книги из ГПНТБ / Формационный метод в прогнозе и изучении месторождений горнохимического сырья

афанитовыми известняками, иногда обладающими плитчатой от­ дельностью и содержащими конкреции кремней. В обнажениях видно, что между плитками известняков местами развиты тонкие прослойки слабофосфатного мергеля. Мощность этой толщи, по И. В. Хворовой, 40 м. Верхняя часть разреза образована черными твердыми битуминозными аргиллитами, содержащими прослои черных и красноватых микрослоистых силицитов, углистых сланцев, цеолитовых пород, глинистых доломитов и реже тонко­ зернистых известняков с раковинным и растительным детритом. Некоторые прослои аргиллитов фосфатоносны. В аргиллитах на­ блюдаются микроскопические расплывчатые фосфатные стяжения и многочисленные округлые конкреции фосфорита (1—4 см) с со­ держанием Р2О5 до 25%• Мощность этой толщи от 20 до 100 м. Она прослеживается по всему западному склону Южного Урала. Присутствие стяжений фосфата И. В. Хворова считает надежным признаком принадлежности слоев к зианчуринским и оренбург­ ским. В Юрюзано-Сылвенскон депрессии аналоги этих слоев на фосфатоносность изучены А. А. Макушиным, где они известны под названием куркинской свиты Д. В. Наливкина.

В других регионах гомологами формации этого типа, по-види­

в прогибание приплатформенных частей и формирование морской нижнемолассовой формации и сопутствующих ей формаций, харак­ терных для предгорных краевых прогибов. Нижнемолассовая мор­ ская формация мощностью в несколько километров, в сторону Рус­ ской платформы переходит в фосфатоносную формацию, которую И. В. Хворова (1961) назвала селеукской. Чтобы рассмотреть раз­ меры, форму, возраст и парагенез пород этой формации, рассмот­ рим разрезы, приводимые И. В. Хворовой для характеристики зоны перехода нижнемолассовой формации в селеукскую. Для нижне­ пермских отложений с востока на запад намечены следующие

И. В. Хворова (1961) предлагает рассматривать как единую фор­ мацию селеукского типа. Породы, развитые в селеукской форма­ ции, слагают маломощные толщи, по сравнению с одновозраст­ ными толщами пород молассовой формации (до 200 м). Состав формации фосфатно-кремнисто-карбонатный с прнмесыо пласти­ ческого материала. По И. В. Хворовой, селеукская формация пред­ ставлена двумя градациями, т. е. породами двух фациальных зон:

70

1 ) глубоководной некомпенсированного прогиба (глубина этого прогиба, по Б. М. Келлеру, до 1000 м); 2) сравнительно мелковод­ ной, к ней приурочены известные месторождения фосфоритов и фосфатопроявлений.

Низы формации (ассельский ярус) от р. Белой до р. Шиды представлен грубыми брекчиями и известняковыми конглобрекчиями селеукского типа. Эти брекчии состоят из смеси обломков слабо окатанных и неокатанных известняков, сцементированных тонко­ зернистым доломитом. В обломках преобладают серые известняки, нередко с кремнистыми конкрециями, вымытыми или обрушенными из верхнекаменноугольных отложений. Местами встречаются много переотложенных конкреций фосфорита из верхнекаменноуголыюй фосфатоносиой формации. Иногда наблюдаются небольшие отторженцы углистых сланцев. В цементе рассеяно небольшое коли­ чество органогенного детрита и много микростяжений фосфатов.

Выше толщи брекчий, мощность которых на р. Селеук до 12 м, залегают бурые и серые плитчатые доломиты и известняки, ко­ торые часто дают положительную реакцию при действии на них раствором молибдата аммония. Иногда в известняках наблюдаются прослоечки фосфорита. Общая мощность фосфатоносиой пачки до 18 м. Выше снова залегают, по данным И. В. Хворовой, конглобрекчни, но менее грубые, чем описанные выше.

