Текст книги "Порожинский марганценосный узел"

Таблица 9

Результаты фазового анализа на фосфор оксидных и карбонатных руд

Примечание. ТП – технологическая проба.

Рис. 21. Распределение элементов в оруденелом доломите: 1 – доломит; 2 – пиролюзит-псиломелановые руды; 3 – включения фосфатов кальция в карбонатном прожилке; K_α , K_β – тип излучения; 3·10³ – интенсивность, имп./с

Это доказывает наличие свободных фосфатов кальция, которые развиваются среди рудных минералов, представляя обособления размером 1–1,5 мкм.

4.2.2. Манганитовые руды

Эти руды пользуются подчиненным развитием на месторождении. Они отмечены на разных глубинах, но более распространены в нижних частях депрессии во фронтальной зоне и под «козырьком» туфосилицитов. Они представляют собой чаще всего пятнистые массы буровато-черного цвета с обломками туфосилицитов и рудными стяжениями, желваками, иногда плитой толщиной до 30 см, количество которых различно, а размеры изменяются в пределах от 3–7 до 40 см.

Нередко это оруденелые измененные гипергенезом туфоалевролиты, туффиты, в которых наблюдается послойное распределение манганита и других рудных минералов с образованием полосчатых текстур.

В составе этих руд, кроме главного манганита (10–45 %), постоянно присутствуют пиролюзит (5–32 %), псиломелан (5–30 %). Кроме этих минералов, в рудах присутствуют гроутит, вернадит, гетит и гидрогетит, из нерудных – монтмориллонит, каолинит, гидрослюда, карбонаты, кварц (рис. 22). Наиболее характерными текстурами являются землистая, обломочная, брекчиево-цаментационная, прожилково-колломорфная, полосчатая (рис. 23). Структуры каменистых обломков и желваков – коллоидные, метаколлоидные, зернистые.

Выводы сотрудников ВИМСа [5, 18] о наличии первичного, вулканогенно-осадочного манганита нашими исследованиями не подтверждены.

Проявления обломочных, землистых текстур аналогичны таковым в пиролюзит-псиломелановых рудах. Брекчиево-цементационная текстура характеризуется наличием рудных манганитовых и нерудных обломков, которые цементируются псиломеланом. Для этих руд отмечается большое количество разноориентированных прожилков мощностью от 0,01 до 5–7 мм преимущественно колломорфного ритмически-зонального строения, сложенных манганитом с псиломеланом, гроутитом, пиролюзитом. Полосчатая текстура проявляется в оруденелых туффитах, туфоалевролитах, где манганит распределяется по микрослоистости. Проявления манганита в этих рудах разнообразные, от скрытокристаллического до метаколлоидного с радиально-лучистыми, метельчатыми участками раскристаллизации либо мелко– и крупнозернистого в прожилках. В рудах отмечается до трех генераций манганита (основная масса – кристаллические агрегаты, секущие прожилки).

Рис. 22. Термограммы манганитовых руд: манганит – mg; псиломелан – pl; пиролюзит – pz; доломит – d; гидроокислы железа – li; гидрослюда – gs; кальцит – ca. (Анализы выполнены в Центральной лаборатории треста «Енисейнефтегазгеология». Аналитик М.В. Челышева)

Химический анализ манганитовых руд показывает, что содержание марганца в них колеблется в пределах от 18,4 до 24,6 %, железа – от 3,5 до 14,3 %, пятиокиси фосфора от 0,34–0,70%. Но встречаются и высокофосфористые разности, содержащие до 1,82 % P₂O₅, т. е. среди манганитовых руд так же, как и среди пиролюзит-псиломелановых, выделяются собственно марганцевые, железо-марганцевые и высокофосфористые виды сырья. Содержание кремнекислоты в рудах колеблется в пределах 22,2–43,0 %, СаО – 1,20–2,70 %. Характер распределения элементов в руде отражает рис. 24.

