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

среднего значения. В качестве аргумента взято расстояние между разведочными пересечениями. Для описания изменчивости пара­ метров фосфоритоносного пласта использована корреляционная функция, так как она является функцией одного аргумента. Корре­ ляционная функция выражается через корреляционный момент соответствующих сечений случайной функции и характеризует сте­ пень закономерной связи между ними в зависимости от расстояния между сечениями. Ее расчет может быть произведен по формуле.

П

О

где п — число сечений случайной функции (число разведочных пе­ ресечений пласта); х — переменная величина (содержание Р2О5, MgO или мощность фосфоритоносного пласта); г — расстояние ме­

жду пересечениями пласта; х — среднее значение переменной ве­ личины в данном пересечении.

Максимального значения корреляционная функция достигает при г= 0. В этом случае она обращается в дисперсию случайной функции. При увеличении величины г корреляционная функция убывает. В качестве реализации случайной величины взяты сред­ невзвешенные интервалы опробования и значений содержаний Р2О 5 и MgO как для всего разреза, так и по отдельным литологи­ ческим разностям при различных расстояниях между точками пе­ ресечения в пределах профиля.

Для определения изменчивости использована нормированная корреляционная функция:

где рДг) — коэффициент корреляции между сечениями; а2— посто­ янная дисперсия случайной функции.

По данным рассчитанных значений нормированной корреляци­ онной функции построены эмпирические графики. На этих графи­ ках видно, что даже для расстояний между разведочными выра­ ботками 10 м изучаемые параметры фосфоритоносного пласта не имеют закономерной связи. Искать закономерность при мень­ ших расстояниях не имеет смысла, так как она практически не мо­ жет быть использована при разведке и разработке месторождения. Таким образом, экспериментальные работы подтвердили сделан­ ный нами вывод о том, что изменчивость параметров фосфоритной залежи носит характер случайных стационарных функций, и пока­ зали, что в условиях Кингисеппского месторождения фосфоритов могут быть применены известные аналитические приемы обоснова­ ния плотности разведочной сети (рис. 12 и 13).

Не менее важную роль для выбора расстояния между выработ­ ками на месторождении имеют опытные работы по получению ха­ рактеристик литологического состава и морфологии фосфорнтонос-

80

ного пласта. По всем профилям экспериментального бурения были построены литологические разрезы с расстояниями между скважи­ нами от 125 м до 10 м, которые показали, что линзы магнезиаль­ ных песчаников достоверно выявляются при расстояниях 30 м. Зоны нарушении и гляциодислокаций могут вскрываться и детали­ зироваться разведочными выработками также при расстояниях 25—30 м одна от другой.

Таким образом, при прогнозировании зон магнезиальных песча­ ников и участков гляцпонарушений, влияющих на технологию гор­ но-эксплуатационных работ, можно считать, что на стадии эксплу­ атационной разведки месторождений ракушечниковых фосфоритов, подвергнутых процессам доломитизации, плотность разведочной сети не должна превышать 30X30 м. Для стадий детальной и предварительной разведок представляется возможным сохранить существующие параметры буровой сети 125X125 м — запасы кате­ гории А, 250x250 м — запасы категории В и 500x500 м — для ка­ тегории Сі, так как данные о мощности, содержании полезных н вредных компонентов и литологическом составе достаточно полно характеризуют месторождения подобного типа в целом, а детали­ зация, необходимая для горных работ, может быть достигнута обя­ зательной эксплуатационной разведкой.

Установленный характер распределения показателей фосфори­ тоносного пласта ракушечниковых месторождений позволяет при любой плотности разведочной сети оценивать степень изменчивости мощностей, содержаний Р2О5 и MgO при расчете с использованием математической статистики коэффициента вероятности, среднеква­ дратичного отклонения, среднего арифметического содержания и других параметров.

Определение содержаний фосфора по фосфорно-ванадий- молибденовому комплексу

При определении фосфатов в горных породах широкое распро­ странение получили фотометрический и спектрометрический ме­ тоды с применением фосфорно-ванадий-молибденового комплекса. Состав комплекса установлен Н. В. Максимовой и М. Т. Козлов­ ским и отвечает формуле

Р20 5 • Ѵ А • 22Мо03 • /гН20.