Средняя часть разреза селеукской формации (тастубский и стерлитамакские горизонты) сложена толщами известняков и до­ ломитов, среди которых в качестве специфических прослоев раз­ виты силициты и фосфориты. В разрезе преобладают доломиты и доломитовые мергели. Для пород характерны плитчатость и листо­ ватость. Породы этой части формации тонкозернистые, афанитозые, иногда микрослоистые. Доломиты здесь чередуются с извест­ няками, среди которых преобладают афанитовые разности. При­ сутствуют прослоечки силицитов и фосфатов. Фосфатоносность наблюдается как в доломитах, так и в известняках. Чаще всего фос­ фориты присутствуют в виде микроскопических стяжений или тон­ ких прослойков. Последние весьма распространены, образуя с до­ ломитами, силицитами и известняками пакеты специфического че­ редования пород, напоминающие флишевые многослои. Мощность таких фосфорито-кремнисто-карбонатных пакетов достигает различ­ ных величин. По данным А. В. Смирнова (1959 г.), мощность па­ кетов до 4 м. Е. М. Ворожева (1941) отмечает здесь самостоятель­ ные прослои фосфорита до 10 см. Общая мощность средних го­ ризонтов формации до 60 м.

Фосфатное вещество афанитовых фосфоритов, входящих в крем­ нисто-карбонатные пакеты, по нашему мнению, обязано в некото­ рой степени своим происхождением ассимиляции их из ниже­ лежащей фосфатоносиой формации верхнего карбона или из ассельских слоев селеукской формации. Здесь, по-видимому, про­ явился каннибализм, по Г. Штилле, самопожирание в процессе развития, когда отложившиеся слои сразу вступают в переотло-

71

жение при непрерывном процессе седиментогенеза. Образование полосчатых, слоистых пакетов зависит от тех же причин, которые приводят к формированию флишевых слоев, характерных для флишевых и морских молассовых формаций. Происходит формиро­ вание отсортированной слоистости. Это доказывается отсутствием перемывов в фосфатной пачке (нет косослоистых текстур). В ни­ зах формации присутствуют различные брекчии, обрушенные из каменноугольной формации, конкреции фосфорита и др., что сви­ детельствует о длительности и сложности формирования селеукских фосфоритовых залежей.

По И. В. Хворовой (1958), абсолютное количество фосфора, заключенное в продуктивных слоях селеукских месторождений, не могло сосредоточиться здесь лишь за счет специфики формирова­ ния этих залежей. Абсолютное количество фосфора в продуктив­ ных маломощных слоях в три раза больше, чем в синхронных мощных слоях молассы. По И. В. Хворовой, в зоне формирования залежей, по-видимому, существовал дополнительный источник фос­ фатов, которым, по нашему мнению, могла являться разрушающая фосфатоносная формация верхнего карбона. Возможно, дополни­ тельным источником фосфатов могли быть растворы, поднимаю­ щиеся по разломам из глубин земной коры. Фосфатные залежи селеука размещены там, где соприкасаются друг с другом две раз­ личные фосфатоносные формации: верхнего карбона и собственно селеукская фосфатоносная формация нижней перми.

Границы селеукской формации определяются следующим об­ разом: восточная граница характеризуется переходом в морскую нижнемолассовую формацию, нижняя граница определяется мигра­ цией пород в пространстве и во времени. Зародилась формация в ассельское время и, по-видимому, залегала иногда с постепен­ ным переходом на отложениях верхнего карбона. В сакмарское время она мигрировала к западу, в сторону Русской платформы, одновременно с этим происходило воздымание отложившихся слоев верхнего карбона и их обрушение или размыв. В артинское время селеукская формация отлагалась в зоне шихан, а там, где породы формации формировались в сакмарское и ассельское время, про­ исходило накопление молассовых толщ. Морская молассовая фор­ мация распространялась к западу, захватывая новые территории и перекрывая породы селеукской формации.

Таким образом, тело селеукской формации имеет в разрезе вид наклонной к востоку осадочной линзы, секущей стратиграфические горизонты. Основание этой линзы (ассельские слои) расположено восточнее полосы Стерлитамакских рифов, а вершина, по-види­ мому, залегает на этих рифах (артинские и, возможно, нижнекунгурские слои). В сакмарское и ассельское время селеукская формация примыкала непосредственно к рифовой формации, имею­ щей мощность более 1000 м. Здесь существовал некомпенсирован­ ный прогиб, отложения которого включаются в селеукскую форма­ цию. Существовал ли некомпенсированный прогиб в артинское

72

время, неизвестно. Если существовал, то осадки этого прогиба можно представить как связующее звено между восточной и за­ падной градациями селеукской формации. Нужно изучать условия формирования солей, которые в кунгурское время были широко развиты в этой области; некоторые исследователи считают их мелководными образованиями. Если прогиб не существовал, т. е. компенсировался осадками, то необходимо объяснить, каким об­ разом были выведены на поверхность мощные толщи рифогенных известняков. Этот вопрос требует дальнейшего изучения.

Формации подобного типа, по-видимому, участвуют в строении фосфатоносных разрезов Китая и Монголии (Б. М. Гиммельфарб, Г. И. Бушинский).