Рис. 23. Структурно-текстурные особенности манганитовых руд: а – прожилковая текстура в манганите. Три генерации манганита. Свет отраженный. Николи //, 200^х; б – почковидные агрегаты колломорфного манганита. Свет отраженный. Николи //, 50^х

Они пользуются значительным развитием на месторождениях узла, залегают на разных глубинах, но чаще удалены от поверхности. По своему физико-механическому состоянию они могут быть каменистыми и глинистыми. Каменистые руды формируются при замещении родохрозитом доломита и тогда в их составе бывает довольно много нерудного карбоната.

Рис. 24. Распределение элементов в манганитовой руде: 1 – манганит; 2 – кремнистый материал; 3 –глинистое вещество; K_α , L_α – тип излучения; 3·10³ – интенсивность, имп./с

Когда же родохрозит накладывается на карбонатную муку, руды представляют собой кусково-землистые отложения буроватой, пестрой окраски, где буровато-розовые тона родохрозита перемежаются с гнездами зеленовато-бурого доломито-монтмориллонитового мучнистого материала с обломками измененных пород.

4.2.3. Карбонатные (родохрозитовые) руды

Главный минерал карбонатных руд – родохрозит (15–70 %). Вместе с ним часто присутствуют доломит (5–60 %), манганокальцит (0–15 %), анкерит, кальцит, из глинистых – монтмориллонит, галлуазит, гидрослюда, реже каолинит, а также фторапатит и оксидные минералы марганца до 5 % (рис. 25).

Рис. 25. Термограммы карбонатных (родохрозитовых) руд: родохрозит – ro; монтмориллонит – mm; доломит – l; манганит – mg; кальцит – ca. (Анализы выполнены в Центральной лаборатории треста «Енисейнефтегазгеология». Аналитик М. В. Челышева)

В зависимости от наложения марганцевой минерализации на различные породы мы выделяем два подтипа: доломит-родохрозитовый и глинисто-кремнисто-родохрозитовый. Первый более тяготеет к доломитам, второй отмечен среди суглинков и паттумов с обломками измененных аргиллитов, туфосилицитов, алевролитов.

Для карбонатных руд характерны прожилковые пятнисто-прожилковые, кавернозные микротекстуры и разнозернистые, сферолитовые микроструктуры (рис. 26).

Рис. 26. Структурно-текстурные особенности карбонатных руд: брекчиевидно-прожилковая текстура в карбонатной руде. Черные обломки – оруденелые туфосилициты. Николи +, 60^х

В карбонатных рудах часто присутствуют оксидные минералы марганца в виде тончайших дисперсных выделений на поверхности зерен родохрозита. Встречаются прожилки, каемки гидрооксидов марганца вокруг зерен карбонатов. Количество оксидов марганца обычно составляют 2–3 %, реже 5 % и представлены они манганитом, псиломеланом, вадом, вернадитом.

Содержание марганца (табл. 10) меняется от 10,55 до 54,40 %. Содержание кремнекислоты, в зависимости от субстрата, на который накладывается марганцевое оруденение, изменяется от 0,20 до 64,96 %. Среднее содержание пятиокиси фосфора составляет 0,55 %.

Таблица 10

Результаты химического анализа вторичных карбонатных руд

Примечание. Анализы выполнены в Центральных лабораториях ПГО «Красноярскгеология» и ПО «Центрказгеология».

Микрозондовый анализ показал неравномерное распределение основных элементов в руде (рис. 27), так как родохрозит замещает оруденелые доломиты, приурочиваясь к зонам дробления, контактам доломитов с кремнистыми породами, пропитывает и цементирует суглинки и алевритистые глины, образуя рудную брекчию. Иногда встречаются прожилки, в которых края выполнены манганитом, а центральные части родохрозитом, что говорит о неустойчивом окислительно-восстановительном режиме в процессе вторичного рудообразования.

