книги из ГПНТБ / Москалева, С. В. Гипербазиты и их хромитоносность

Т а б ли ца 16

•отражают состав хромпшинелидов. Если учесть все причины колеба­ ний содержания MgO в хромпшинелидах, то, проанализировав полу­ ченные данные и сняв локальные отклонения, ложно видеть, что в це­ лом содержание MgO в хромшпинелиде обратно пропорционально содержанию в нем Сг20 3, т. е. хром и магний в хромпшинелидах, не только акцессорных, но и рудообразующих, являются антаго­ нистами. Этот вывод, основанный на анализе химического состава хромпшинелидов Урала, подтверждается данными, полученными при исследовании хромпшинелидов на микроанализаторе американ­ ским геологом Д. Лэпхемом [347].

Содержание в рудообразующих хромпшинелидах железа значи­ тельно колеблется. Судя по кривой Fe20 3 (см. рис. 41), в сущности отражающей степень серпентинпзацпп, такие колебания обусло­ влены именно сернентпнизацией. Поэтому при расчетах во внимание принимается поведение суммарного железа (FeO + Fe20 3), хотя мы отдаем себе отчет в том, что часть железа, очевидно, вынесена. Пониженное значение железа приходится на участки повышенных содержаний MgO и SiO2, т. е. на хромшпннелиды с обильными сили­ катными включениями. При исключении этпх локальных понижений содержаний намечается несомиенное повышение количества железа

повышение количества хрома совпадает с обогащением железом и обеднением магнием и алюминием, т. е. формирование наиболее высококачественного хромита, протекающее в обстановке высокой магнезиальности среды, способствует понижению в самом хромшпннелиде содержания магния. Иными словами, хотя для возникновения хромшпинелида необходима магнезиальная среда, способствующая кристаллизации высокохромистого хромшпинелида, сам хромшппнелид является средой, неблагоприятной для MgO.

Сопоставление состава рудообразующпх и акцессорных хромпшннелидов различных рудных полей Кемпирсайского массива (см. табл. 12—16 и рис. 41) показывает, что хромшпинелид из дунпта обладает относительным постоянством состава и вообще чрезвычайно близок к рудообразующему хромшпинелиду средне-, густовкраплеиных и массивных руд того или иного поля. Такие соотношения хи­ мизма, а также тот факт, что в гарцбургитах хромшпинелид встре­ чается лишь как акцессорный минерал и только в разновидностях, близких к дунитам, и в собственно дунитах образует рудные концен­ трации, позволяют высказать представление о том, что в процессе образования рудных хромитовых концентраций существует две стадии. На ранней, перидотитовой, происходит привиос хрома — элемента, необходимого для формирования рудного вещества, а также постепенное увеличение его количества в породообразующих и в рудном минералах. На завершающей стадии, дуиитовой, происходит реализация привнесенного вещества в виде рудных концентраций. Таким образом, первую стадию можно рассматривать как химпче-

214

скую подготовку, а вторую — как механическую реализацию привне­ сенного материала без его существенного изменения, т. е. как каче­ ственное преобразование накопленных количеств.

Сравнение состава хромшпинелидов из руд различной густоты вкрапленности (см. табл. 15, 16 и рис. 41) Главного рудного поля Кемпирсайского массива показывает, что содержание, характер колебаний и взаимоотношение главнейших окислов, слагающих хромшпинелиды из руд, самых различных по густоте вкрапленности, текстуре и положению в рудном теле, а также из различных по раз­ мерам рудных тел — однотипны. То же устанавливается и для других рудных полей (см. табл. 14 и рис. 41).

Из этого следует, что содержание, характер колебаний и взаимо­ отношений главнейших окислов в рудообразующих хромшпинелидах зависят не от густоты вкрапленности, текстуры руды и размера рудного тела, но отражают особенности химизма конкретного руд­ ного поля.

Параллельный анализ руд различной вкрапленности Главного' рудного поля и хромшпинелидов, их слагающих (табл. 15— 17), показывает, что колебания в составе хромшпинелидов, т. е. качество руды, не зависят от густоты вкрапленности; содержание же присут­ ствующего в руде Сг20 3 в пределах одного рудного поля определяется количественными соотношениями рудообразующих хромшпинелидов и цемента, т. е. густотой рудной вкрапленности.