По данным Бабко и Пилипенко, указанным методом определя­ ется максимум 4 мг Р2О5 в конечном объеме 50 мл в присутствии 10 мг ванадия в 1 и азотнокислой среде. По данным других авто­ ров определяется в том же объеме от 0,02 до 4 мг Р2О5 в присут­ ствии 6 мг ванадия в 0,8 н азотнокислой среде.

Г. Шарло (1965) для определения фосфатов устанавливает оп­ тимальную кислотность 0,5—0,9 н, концентрацию молибдата 0,02— 0,06 М и ванадата 1 • ІО-3—4 • ІО-3 М.

82

По различным литературным источникам прямой фотометриче­ ский метод используется для определения малых содержаний фос­ фатов. Нами использовался метод для определения больших и ма­ лых содержаний фосфатов в фосфоритах и фосфорсодержащих по­ родах. Перед определением фосфатов кремневая кислота отделя­ лась. Определение Рг05 от 0,03 до 33,57 мг в навеске 100 мг после переведения ее в колбу емкостью 250 мл производилось в присут­ ствии 4,1-ІО-3 М ванадата (55 мг на 250 м), 8 -ІО- 2 молибдата (1,355 г Мо на 250 мг) при 1,3 н. кислотности.

Зависимость оптической плотности от концентрации представ­ лена графиками (рис. 14 и 15). Для построения графика на рис. 15 (большие концентрации) использовались результаты замера оп­ тической плотности на фотоколориметре в кюветах 5 мм с приме­ нением синего светофильтра и стандарта 1,0 1 мг Р2О5 в мл, а для графика на рис. 14 (малые концентрации) — в кюветах 50 мм и стандарта 0,101 мг Р2О5 в мл. Используя графики рис. 14 и 15, удалось получить удовлетворительные результаты при определении больших и малых концентраций Р2О 5.

При содержании Р2О5 от 1,80 до 28,81% средневзвешенная ошибка не превышает 0,12%, при содержании от 0,03 до 0,96% — менее 0,0 1 %.

Правильность определения больших концентраций Р2О5 прямым фотометрическим методом подтверждается результатами контроль­ ных проб, выполненных в ГИГХС по методу Ниссенса (табл. 7).

Из табл. 7 видно, что результаты прямых фотоколорнметрическнх определений по фосфорно-ванадий-молибденовому комплексу вполне применимы для определения фосфатов в фосфоритах и фос­ форсодержащих породах. Прямой фотоколориметрический метод по точности не уступает классическому методу Ниссенса и применим для определения больших и малых содержаний Р2О5 в различных видах горных пород.

V. Парагенезис фосфатоносных формаций

Применение парагенезисов формаций для прогнозирования и оценки фосфатоносных залежей

Горные породы являются парагенезами минералов; парагенез горных пород автор, вслед за Н. С. Шатским и Н. П. Херасковым, называет геологической формацией. Фосфатоносной формацией, повидимому, следует считать такую формацию, которая имеет в своем парагенезе фосфориты или фосфатоносные породы. Методика вы­ деления формаций, в том числе и фосфатоносных, одна-—наблю­ дение парагенезов пород в поле и там, где данный парагенез сме­ няется другим и начинается новая формация. Повторяемость форма­ ций в различные периоды на разных участках земной коры служит надежным признаком правильности выделения этих формаций.

знать положение фосфатоносных формаций в формационном ряде, отражающем геологическую жизнь того или иного участка земной коры, геосинклинали или платформы. Если обнаружится такой ■участок земной коры, где сосредоточены несколько автономных фосфатоносных формаций, то он будет качественно обогащен фос­ фатами больше, чем какой-нибудь другой, где эти формации от-

84

сутствуют. Если в пределах участка развития различных фосфатоносных формации обнаруживаются такие зоны, где происходит сочленение фосфатоносных формации, другими словами, где фос­ фатоносные породы формации одного ряда вклиниваются в фосфато­ носную формацию другого ряда, то такие зоны сочленения будут количественно более обогащены фосфатами относительно всей пло­ щади развития обеих фосфатоносных формаций. Тем самым на первом этапе прогнозных работ дело сводится к выявлению фосфа­ тоносных формаций и зон их сочленения. Зоны сочленения различ­ ных формаций, в том числе и фосфатоносных, должны распола­ гаться между качественно различными структурами земной коры, которые имели различные пути развития и могли дать петрофонд (термин И. В. Хворовой) для формирования различных рядов фор­ мации. Например, между участками земной коры, которые прохо­ дили геосинклинальный и платформенный или орогениый пути развития. Подтверждением этому является размещение известных крупнейших залежей фосфатных рѵд (Портнеф в США и Кдратау

вСССР).