Таким образом, на примере Южного Урала видно, что фосфат­ ные породы полиформационны, они встречаются в разных геоло­ гических формациях. Фосфоритовые залежи можно рассматривать как агрегаты, образующиеся в зонах сочленения различных фосфатоиосных формаций. На этапе собственно геосинклинального развития этого участка земной коры, когда в эвгеосинклиналях шло формирование вулканогенно-кремнистых (спилито-кератофи- ровых, яшмовых и др.) формаций, возможно сочленение синхрон­ ных фосфатоносных формаций различных групп: вулканогенной и терригеннон. В заключительные моменты развития геосинкли­ нали, на орогенном этапе, фосфатоносные формации, по-видимому, могут сочленяться по наклонной плоскости, секущей стратиграфи­ ческие горизонты. В типично платформенных рядах фосфатоносные формации могут сочленяться и по вертикали. Например, валанжинская фосфатоносная формация следует непосредственно за фосфатоносной формацией верхней юры на Русской платформе.

В разных участках земной коры, по-видимому, возможны слу­ чаи сочленения различных типов фосфатоносных формаций. Мы рассмотрели простой случай, когда геосинклиналь примыкала к платформе с дорифейской складчатостью. Н. П. Херасков от­ мечал, что переходные зоны, в которых орогенные формации по­ степенно замещаются синхронными геосинклинальными или син­ хронными платформенными, не изучались. Изучение таких зон, по нашему мнению, очень важно для правильной оценки того или иного фосфоритового месторождения. Например, Хубсугульское месторождение в Монголии, по-видимому, сформировано на эпибайкальском складчатом основании; к югу от этого основания (молодой платформы) существовали геосинклинальные формации.

Предпосылка, направляющая поиски в зоны, где происходит сочленение различных фосфатоносных формаций, нам представ­ ляется наиболее рациональной. При применении других методик остается без ответа главный вопрос: чем отличаются мелкие фосфатопроявления от крупных промышленных залежей, так как на поверхности признаки, отражающие их, выражены часто одина­ ково; для их оценки нужны дорогостоящие работы. Рассматривая крупные залежи фосфатов как полиформационные агрегаты, мы

73

даем ответ на поставленный вопрос. Исходя из того что залежи — полиформационные агрегаты, нельзя объяснить генезис залежи (Каратау) при помощи какой-нибудь одной теории фосфатогенеза.

IV. Генетические типы руд и их различия

Радиоактивность фосфоритов востока Европейской части СССР

и Урала

На территории востока Европейской части СССР и Урала раз­ виты фосфориты, образованные в морских и континентальных усло­ виях. По геотектонической приуроченности они подразделяются на три основных типа: платформенные, геосинклинальные и краевых прогибов.

Морские фосфориты платформы представлены в основном желваковыми разностями. Фосфориты приурочены к терригенноглауконитовой и глауконито-карбонатной формации и залегают чаще среди кварц-глауконитовых и глауконит-кварцевых песков, песчаников, глин. Реже они встречаются в песчаных и мелоподоб­ ных мергелях, писчем меле. Основные фосфорнтоносные горизонты приурочены главным образом к отложениям верхней юры, нижнего и верхнего мела и палеогена. Фосфориты состоят из фосфата каль­ ция, цементирующего зерна обломочного материала (главным образом кварца), и глауконита. Глинистый материал, пелптоморфный кальцит, органическое вещество являются, как правило, тонко­ дисперсной примесью к фосфатному веществу. Кальцит иногда наблюдается в виде агрегатных скоплений.

Различные соотношения фосфатного вещества и нефосфатных компонентов обусловливают выделение следующих основных разно­ видностей фосфоритов: 1 ) глинистых (нефосфатных примесей до 10—15%, Р2О5 23—31%); 2) песчано-глинистых (нефосфатных компонентов 25—30%, Р20 5 18—23%); 3) песчаных (кварца и глауконита 40—75%, Р20 5 6—16%).

Континентальные фосфориты платформы связаны с накопле­ нием коры выветривания, являющейся продуктом сложного гипер­ генного преобразования мел-мергельных материнских пород. В со­ став коры выветривания входят песчаные и глинистые образова­ ния, содержащие линзы и гнезда бурых железняков и фосфоритов. Последние исключительно разнообразны по внешнему облику и со­ ставу. Выделяются глинистые и мелоподобные, кремнисто-глини­ стые каолиноподобные (Р2О5 16,5—30,8%), монофосфатные кремне­ подобные (до 34—35% Р2О5), песчаные глауконито-кварцевые

(Р20 5 14—18%), железистые (P2Os до 20%).