Руды п хромшпинелиды остальных рудных полей Кемпирсайского массива по своему составу резко отличаются от руд и хромшпинелида Главного рудного поля (см. рис. 41). Их отличия заключаются не только в низкохромистости, но и в чрезвычайно высокой глиноземистости, типичных как для средне- и густовкрапленных, так и для сплошных руд. В то же время высокое содержание в этих рудах S i0 2, MgO, FeO Fe20 3 дает основание полагать, что в рудах этих руд­ ных полей среди включений преобладают алюмосиликаты. Действи­ тельно, исследования пород и руд этих полей под микроскопом пока­ зывают, что в них чрезвычайно распространены хлоритизация, эпидотизация, гранатизация и фельдшпатизация, т. е. процессы, связан­ ные с обогащением пород глиноземом. Следовательно, значительная часть глинозема, фиксируемого в составе хромшпинелидов данных полей, обязана присутствию в них продуктов вторичных изменений, т. е. метаморфизму, и потому с химизмом первичных хромшпинелидов никак не связана. Поэтому можно считать, что различия хромшпине­ лидов различных рудных полей обусловлены вторичными процес­ сами. Так как эти процессы охватили не только хромшпинелид, по и вмещающие его породы, т. е. типичны для каждого поля, то качество руд специфично для того или иного поля.

Таким образом, качество руд обусловлено степенью их метамор­ физма. Из этого следует практический вывод о том, что в участ­ ках, где метаморфизм проявлен слабо или отсутствует, например на месторождениях Главного рудного поля Кемпирсайского мас­ сива, механическое обогащение даже бедновкрапленньтх руд даст

215

высококачественное металлургическое сырье. В участках же интен­ сивного развития метаморфизма никакое механическое обогащение низкокачественных руд металлургического сырья не создаст.

Основываясь на этих доводах, мы считаем необходимым подчерк­ нуть, что не только богатые, но и бедновкрапленные и даже убогие руды Главного рудного поля Кемппрсайского массива, обычно относимые к забалансовым, представляют собой важный источник металлургического сырья и потому должны быть предметом внимания и сохранения.

Геохимические условия процесса хромптообразования

Многими исследователями подчеркивается, что образование паиболее высококачественных хромшпинелидов связано с дунитами [22, 24,228,229,231,384,219, 386 и др.]. Материал, изложенный выше,

дополняет эти сведения, свидетельствуя о том, что хромитообразованпе является следствием олнвпнизацип существенно эистатититового субстрата, в процессе которой возникают гарцбургнты, дуииты и хромитпты. Таким образом, геологические исследования свидетель­ ствуют о том, что рассматриваемая ассоциация гарцбургитов, дунитов и хромититов имеет парагенетическое значение. В связи с этим непосредственной следующей задачей является выяснение причин, приводящих к появлению именно такой парагенетической ассоциа­ ции.

Рассмотрение геохимических свойств элементов, участвующих в рассматриваемой ассоциации, показывает, что слагающие ее минералы состоят из элементов с близкими значениями величины

показано в главе I, это и является причиной образования ими единой дунит-гарцбургитовой формации.

В пределах дунит-гарцбургитовой формации ведущими катионами, определяющими «химическое лицо» формации, являются Mg и Fe. Естественно, что процесс обособления этих элементов сопровождается накоплением геохимически родственных им хрома, никеля, кобальта. В пределах также дунитсодержащей, но дунит-пироксенит-габбровой формации главными процессами являются диопсидизация, и особенно габброизация, отражающие кальциевый и алюминиевый метасома­ тоз. В этом цикле породообразования алюминий не только входит в решетку диопсида, но идет и на построение самостоятельных соеди­ нений, сначала минералов эпидот-цоизитовой группы, затем пла­ гиоклаза, основность которого возрастает по мере насыщения его А120 3. Отличительной особенностью этого цикла является прин­ ципиальная перестройка анионной части, вызванная частичной за­ меной очень плотного кремния (0,39 А) менее плотным алюми­ нием (0,57 А). Это приводит к «разрыхлению» структуры формиру­ ющихся соединений, т. е. к смене орто- и метасиликатов (оливин, пироксены) каркасными алюмосиликатами (плагиоклазы). Так как

216

алюминий уходит в анионную группу, роль катиона в возникающих соединениях играет кальций (1,01 А), что не способствует накопле­ нию хрома. Поэтому хромпшинелид, здесь образующийся, имеет лишь акцессорное значение. Именно поэтому эта парагенетическая ассоциация (формация) практически не хромитоносна.