ВСША крупнейшие месторождения фосфатных руд располо­ жены в пермском поясе Фосфория, простирающемся между Кор­ дильерской »геосинклинальной областью н древним щитом. В Кор­ дильерской геосинклинали от силура до мела шло формирование зеленокаменных и кремнистых вулканогенных формаций. Н. С. Шатский и другие исследователи утверждают, что фосфатоносность по­ яса Фосфорин связана именно с этими вулканогенными формаци­ ями. На востоке шло синхронное накопление фосфатоносных фор­ маций терригенной группы (Лендер и другие фосфатопроявления), характерной для платформенных областей (Б. М. Гиммельфарб, Н. М. Страхов и др.). Известные крупнейшие залежи (Портнеф)

размещены в зоне сочленения формаций, относящихся к различ-,.

ным рядам. На этот факт указывал ранее Э. А. Еганов (1968). Он считает, что, по-видимому, конвергенция формаций может проис­ ходить в пределах одного бассейна. Б. М. Гиммельфарб (1965), возражая Н. С. Шатскому против отнесения им фосфоритов Лендера к зонам выклинивания отдаленной кремнистой фосфатонос­ ной формации вулканогенной группы, отмечал, что фосфориты Лендера имеют другой источник фосфатов. Эти замечания нам представляются очень ценными. Они склоняют к выводу, что пояс Фосфория представляет собой зону сочленения фосфатоносных формаций различных рядов, так как самостоятельность этих рядов устанавливается существованием таковых в других участках зем­ ной коры. Ряд формаций, включающий фосфориты Лендера, имеет сходство с нубийским рядом формаций Северной Африки Н. С. Шатского. Петрофонд для формирования такого ряда фор­ маций — это в основном продукты выветривания в условиях арид­ ного климата древних пород платформы.

Ф_осфатные залежи Каратау в СССР, которые Н. С. Шатский (1955) считал полным аналогом Фосфорин, по данным В. Г. Коро­

85

лева (1960), приурочены к зоне, в которой сочленяются различные фосфатоносные формации. Особый поисковый интерес представ­ ляют фосфориты рнфея в Прибайкалье, которые приурочены, по данным Э. А. Еганова, к зонам сочленения фосфатоносных форма­ ций различных формационных рядов. По-видимому, такие зоны, где происходит развитие фосфатоносных формаций и их сочлене­ ние, необходимо выделять в качестве фосфатогеническнх провин­ ций. Полагая, что крупные залежи фосфоритов являются полиформационными агрегатами, попеки фосфоритов следует направлять

взоны сочленения различных фосфатоносных формаций. Наглядным примером является сравнительно хорошо изученная

вгеологическом отношении, но плохо в отношении фосфатоносно­ сти, позднекаледонская геосинклиналь Урала с прилегающей

частью Русской платформы. В эвгеосинклннальных районах (во­ сточный склон Урала) этой геосинклинали шло формирование зеленокаменных спилито-кератофировых формаций, а в миогеосинклнналях (западный склон Урала) кремнисто-сланцевых формаций, латерально связанных со спилито-кератофировыми формациями. Н. С. Шатский (1955) иа Южном Урале выделил фосфатонос­ ную кремнисто-сланцевую формацию сакмарского типа. Эта фор­ мация имеет силур-нижнедевонский возраст, отиоситея к группе вулканогенно-кремнистых и прослеживается, по данным Н. П. Хе­ раскова (1968), по всему западному склону Урала.

На прилегающей Русской платформе в это время шло форми­ рование формаций терригенного ряда, совершенно другого, негеосинклинального типа. Некоторые формации этого ряда оказыва­ ются фосфатоносными. Так, по западному крылу Белорецко-Знлаир- ского еннклинория развита силурийская терригенно-карбонатная граптолитовая фосфатоносная формация.

