадийных изменениях пород и рудной зонально­сти могут быть использованы для выяснения ге­нетической природы ртутно-полиметаллического оруденения этого региона. В частности, нахо­дит свое объяснение тот факт, что основные запасы ртути в Донбассе приурочены к породам, претерпевшим стадию позднего катагенеза (угли марок Ж, Д, ОС). Бесперспективными или мало­перспективными на обнаружение промышленно­го ртутного оруденения являются породы, пре­терпевшие стадию позднего метагенеза (марки угля А, - А2). Кроме того, для пород угленосной формации Донбасса не подтверждаются обще принятые представления о черносланцевых тол­щах как активных концентраторах рудных эле­ментов. Видимо, органическое вещество играет более важную роль как источник тепла, воды и углекислого газа при рудообразовании.

0
Ваша оценка: Нет
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.