В процессе становления пород дунит-гарцбургитовой формации отчетливо намечается существование двух взаимосвязанных процес­ сов: оливинизации, венчающейся возникновением дунита, и хромитизации, заканчивающейся появлением концентраций хромита. Оба эти процесса направлены в сторону образования наиболее простых, моиомииералышх, соединений, т. е. подчиняются общей закономер­ ности метасоматическнх процессов, выявленной Д. С. Коржин-

ским [89].

Химизм оливинизации и хромитизации, протекающих при одина­ ковых внешних условиях, заключается в максимальном накоплении магния в силикате с образованием оливинита и хрома в хромтппинелиде с образованием высокохромистого хромитита. Ведущим является магниевый метасоматоз, приводящий к появлению дунита. Стано­ вление хромитита, тесно сопряженное с этим процессом, зависит от его масштабности. Основываясь на этом, мы считаем возможным оба эти процесса отнести к единой метасоматической фации, в понимании

о том, что в этом процессе магний относится к весьма инертным ком­ понентам. По-видимому, такой же характер имеет и никель связы­ вающийся в решетке оливина. Хром постепенно накапливается в решетке исчезающего энстатита, крайне «неохотно» входит в ре­ шетку новообразуемого оливина, количественно уменьшаясь в ней по мере усиления оливинизации, а в главной своей массе идет на по­ строение хромшпинелида. Такой характер его поведения свидетель­ ствует о том, что в процессе оливинизации хром обладает значительно большей подвижностью, чем магний и никель. Железо в рассматри­ ваемых условиях интенсивно выносится из силиката, хотя частично закрепляется в решетке хромшпинелида. Поэтому в процессе оливиинзации оно должно быть отнесено к числу весьма подвижных компо­ нентов. Кремний в процессе оливинизации отчетливо выносится. Ни в одном из вновь образуемых минералов он не закрепляется. Следовательно, в условиях данной фации он является наиболее подвижным компонентом.

Таким образом, материал, иллюстрирующий один из процессов рассматриваемой метасоматической фации — оливинизацию, вен­ чающуюся возникновением дунитов, может быть отражен в виде-

В процессе оливинизации, осуществляющейся благодаря увели­ чению содержания оливина в породе, хром ведет себя как компонент, подвижный относительно закрепляющегося и накапливающегося

217

в оливине магния. Однако вне решетки оливина он вполне инертен и закрепляется в решетках энстатита — главного изменяемого минерала — и особенно в ншинелиде. Это его свойство, являющееся причиной хромптизацаи, приводит, с одной стороны, к накоплению хрома в решетке хромшпинелида, а с другой — к увеличению коли­ чества последнего, т. е. к возникновению скоплений высокохроми­ стого хромшпииелпда, обособляющихся от дунита и дающих' рудные концентрации. Железо, вынесенное из энстатита при магниевом метасоматозе, закрепляется в решетке хромшпинелида. В последнем с увеличением содержания хрома на первых этапах образования хромшпинелида количество железа также возрастает, затем при максимальном содержании хрома стабилизируется н, наконец, несколько снижается (см. рис. 41). Это дает право при хромнтпзацпн отнести его в данном случае к компонентам, менее инертным, чем хром. Количество магния высоко в низкохромпстых хромшпинелпдах, одпако по мере возрастания количества хрома оно снижается, так как магний выносится. Таким образом, если при собственно олпвпнпзации магний ведет себя как наиболее агрессивный компо­ нент, вытесняющий все остальные и занимающий их место, то при хромитообразованнп его роль более скромна и из отчетливо инерт­ ного он превращается во вполне подвижный.

Итак, при хромптообразованни намечается следующий ряд нарастающей подвижности: Сг ->• Fe -*■ Mg (II). В этом ряду уча­ ствует лишь часть компонентов I ряда (оливинизацнн), причем отно­ сительная подвижность элементов в нем иная. В связи с этим воз­ никает вопрос о причинах, обусловливающих обособление в пределах единой метасоматической фации двух разнородных рядов подвиж­ ности.