4.2.4. Полиминеральные (оксидно-карбонатные) руды

Эти руды развиты незначительно, отличаются от карбонатных присутствием более значительного (> 5 %) количества оксидных, гидрооксидных минералов марганца, образованных в результате окисления вторичных карбонатных руд и переотложения их в слабоокислительной обстановке. Залегание рудных тел отмечали как в контакте с доломитами, так и в кровле рудной пачки, где они чередуются с первичными карбонатными рудами. Форма рудных тел линзовидная, плащеобразная, реже пластообразная. Мощность рудных тел меняется от 0,5 до 7,0 м.

Рис. 27. Распределение элементов в частично окисленной родохрозитовой руде: 1 – родохрозит; 2 – криптомелан; 3 – доломит; K_α, K_β – тип излучения; 3·10³ – интенсивность (имп./с)

Каменистые разности руды имеют пеструю с розовым оттенком окраску, со сложным яшмовидным рисунком, секущими и послойными прожилками шириной 0,5–6 мм. Среди пестроокрашенной массы встречаются желвачки оксидной руды размером до 2 см, прожилки карбонатов марганца (родохрозита, реже манганокальцита, манганодоломита) и кальцита с кварцем. В более крупных прожилках наблюдается зональное строение. Края прожилков выполнены гидрооксидами марганца (манганитом), а центр – карбонатами (рис. 28). Визуально в штуфах желвачков оксидного марганца бывает до 10 %. Наложенному оруденению подвергаются как доломиты нижнеподъемской подсвиты, так и породы рудной и надрудной пачек, часто слабо-выветрелых и ненарушенных, тогда как в керне они выглядят как участки, достаточно интенсивно проработанные инфильтрационным метасоматозом (рис. 29).

Рис. 28. Структурно-текстурные особенности полиминеральных (оксидно-карбонатных) руд. Зональное строение прожилка в оксидно-карбонатной руде Края прожилка (белое) – манганит, центр – родохрозит, основная масса – пропитанный манганогелем глинисто-кремнистый материал; свет отражен ный. Николи //, 50^х

Материал кусково-землистых оксидно-карбонатных руд представлен в большей степени, чем в первом случае, выветрелыми туфосилицитами, туфопесчаниками и туффитами марганцовистыми, кремнистыми алевролитами и доломитами. Цемент – карбонатно-глинистый, алеврито-глинистый.

Рис. 29. Метасоматическое замещение карбонатами марганца (светлое) алевро-псаммитовых туффитов рудной пачки (фото среза керна)

Рис. 30. Структурно-текстурные особенности полиминеральных (оксидно-карбонатных) руд. Оруденелые обломки туфосилицитов сцементированы родохрозитом. Свет проходящий. Николи //, 50^х

Микроскопически текстуры оксидно-карбонатных руд массивные, пятнисто-вкрапленные, прожилковые. Преобладают прожилковые, пятнисто-прожилковые и сферолитовые текстуры (рис. 30).

Главным рудным минералом в прожилках является родохрозит, реже манганокальцит, доломит, анкерит, олигонит, кальцит, а также кварц, пирит, органика (в доломитах), шамозит.

Из оксидных минералов присутствуют манганит, псиломелан, пиролюзит, тодорокит, вернадит, манганогель, гетит, гематит. Первые три минерала слагают желваки, структурно-текстурные особенности и состав которых аналогичен вышеописанным оксидным рудам. Тодорокит чаще всего развивается по тонким (до 0,25 мм) прожилкам в доломитовых обломках. Манганогель в обломках доломита проявлен как в виде цементирующей массы в межзерновых промежутках, так и в виде сыпи, примазок на зернах родохрозита и манганокальцита, из нерудных минералов присутствуют монтмориллонит, галлуазит, гидрослюда, смешанослойные слюды, каолинит, кварц, фторапатит.

По химизму оксидно-карбонатные и вторичные карбонатные руды отличаются незначительно (табл. 11). Следует отметить, что в оксидно-карбонатных рудах фосфат развит в большей степени. Преимущественно в форме фторапатита он концентрируется в поздних прожилках.