Следовательно, на Южном Урале имеются две синхронно раз­ витые фосфатоносные формации, относящиеся к различным груп­ пам— вулканогенной и терригенной. Здесь намечается некоторое сходство в размещении и строении формаций с известным фосфатогеническими провинциями. Выявить зоны сочленения синхронных фосфатоносных формаций на Южном Урале не представилось воз­ можным. Этому не благоприятствует геологическая обстановка: по восточному крылу Белорецко-Знлаирского еннклинория, в преде­ лах Кракинских и Сакмарскнх поднятий, развита фосфатоносная кремнисто-сланцевая формация сакмарского типа (геосинкли­ нали), а в 2—3 км западнее в сторону Русской платформы, по за­ падному крылу этого же еннклинория развита упомянутая выше фосфатоносная формация терригенной группы (платформы). В этой части Урала установлено, что породы формаций взаимно исклю­ чают друг друга, они не проникают латерально из одной форма­ ции в другую. Формации здесь отдифференцированы друг от друга. Причина, по которой на Южном Урале не происходило латераль­ ного вклинивания формации геосинклинали в платформенные фор­ мации или фосфатоносных пород геосинклинальной ■формации

86

в фосфатоносные породы платформенной формации, вероятно, заключается в том, что здесь позднекаледонская геосинклиналь примыкала к древнему Балто-Сарматскому щиту по краевому шву, своего рода уступу у глубинного разлома. Поэтому смыкания формаций могло и не происходить, а смена парагеиезов пород была такой резкой, что в современных разрезах пород она не отра­ жена. Н. С. Шатский (1945 г.) полагал, что такого типа сочлене­ ние весьма характерно для каледонских геосинклиналей.

Севернее, где к Уралу причленяется Тиман, позднекаледон­

викскпм складчатым основанием, а не с дорифейским, как на Юж­ ном Урале. Здесь, по-видимому, можно ожидать сочленения фос­ фатоносных формаций геосинклинали и платформы. Зонами сочле­ нения этих формаций, видимо, являются области развития пород харотской свиты К. Г. Войновского-Крнгера (1945 г.). Толщи этой свиты состоят из пород кремнисто-сланцевой и терригенно-карбо- натной формаций, фосфатоносность которых установлена на Юж­ ном Урале и, очевидно, подтверждается на Приполярном Урале. В области развития харотской свиты, в Лемвинском фациальном районе, среди кремней появляются прослои карбонатов платфор­ менного типа, различные кремнисто-карбонатные породы и петель­ чатые известняки. Последние неизвестны в силурийских отложе­ ниях на Южном Урале. Эти породы указывают на то, что здесь происходит сочленение формаций. Следовательно, этот участок позднекаледонской миогеосинклииалн по сравнению с Южным Уралом должен быть обогащен фосфатами больше, так как здесь происходит сочленение по крайней мере двух автономных фосфато­ носных формаций. Кроме того, в отличие от южноуральского плат­ форменного ряда формаций, платформенный ряд рассматривае­

кая свита). Этот ряд, по-видимому, приближается к нубийскому ряду, а такие ряды участвуют в строении фосфатогенических про­ винций с крупнейшими залежами фосфоритов.

Чтобы сузить поиски фосфоритов в Лемвинской фациальной зоне, необходимо использовать некоторые поисковые предпосылки, разработанные Б. М. Гиммельфарбом, Н. А. Красильниковой и другими исследователями. Так, установлено, что фосфатные за­ лежи в процессе формирования проходят стадию перемывания илов. Такие перемывы должны происходить в зонах относитель­

полярного Урала ряд поперечных поднятий и прогибов, имеющих тиманское простирание. На этих поднятиях (Лемвинском, ПодчемИлычском и др.) и на их склонах возможно обнаружение фосфат­ ных залежей более высокого качества, чем на Южном Урале.

87

Упомянутые поднятия образовались в связи с блоковыми подвиж­ ками по разломам, секущими под некоторым углом основные раз­ ломы Уральской геосинклинали. Последняя пересекается этими разломами полностью. Такие сквозные тектонические зоны могут играть роль фактора обогащения фосфатоносных формаций раз­ личными полезными компонентами. По этим разломам возможно поступление дополнительных порций вулканогенных фосфатов Неко­ торые исследователи такого типа разломам придают исключитель­ ное значение в формировании фосфатоиосиых залежей (В. Л. Либрович, 1968 г. идр.). Проявление этого фактора отмечено на многих месторождениях фосфатов (в Северной Америке, в современной фосфатогенической провинции Калифорнии и в Фосфории). Роль сквозных тектонических зон в формировании фосфатных залежей пока в должной мере оценить трудно.