Катионная часть рассматриваемого комплекса пород и руд состоит из ассоциаций таких элементов, которые обладают близкими, наи­ меньшими для породообразующих элементов, размерами ионных радиусов, колеблющимися лишь в пределах изоморфизма. Как из­ вестно, эта близость отражает термодинамический потенциал геоэнергетпческой зоны, в пределах которой начинается фиксация их как химических элементов с возникновением тех или иных соедине­ ний, характерных для этой зоны [44, 267, 268]. Следовательно, близость ионных радиусов, обусловливающая их взаимозаменяе­ мость, т. е. возможность изоморфизма, свидетельствует о том, что возникновение всей серии рассматриваемых элементов происходило в пределах одной геоэнергетической зоны с определенным, свойствен­ ным только ей термодинамическим режимом. Элементы с иными ра­ диусами впервые как химические элементы зарождаются в условиях иных геоэнергетических зон, и поэтому для первичных образований дайной зоны они ксеногенны. По-видимому, именно этим следует объяснить отсутствие в рассматриваемой дунит-гарцбургитовой фор­ мации руд, сложенных элементами с и н ы м и значениями Д£. Как подчеркивалось выше, господствующим процессом в зоне хромитообразования является магниевый метасоматоз, геологически выра­

218

жающийся в оливинизации, приводящей в итоге к формированию мономинеральных оливиновых пород.

Такая направленность процесса обусловливает его главную геохимическую особенность — накопление элементов, близких по размерам R{ к магнию и вынос всех остальных, отличных от него. Так как полным изоморфизмом с магнием (Rl = 0,78 А) обладает лишь никель (Л£ = 0,78 А), то, естественно, что вместе с магнием он прочно входит в решетку вновь образуемого оливина. Все осталь­ ные элементы, не тождественные магнию по их Rp на данном уровне организации вещества приобретают способность к миграции и выно­

т. е. являясь типичными представителями данной энергетической зоны, и Fe” , и Сг могут мигрировать только в ее пределах, т. е. весьма ограниченно. Поэтому, высвобождаясь из силикатной ре­ шетки, они, несмотря на то что разница между ними по Rt большая, чем между каждым из них и магнием, связываются в виде хромпшииелида, причем магний, присутствовавший и в хромшпинелиде, с усилением этой связи уходит в ортосилнкат, уступая место главному компоненту хромшпинелида — хрому.

Главпой причиной связи хрома и железа в хромшпинелиде, по-ви­ димому, является обычное стремление металлоидных элементов к соединению с железом. В этих соединениях оно играет ту же роль каркаса, что и кремний в породообразующих силикатах. Однако иесомпеина и роль ионных радиусов, вследствие которой потенциал железа в хромшпинелиде в начале хромитизации интенсивно воз­ растает, затем постепенно стабилизируется и, наконец, снижается, уступая место хрому, потенциал которого последовательно увеличи­ вается. Таким образом возникает соединение с преобладанием того элемента (хрома), который по значению Л(- более стабилен в условиях данной геоэнергетической зоны, чем большее по размеру Л£ железо. Вполне вероятно, что именно этими причинами обусловлено макси­ мальное накопление хрома в конечном продукте процесса — хромите — п заметное уменьшение в нем количества железа. Осадив хром в виде концентрата рудного минерала (хромшпинелида), т. е. выпол­ нив в основном роль катализатора, железо в главной своей массе уходит в следующую зону для построения там новых соединений. Таким образом, ведущей геохимической тенденцией минералообразовання, обусловливающей появление определенного петрорудного комплекса, является дпфференциацпя вещества по его геохимическим свойствам.