Для глинистых и кремнисто-глинистых фосфоритов характерно сочетание фосфата, глинистого материала, халцедона. Кремне­

74

обломочный материал (кварц) и глауконит, в железистых — гидро­ окислы железа.

Массивные фосфориты Уральской геосинклинальной области и краевого прогиба известны в отложениях докембрия и палеозоя. Сравнительно широко развиты и более изучены фосфориты перм­ ского возраста, приуроченные к террнгенно-карбонатной формации.

Массивные фосфориты этого возраста встречаются обычно в толщах карбонатных и терригенно-кремнисто-карбонатных пород. Фосфориты состоят главным образом из фосфатного вещества, кальцита, доломита и халцедона. По преобладанию того или иного нефосфатного компонента выделяются кремнисто-доломитовые и известковые разности.

Континентальные фосфориты Уральской складчатой области своим происхождением обязаны процессам, выветривания фосфат­ содержащих пород морского происхождения. По генетическому признаку среди них различаются остаточно-метасоматические и метасоматические. Остаточно-метасоматические залегают в коре выветривания, развитой на фосфатизированных карбонатных породах. По физико-механическому признаку они подразделяются на рыхлые и твердые. Рыхлые, землистые разности состоят глав­ ным образом из фосфата с незначительной примесью глинистого материала и зернышек кварца. Порода обычно интенсивно пропи­ тана гидроокислами железа, Р2О5 в них достигает 30%.

Твердые разности по текстурным признакам подразделяются на ячеистые, тонкопористо-кавернозные и массивные. Ячеистые и тонкопористые кавернозные фосфориты сложены почти нацело фосфатным веществом. Содержание Р2О5 в них 33%.

Массивные разности фосфоритов содержат, как правило, в до­

держание Р2О5 колеблется от 16 до 28%• Метасоматические фосфориты Урала связаны с карбонатными

породами — органогенно-обломочными и афанитовыми известня­ ками. Они возникли в результате воздействия фосфатсодержащих растворов на карбонатные образования с последующим метасоматическим замещением карбоната кальция на фосфат кальция.

Основными составными частями фосфоритов являются фосфат и кальцит. Последний присутствует в подчиненном количестве. Не­ редко фосфориты представляют собой монофосфатные образования (полный метасоматоз фосфата кальция по карбонату кальция).

Повышенная радиоактивность фосфоритов, обусловленная при­ сутствием урана, была установлена Р. Страттом в 1908 г. Фосфо­ риты большинства месторождений мира различного возраста и генезиса содержат в среднем 0,005—0,03% U, что во много раз превышает его кларк в земной коре: 3,2 -10-4 (Виноградов, 1962). Самостоятельных минералов урана в фосфоритах почти не встре­ чено. Поэтому большинство исследователей их аномальную радио­ активность связывает с фосфатами кальция, кристаллическая

75

решетка которых обладает высокой сорбционной способностью и емкостью. Природе геохимических связей урана и фосфатного ве­ щества, а также причинам колебания содержания урана в фосфо­ ритах посвящены многие работы (Блисковский, Смирнов, 1966; Кеннет Ж- Белл, 1956; Никольская, 1968; Мак Келви, 1963; Холо­ дов, 1963; AltschulІег, 1958; Me Connel, 1953 и др.). Единого ответа на эти вопросы нет.

Некоторые исследователи считают, что содержание урана в фос­ форитах трудно связывать с их генетической природой, так как, например, желваковые фосфориты Русской платформы и массив­ ные геосинклинальные руды Каратау обладают примерно одинако­ вой радиоактивностью (Холодов, 1963). Другие полагают, что степень радиоактивности фосфоритов в значительной мере зависит от их генетической принадлежности. Так, в общей сложности мас­ сивные геосинклинальные фосфориты по сравнению с платформен­ ными обладают более высокой ураноносностью (Мак Келви, 1958 г.). Аномальные скопления урана характерны для эпигенети­ ческих фосфоритов. Кларк его концентрации в этих образованиях повышается в 10—100 раз, в то время как в первичных фосфори­ тах лишь в 2—10 раз (Блисковский, Смирнов, 1966).

Нами прослежено изменение степени радиоактивности в фосфо­ ритах основных генетических типов, развитых на территории востока Европейской части СССР и Урала, и выявлены некоторые причины колебаний содержания урана в связи с особенностями их мине­ рально-петрографического состава.