Таблица 11

Результаты химического анализа оксидно-карбонатных руд

Примечание. Анализы выполнены в Центральных лабораториях ПГО «Красноярскгеология» и ПО «Центрказгеология».

При подсчете запасов геологоразведчики выделили лишь оксидные и карбонатные руды по модулю оксидности: Mn : MnO₂ 1,45. При его значениях менее 1,45 руды отнесены к оксидным, больше – карбонатным. Такое разделение, в общем и целом, основано на результатах обогащения и технологических исследованиях полученных концентратов.

4.3. Особенности минерального состава руд

Первый этап формирования месторождения протекал в вендском периоде. На стадии седиментации и диагенеза происходило накопление и перераспределение карбонатов марганца, представленных преимущественно родохрозитом, реже анкеритом, олигонитом, манганодоломитом, манганокальцитом. На стадии катагенеза происходили перекристаллизация, образование прожилков, рост карбонатных конкреций и зерен пирита.

В палеозое слабо проявился гидротермальный этап, на котором в форме прожилков и жилок отложилась гидротермальная минерализация в форме родохрозита, гаусманита, манганозита, гематита и сульфидов.

В среднем мезозое отложения подъемской свиты были выведены в зону гипергенеза. Вследствие этого стал развиваться покрытый карст, в котором шла переработка марганценосного субстрата с образованием, прежде всего, оксидов марганца и железа. Они представлены в слабо окислительной обстановке манганитом, а в ультраокислительной – псиломеланом, пиролюзитом, криптомеланом, гетитом, гидрогетитом. В восстановительных условиях параллельно накапливались вторичные карбонатные руды. В дальнейшем, в зависимости от изменения окислительно-восстановительного потенциала в связи с углублением карстовой депрессии, шло перераспределение рудного вещества с образованием прожилков, которые сложены преимущественно манганитом, тодорокитом, родохрозитом, гроутитом, литиофоритом. Встречаются голландит, манжироит, вудраффит, вад (манганогель), рансьеит, бернессит, вернадит, манганокальцит, из нерудных отметим фторапатит.

Родохрозит в первичных седиментационно-диагенетических рудах и оруденелых породах проявляется в виде отдельных стяжений, обломков криптозернистого строения.

Родохрозит остаточно-инфильтрационных руд является более поздним по образованию и замещает оруденелые доломиты, пропитывает и цементирует суглинки и алевритистые глины, иногда давая рудные брекчии. Родохрозит проявляется и в виде прожилков мощностью 0,6–6 мм, иногда образует гнезда.

Микроскопически родохрозит в сплошных рудных зонах микро-и мелкозернистый (0,004–0,01, реже 0,02–0,03 мм). В скрещенных николях характерно сферолитовое строение. В прожилках и гнездах родохрозит среднезернистый (0,05–0,2 мм), форма зерен вытянутая, строение сферолитовое, в рудах размеры сферолитов 0,6Ч0,2–0,4Ч0,14 мм (см. рис. 26). Определение химического состава на микроанализаторе «Cameka MS – 46» показало, что содержание МnО составляет 46,06– 47,32; СаО – 3,22–4,15; MgO – 0,0; FeO – 0,60–0,70; Р₂0₅ – 0,0–0,05 %.

Рентгеноструктурный анализ показал характерные межплоскостные расстояния и интенсивности минерала 2,850 (10), 1,990 (5), 1,762 (8).

Инфракрасные спектры поглощения родохрозитов характеризуются наиболее интенсивными полосами поглощения в областях 1 416–1 482; 993–1 020; 881–853; 690–741 см^–1.

Манганит в основном слагает существенно манганитовые руды, а также входит в состав псиломелан-пиролюзитовых руд большей частью в реликтовой форме. Микроскопическое изучение позволило выделить 3 генерации манганита: 1 – скрытокристаллический с характерными коллоидными текстурами, часто образует почковидные плотные агрегаты или прожилки с ритмически-зональным строением (рис. 23); 2 – микро– и мелкозернистый в тонких прожилках; 3 – крупнокристаллический с хорошо выраженной длиннопризматической иногда пламневидной формой кристаллов.