На нервом уровне организации вещества в условиях выделенной Д. С. Коржйнским единой [89] метасоматической фации, которая, по существу, отвечает условиям одной геоэнергетической зоны, катионы, близкие по размерам ионных радиусов (Л,.) и, как показал в 1952 г. А. Г. Бетехтин, по особенностям строения электронных оболочек ионов, объединяются в единую парагенетическую ассо­ циацию. На следующей, более высокой ступени организации с

21»

углублением дифференциации элементы, слагающие такую ассоциацию, объединяются в обособленные группы, образующие минералы с пре­ обладанием в каждом из них катионов с близкими значениями ион­ ного радиуса. Усиление и углубление процесса дифференциации вещества способствует увеличению концентрации обособившихся групп-минералов, выражающейся в возникновении моиоминер’альных скоплений как породообразующих минералов, так и рудных. С этих позиций тенденцию любого глубинного процесса породообразования к появлению моиоминеральных концентратов следует рассматривать как проявление процесса естественного упорядочения вещества. В ходе такого упорядочения различные компоненты каж­ дой из обособляющихся групп, в зависимости от близости их R[ к Rt профилирующего элемента, обладают различной миграционной спо­ собностью, что и служит причиной появления разнородных рядов подвижности в пределах одной метасоматической фации. В целом же процесс упорядочения вещества стимулирует накопление однородных химических элементов (геологически моиоминеральных агрегатов), т. е. является геохимической причиной возникновения мономинеральных концентраций, в том числе рудных.

Наиболее простым по составу и, следовательно, наиболее хими­ чески однородным продуктом процесса породообразования является рудный минерал. Основываясь на этом, мы полагаем, что возникно­ вение концентраций наиболее однородных элементов — рудных скоп­ лений — является высшим проявлением упорядоченности вещества.

Исходя из этого, мы считаем возможным высказать предположе­ ние о том, что потенциальная возможность возникновения рудных концентраций прямо пропорциональна степени упорядоченности вещества или, иными словами, наиболее перспективными материн­ скими породами оруденения являются образования, максимально геологически дифференцированные, т. е. мономинеральные.

Таким образом, возникновение рудных концентраций следует рассматривать как отражение стремления термодинамической си­ стемы к состоянию равновесия и к высвобождению энергии, что в свою очередь стимулирует начало нового процесса. Именно этой причиной, на наш взгляд, объясняется отсутствие первично зале­ гающих промышленных рудных концентраций в гетерогенных обра­ зованиях типа гарцбургнта или какой-нибудь другой разновидности перидотита. По-видимому, это же положение справедливо и для других рядов пород. Так, широко известно, что с началом процесса габброизации пироксенитов дунит-пироксеиит-габбровой формации сопряжено появление косьвитов, причем из стадии полевошпатовых пироксенитов — меланократовых габбро возникают частые мелкие выделения титаномагнетита (Качканарский тип), в общем мало продуктивные. Крупнейшие же месторождения титаномагнетита связаны лишь с конечным продуктом габброизации пироксенитов — анортозитами, в которых весь титан и железо, высвободившиеся из фельдшпатизированных ортосиликатов, уходят на построение титаномагнетита [142].

:220

Несомненно, что подобная же закономерность обусловливает появление концентраций платиноидов в рассмотренных выше дунитах II генерации, относящихся к дунит-диаллагит-габбровой форма­ ции и являющихся продуктом полной оливинизации диаллагитов. В верлитах — промежуточных членах этого ряда пород, в которых нарушена прежняя мономинеральность (диаллагитов), но не появи­ лась новая (оливинитов), скопления платиноидов отсутствуют.

С этой же точки зрения нам представляется возможным проанали­ зировать поведение такого элемента как никель. Будучи тождествен­ ным по Rt магнию и потому связываясь с ним в оливине, этот эле­ мент в эндогенном цикле не может образовать самостоятельнойгруппымииерала и высвобождается только при процессах, разрушающих решетку оливина. В этом смысле эндогенный процесс для никеля является только процессом химического накопления вещества (ана­ логичного накоплению хрома в энстатите), реализация которого наступает лишь в последующие стадии — стадии разрушения ассо­ циаций дунпт-гарцбургитовой формации.

МЕТАМОРФИЗМ ГИПЕРБАЗИТОВ И ОРУДЕНЕНИЕ

Геолого-петрологические исследования, результаты которых изложены выше, показали, что становление хромитовых концентра­ ций тесно связано с формированием пород дунит-гарцбургитового кодгплекса. Однако породы этого комплекса, попадая в земную кору, не остаются в первозданном состоянии и подвергаются серии более поздних изменений. Одним из наиболее ранних изменений этих пород является рассмотренный выше динамометаморфизм, пред­ шествующий всем процессам аддитивного метаморфизма. Не менее важными являются более поздние преобразования, обусловленные химическими изменениями гипербазитового вещества. В этом случае выделяются регрессивная и прогрессивная стадии метаморфизма гипербазитов.