Результаты радиометрического исследования фосфоритов пока­ зали, что желваковые фосфориты платформы по сравнению с вме­

76

наличием в них урана (Добросердов, Харитонова, 1969). Более вы­ сокая радиоактивность присуща глинистым фосфоритам, менее радиоактивны песчано-глинистые разности. Минимальной радио­ активностью характеризуются песчаные фосфориты (рис. 9). Иногда повышение радиоактивности обусловлено увеличением со­ держания глауконита.

Вконтинентальных платформенных фосфоритах содержание урана колеблется в весьма широких пределах. Наиболее радио­ активными являются кремнеподобные монофосфатные разности, наименее — песчаные.

Вконтинентальных остаточно-метасоматических фосфоритах

Урала содержание урана больше, чем во вмещающих породах.

и,л-/£Г'5

П й3 Dl> И 5CZ]ff

Рис. II. График зависимости радиоактивности от содержания Р2О5

для различных генетических типов

/ —морские желваковые Русской платформы2 —;континентальные Русской платформы;3 —морские массивные Урала4;—континентальные остаточнометасоматнческке Урала; 5 —континентальные метасоматические6 —Урала;

усредненные значения.

Глинистые, монофосфатные, тонкопористые и землистые разности фосфоритов обладают более высокой радиоактивностью, чем крем­ нистые и известковые (рис. 10). Метасоматические фосфориты при весьма высоких содержаниях Р20 5 (от 23 до 36%) характеризу­ ются невысокими содержаниями урана.

Таким образом, для рассмотренных типов фосфоритов харак­ терна повышенная радиоактивность по сравнению с вмещающими породами. Внутри каждой генетической группы фосфоритов урано­

песчано-глинистые разности желваковых фосфоритов, кремнеподоб­ ные монофосфатные и мелоподобные глинистые фосфориты коры выветривания платформы, а также континентальные землистые, глинистые, ячеистые и тонкопористые фосфориты Урала, т. е. раз­ ности, обладающие высокими содержаниями Р2О5. Это свидетель­

78

ствует об устойчивой парагенетической связи урана и фосфора рассмотренных типов фосфоритов, образовавшихся в различных условиях.

Если фосфат является единственным минералом — осадителем урана, то должна существовать четкая корреляционная связь U н Р2О 5. Нередко такая связь не наблюдается (рис. 11).

Нашими исследованиями установлено, что отклонения от пря­ мой зависимости содержаний U и Р2О5 в фосфоритах могут быть обусловлены присутствием в них глауконита, глинистого и крем­ нисто-доломитового материала.

Конкретные условия формирования фосфоритов, отражением которых являются особенности, их минерально-петрографического состава, оказывают определенное влияние на степень их уранонос­ ности.

Параметры залежей Кингисеппского месторождения ракушечниковых фосфоритов и плотность разведочной сети

Выбор оптимальных расстояний между разведочными выработ­ ками при разведке месторождений — один из основных методиче­ ских вопросов разведки. Кингисеппское месторождение ракушеч­ никовых фосфоритов разведывалось в основном в два этапа. При разведочных работах первого этапа в 1950—1953 гг. расстояния между выработками были приняты в соответствии с существу­ ющими установками ГКЗ для промышленных категорий запасов разведуемых платформенных, желваковых месторождений фосфо­ ритов.

На втором этапе в 1968—1969 гг. выбор разведочной сети так­ же был сделан на основании инструкции ГКЗ; позже была сде­ лана попытка подтвердить правильность этого выбора соответст­ вующими расчетами. С целью проверки возможности обоснования параметров буровой сети автором в 1968—1969 гг. проведены на месторождении экспериментальные исследования по данным буро­ вых работ. Буровые скважины располагались на разведочных про­ филях при последовательном сокращении расстояний между ними от 125 до 10 м. Профили задавались как по простиранию, так и вкрест простирания фосфоритоносного пласта. Всего было зало­ жено 7 профилей длиной от 200 до 300 м. Общее количество сква­ жин, участвовавших в эксперименте, составило 181. Качественные и морфологические показания охарактеризованы по 1424 пробам, в которых определялись содержания Р2О5 и MgO, а также замеры мощностей.

Для установления зависимости значений параметров в сосед­ них разведочных скважинах и расстояний между ними применен математический аппарат случайных функций (Каждан, 1967). Использование этого аппарата в нашем случае вполне допу­ стимо, так как мощность фосфоритоносного пласта и содержания Р 2О 5 и MgO имеют вид непрерывных случайных колебаний вокруг

79