Многочисленные рентгеноструктурные исследования манганитов с целью выявления их отличия показали довольно близкие к эталонным значениям межплоскостные расстояния.

Изучение инфракрасных спектров манганитов разных генераций показало довольно стабильную и близкую сходимость полос поглощения, лишь немного отличающуюся от полос поглощения эталонного манганита из Ильфельда.

Качественное изучение распределения элементов – примесей в манганите микроспектральным методом показало постоянное присутствие Ва, К, Са, Р выше фонового содержания.

Пиролюзит входит в состав пиролюзит-псиломелановых руд и в небольшом количестве присутствует в манганитовых. Отмечены три его генерации. Ранняя генерация – колломорфный или скрытокристаллический пиролюзит, слагающий основную массу обломков; вторая генерация – кристаллический пиролюзит (полианит) в микротрещинах и порах; третья – мелкозернистый, часто тонкоигольчатый агрегат, развивающийся по псиломелану, криптомелану и манганиту. Преобладает пиролюзит-1, который образуется по колломорфному манганиту и псиломелану и характеризуется слабо проявляющимся видимо унаследованным, почковидным строением.

Термическое изучение руд показало тесную ассоциацию пиролюзита с псиломеланом, гидрооксидами железа, глинистыми минералами и манганитом (см. рис. 19). Изучение распределения примесей в рудах на микроанализаторе показало минимальное содержание элементов – примесей и, в частности фосфора, по сравнению с другими минералами.

Группа криптомелана в рудах представлена собственно крипто-меланом, голландитом, манжироитом, вудраффитом, тодорокитом. Они часто находятся в тесном срастании между собой, обладают близкими свойствами, и при их диагностике возникают трудности.

Криптомелан проявляется в рудах в трех морфологических формах (генерациях). Колломорфный криптомелан образует скопления среди нерудных минералов, замещает манганит и характеризуется метаколлоидными структурами: пористыми, ледяного узора либо мелкозернистыми. Формы зерен вытянутые, ближе к волокнистым, игольчатым. Криптомелан-2 часто проявляется в виде цемента нерудных и рудных обломков, часто замещая манганит, образуя каемки вокруг него. Крип-томелан-3 (прожилковый) наблюдается в краевых зонах псиломелановых жилок в результате их раскристаллизации. Наиболее характерна ассоциация криптомелана с псиломеланом, гидроксидами железа, голландитом, манжироитом, вудраффитом, пиролюзитом и глинистыми минералами, что подтверждается термическими анализами (см. pиc. 19).

Тодорокит в рудах установлен в прожилковой и цементнопрожилковой формах преимущественно в омарганцованных доломитах, реже землистых пиролюзит-псиломелановых рудах в виде пленок, тонкодисперсных выделений среди зерен доломита, реже в виде графитоподобных агрегатов чещуйчатого строения. Основная форма проявления тодорокита тонкоигольчатая и пластинчатая, что хорошо видно и на растровых электронных снимках (рис. 31).

Рис. 31. Формы проявления тодорокита: а – пластинчатая. Свет отраженный. Николи //, 140^х; б – игольчатая. Растровый электронный снимок. Увел. 700^х

Качественное изучение состава тодорокита производилось рентгеноспектральным методом на приборе РЭММА. Помимо марганца, в нем установлено присутствие магния, алюминия и фосфора.

Диагностика тодорокита подтверждена рентгеноструктурными анализами. Термограмма тодорокита месторождения Моховое характеризуется эндотермическими пиками, которые ближе других соответствуют таковому из Японии.

Тодорокит часто ассоциирует с рансьеитом, криптомеланом, псиомеланом, вернадитом, фторапатитом, гидрооксидами железа.

Группа псиломелана представлена рансьеитом, вадом (манганогелем), бернесситом и является составной частью псиломелан-пиролюзитовых руд и в небольшом количестве в других типах руд.