Регрессивный метаморфизм гипербазитов и качество хромитовых руд

Наиболее ранним проявлением регрессивного метаморфизма ги­ пербазитов является их с е р п е н т и н и з а ц и я , охватывающая ■гипербазиты практически повсеместно, но особенно интенсивно

в зонах дробления.

Как известно, выделяются лизардитовая, хризотиловая и антигоритовая стадии серпентинизации, различающиеся химизмом про­ текающего процесса и составом возникающего серпентина [402, 9]. Лизардитизация протекает в условиях минимального привноса воды и минимального выноса из гипербазитов MgO, FeO и С г,03, вслед­ ствие чего первичный состав пород и руд при ней практически сохра­ няется. В ряде случаев она проявляется только в виде серпентинитовых

221

«шнуров» в оливине ы прожилков в энстатите с незначительным новообразованием тонкораспыленпого магнетита. Однако в Кра- кннско-Кемпирсайском поясе Урала все участки полной серпентинизации, т. е. собственно серпентиниты, сложены лизардитовыми серпентинитами. Следующая за лизардитизацией хризотилизация протекает в условиях поышениого привнося воды [9], с изообъемным выносом MgO, Cr20 3, FeO с частичным окислением FeO в Fe20 3, что в итоге заметно изменяет первичный состав породы. Именно этой стадии свойственно возникновение хризотил-асбеста и макси­ мальное новообразование магнетита (например, во «внешних»восточно­ уральских и алтае-саянских поясах). Еще более поздняя антигоритизадия характеризуется максимальной водонасыщенностыо серпен­ тина, что обусловливает и максимальный вынос из пород и руд MgO, FeO и Сг20 3 и способствует разрушению возникших ранее магнетита и хризотил-асбеста. Серпентинизация этой стадии типична для «внутренних» гипербазитовых поясов Урала, Алтае-Саянской обла­ сти и для большинства поясов Казахстана и Кавказа.

Одновременно с серпентинпзацией гипербазитов происходят из­ менения хромшшшелида. Одной из форм этих изменений являются серпентиновые жилы, рассекающие хромшпинелнд по трещинам дробления. Более же типичны образования черных непрозрачных пятен и тонких кайм другого рудного вещества, представляющих собой тонкозернистый агрегат, который, судя по отражательным свойствам и высокой магнитной восприимчивости (до 5000-10“ 6 СГС), является магнетитом. В одиночных зернах хромшпинелида, лежащих среди дунптовой массы, изменения протекают сильнее, чем в сплош­ ном агрегате его зерен. При усилении степени серпентинпзацип пород количество скоплений магнетита увеличивается, они образуют сплошные широкие каймы по краям зерен и вдоль трещин внутри хромшпинелида, постепенно замещая хромшппиелид целиком, вслед­ ствие чего в полностью серпентинизированных дунитах хромшпинелид, как правило, не просвечивает.

В аподунитовых серпентинитах вокруг черного полностью изме­ ненного хромшшшелида или его скоплений обычно появление своеобразной «короны», состоящей из тонкозернистых скоплений магнетита. Как правило, такие участки обладают очень высокой магнитной восприимчивостью (до 10 000-10-8 СГС), в общем дунитам не свойственной (п дунитов равно 100-10“ 6 СГС). Вследствие этого участки серпентинизированного дунита, насыщенные скоплениями или рассеянной вкрапленностью хромшшшелида, более магнитны, чем безрудные. При аптигоритизации и выветривании магнетит в каймах замещается агрегатом немагнитного гематита. Очень де­ тально этот процесс рассмотрен Т. А. Пуркиной для хромшпинелидов Среднего Урала. Ею убедительно доказано, что кристаллизация магнетита связана с окислением части железа, связанного в хромшпинелиде, и с переходом его в окиспую форму. Ею установлено также, что такой метаморфизм сопровождается высвобождением из хромшпинелида не только железа, но и хрома.

222