Для поисков фосфоритов на новых площадях предпосылка, на­ правляющая исследования в зоны сочленения формаций, автору представляется наиболее рациональной. При использовании других предпосылок остается без ответа важный вопрос: чем же отлича­ ются геологические условия размещения и образования крупных (промышленных) месторождений от условий образования мелких фосфатопроявлений? Признаки, характеризующие те и другие, на поверхности нередко бывают сходны и различить их удается только в процессе длительной дорогостоящей разведки. Известно, например, что бассейн фосфатов Каратау прослежен на большом расстоянии в поясе с мелкими фосфатопроявлениями, рассеянными на тысячи километров. При помощи предлагаемого метода сужа­ ется территория поисков фосфоритов и обосновывается поста­ новка их даже в таких местах, где в настоящее время фосфатопроявления неизвестны.

Метод парагенезов пород можно и нужно также применять при ревизионно-оценочных работах. Так, на Южном Урале в отложениях нижнего карбона были обнаружены фосфатоиоспые породы. Они находились в своеобразном переслаивании с кремнистыми, карбо­ натными, марганценосными породами, песчаниками, алевролитами и глинистыми сланцами, или примерно в таком комплексе пород, в котором обнаруживаются иногда и промышленные залежи.

На Южном Урале были поставлены работы для обнаружения руд типа Каратау в разрезах пород нижнего карбона. Эти работы позволили найти ряд новых фосфатопроявлений. С приводимых по­ зиций отложения нижнего карбона являются на Южном Урале не­ перспективными для поисков морских фосфоритов. Во-первых, эти отложения принадлежат специфической кульмской формации (Н. С. Шатский, 1955 г.). Эта формация на Южном Урале распо­ ложена в вертикальном ряду между аспидной и флишевой фор­ мациями и несет некоторые черты, присущие им. Нигде в мире нет крупных залежей фосфоритов, связанных с формациями такого типа. Однако кульмские формации являются всегда фосфатонос-

88

нымп, а постоянство встречи в них фосфоритов Н. С. Шатский срав­ нивает с известным постоянством глауконитовых пород и желва­ ков фосфорита в терригенных толщах. Во-вторых, эта формация на Южном Урале вклинивается в бесфосфатные известняки платфор­ менных формаций, разбавляется ими, и с этих позиций перспек­ тивность ее нами оценивается весьма низко.

Другой пример использования метода парагенезов пород для оценки фосфатных залежей можно привести также на Южном Урале. Давно известны фосфатопроявления нижней перми, широко развитые на западном склоне Урала и описываемые в литературе под названием селеукских. Они являются первыми открытиями в складчатых областях СССР, хорошо изучены, долго разведыва­ лись, а на двух участках (Селеук и Улутау) подсчитаны запасы при среднем содержании Р2О5 18%. Известные предпосылки для поисков таких фосфоритов положительные. Однако с позиций о па­ рагенезах пород и формаций можно полагать,, что селеукская фос­ фатоносная формация, находясь в латеральной связи (И. В. Хворова, 1962 г.) с морской нижней молассовой формацией, несет не­ которые черты строения (текстуры), присущие молассовым и даже флишевым формациям. Эти черты заключаются в невыдержан­ ности слоев пород по простиранию, быстрой смене различных по­ род в разрезе, в наличии пакетов тонкого чередования фосфатных и бесфосфатных пород. Эти текстурные особенности фосфатов на­ поминают флнш и, по-видимому, должны быть трудно обогатимыми, а поэтому и мало рентабельными. Действительно, работы по обогащению фосфоритов Селеука не дали положительных ре­ зультатов, а поиски такого типа фосфоритов на Урале сейчас не проводятся.

Вторичные фосфориты элювиально-остаточного типа нами не рассматриваются, так как для их изучения требуется несколько’ другой подход. Эти фосфориты представляют собой продукт ес­ тественного обогащения в континентальных условиях фосфатонос­ ных морских и изверженных формаций горных пород и поэтому их изучение, по-видимому, должно начинаться с анализа особенностей взаимоотношений осадочных или изверженных горных пород и их парагенезов.

Формационные условия размещения Хибинских месторождений апатита

При изучении апатитоносных формаций СССР автором было’ установлено, что наиболее крупные апатитовые месторождения приурочены к тем щелочным магматическим комплексам, вмещаю­ щими породами которых являются фосфатоносные осадочные или осадочно-вулканогенные толщи. Рассмотрим северо-восточную часть Балтийского щита, где эти взаимоотношения лучше всеговыражены.

89*