Псиломелан микроскопически проявляется в виде почковидных, ритмически-зональных образований, иногда слабо раскристаллизованных и прожилков. Он часто развивается по манганиту, замещая его, с колломорфным манганитом и вадом образует ритмически-зональное строение. По псиломелану развивается пиролюзит, давая полные псевдоморфозы. Псиломелан присутствует и в нерудной части в виде неправильных субграфических образований, ассоциируя с гидрооксидами железа.

Изучение кривых нагревания псиломелана подтвердило его постоянную ассоциацию с гидрооксидами железа и глинистыми минералами.

Разнообразные формы проявлений псиломелана, ассоциации с другими минералами подтверждают наше мнение о том, что он формировался во все стадии гипергенного этапа.

Вернадит входит в состав псиломелан-пиролюзитовых руд, тесно ассоциируя с минералами группы псиломелана и гидроксидами железа. Он проявляется в виде коричневых землистых пористых масс и натечных стяжений колломорфного строения. Вернадит в ассоциации с литиофоритом и мусковитом подтвержден рентгеноструктурным анализом и ИК-спектрами (рис. 32).

Гаусманит крайне редок, установлен в одном образце М. М. Мстиславским и Н. И. Потконен в обломке, отобранном в пласте кусково-землистой руды в ассоциации с гетитом и бернесситом [18]. Наличие гаусманита подтверждено исследованиями Е. Г. Ожогиной [21]. Это послужило основанием для выделения гидротермально-метасоматических руд. Но гаусманит нередок и в гипергенных обстановках, образуясь, по данным В. П. Копейкина, в восстановительной среде при высокой активности Мn²⁺ и низком парциальном давлении СО₂.

Рис. 32. ИК-спектры поглощения минералов оксидных руд: а – вернадита; б – монтмориллонита; в – тодорокита; г – фторапатита. (Анализы выполнены в институте «Механобрчермет». Прибор « Specord – 75». Аналитик И. П. Безверхняя»

Гетит и гидрогетит наиболее широко развиты в псиломелан-пиролюзитовых, менее – манганитовых рудах. Наиболее характерная форма проявлений – колломорфная, приводящая к образованию гроздьевидных, фестончатых, кружевных и петельчатых текстур. Значительно реже отмечаются кристаллически-зернистые агрегаты гетита с характерными игольчатыми формами зерен и дисперсными включениями гидрогетита. Они постоянно фиксируются данными термического и рентгеноструктурного анализов в ассоциация с криптомеланом, псиломеланом и другими минералами, образуя ритмически-зональные колломорфные выделения.

Апатит (фторапатит) повсеместно распространен как в первичных карбонатных, так и в остаточно-инфильтрационных рудах. В первичных карбонатных рудах он встречается в виде агрегата мелких кристаллов, слагая небольшие прожилки и гнезда. В остаточно-инфильтрационных рудах распределение его очень неравномерное и связано с выносом из коренных пород и переотложением в прожилках размером 0,002–0,006 мм в межзерновых промежутках.

Среди рудных минералов встречаются хорошо образованные выделения фосфата кальция.

По данным работы [22], апатит в виде игольчатых и длинно-призматических кристаллов был обнаружен в марганцевых агрегатах преимущественно псиломеланового состава, а также среди рентгеноаморфных желваков. При детальном изучении второй разновидности апатита – желваков, присутствующих в марганцевых агрегатах в виде индивидуальных обособлений, было установлено, что, по существу, это тонкодисперсные срастания апатита с опалом (или агрегатом апатит-кварц-опалового состава). При этом опал может образовывать на поверхности кристаллов и агрегатов апатита прерывистую оболочку размером до 100 мкм, вполне достаточную, чтобы «маскировать» собственно апатит, понижая его плотность, изменяя характеристики поверхности и препятствуя тем самым выделению фосфорсодержащего минерала из руды методами флотации с использованием поверхностно активных веществ.