Минералогия баритовых и свинцово-цинковых руд месторождения Дальнезападный Жайрем, Центральный Казахстан
|
Введение 4
Глава 1. Общие сведения о месторождении 6
1.1. География и история открытия и изучения 6
1.2. Геологическое строение 6
1.2.1. Регион 6
1.2.2. Район 7
1.2.3. Месторождение 10
1.2.4. Условия залегания руд 11
Глава 2. Петрографическая характеристика руд 14
2.1. Баритовый тип руды 14
2.2. Галенит-баритовый тип руды 19
2.3. Галенит-сфалеритовый тип руды 25
2.4. Пирит-галенит-сфалеритовый тип руды 29
2.5. Пирит-сфалеритовый тип руды 33
2.6. Пиритовый тип руды 36
Глава 3. Минералогия руд 40
2.1. Главные минералы 43
2.2. Второстепенные минералы 51
2.3. Акцессорные минералы 60
2.3.1. Сомнительные минералы 66
Обобщение и обсуждение результатов 70
Заключение 74
Список используемой литературы 76
Приложения 78
Глава 1. Общие сведения о месторождении 6
1.1. География и история открытия и изучения 6
1.2. Геологическое строение 6
1.2.1. Регион 6
1.2.2. Район 7
1.2.3. Месторождение 10
1.2.4. Условия залегания руд 11
Глава 2. Петрографическая характеристика руд 14
2.1. Баритовый тип руды 14
2.2. Галенит-баритовый тип руды 19
2.3. Галенит-сфалеритовый тип руды 25
2.4. Пирит-галенит-сфалеритовый тип руды 29
2.5. Пирит-сфалеритовый тип руды 33
2.6. Пиритовый тип руды 36
Глава 3. Минералогия руд 40
2.1. Главные минералы 43
2.2. Второстепенные минералы 51
2.3. Акцессорные минералы 60
2.3.1. Сомнительные минералы 66
Обобщение и обсуждение результатов 70
Заключение 74
Список используемой литературы 76
Приложения 78
Объектом изучения данной работы является месторождение барита, свинца и цинка Дальнезападный Жайрем в Центральном Казахстане. Пик его изучения приходится на 50-80 гг. прошлого столетия. В этот период там трудились Е.И. Бузмаков, И.М. Варенцов, А.Б. Веймарн, О.В. Иванов, А.К. Кайманов, В.В. Калинин, М.М. Каюпов, Я.М. Кисляков, В.П. Клименко, В.А. Кличков, В.С. Котик, И.И. Кузнецов, В.А. Лыткина, Н.М. Митряева, Д.Н. Муратова, Н.М. Неговора, Л.Н. Павенко, Н.М. Радченко, А.А. Рожнов, Н.С. Скрипченко и многие другие исследователи. Ими проведена большая работа, благодаря которой стали известны геологические условия залегания, параметры рудных залежей, размеры, запасы, строение, минералогия и многое другое. Результаты этих работ актуальны и в наши дни.
Однако, технические возможности предшественников были ограничены, а за последние десятилетия научное оборудование шагнуло вперед, позволяя изучить месторождение более досконально. Появилась возможность детальнее рассмотреть минеральный состав и микроструктуру пород, которая может помочь в понимании условий рудонакопления.
Таким образом, целями исследования данной работы являются изучение минералогии баритовых и свинцово-цинковых руд месторождения Дальнезападный Жайрем и использование этих данных для уточнения условий формирования месторождения.
Для достижения поставленных целей необходимо выполнить ряд задач:
• собрать и обобщить литературные данные о геологическом строении месторождения;
• рассортировать рабочую коллекцию образцов по минералогическим типам руд;
• провести рентгенофазовый анализ для оценки общего минералогического состава руд;
• провести петрографическое изучение образцов методом оптической микроскопии;
• провести минералогическое изучение руд методом электронной микроскопии;
• сопоставить все полученные данные с результатами изучения генетически родственных месторождений.
Образцы для исследований были предоставлены научным руководителем. Для каждого из 14 образцов изготовлено по одному шлифу, почти для всех сняты и обработаны 25 рентгенограмм, для всех проведено 18 смен электронно-оптических исследований (14 - Hitachi, 4 - Quanta).
Для изучения использовались следующие методы: рентгенофазовый анализ, оптическая и электронная микроскопии. Исследования проводились на кафедре минералогии СПбГУ и на базе Научного парка СПбГУ. Условия экспериментов приведены далее.
Оптическая микроскопия осуществлялась на кафедре минералогии с помощью поляризационного микроскопа Leica DM 4500P в отраженном и проходящем свете.
Рентгенофазовый анализ проводился в ресурсном центре «Рентгенодифракционные методы исследования» на дифрактометре Rigaku «MiniFlexII» с кобальтовым излучателем. Материал получили с помощью минибура (соскребли с разных участков отобранных образцов) и приготовили из спиртовой суспензии на кремниевой подложке. Параметры съемки: интервал углов 29=10-50 °, скорость съемки 4 °/мин., шаг 0,02 °, режим работы источника рентгеновского излучения - 30 кВ /15 мА.
Электронная микроскопия проводилась в «Центре микроскопии и микроанализа». В работе применялись система со сфокусированными электронным и ионным зондами QUANTA-200-3D и растровый электронный микроскоп-микроанализатор Hitachi-TM-3000. Перед установкой шлифы напылялись углеродом во избежание электризации образцов, перед началом работы внутри аппаратов откачивался воздух до высокого вакуума.
Я признательна профессору Брусницыну Алексею Ильичу за руководство и за предоставление рабочего материала, сотрудникам ресурсного центра «Микроскопии и микроанализа» за помощь в освоении электронной микроскопии и микроскопа Hitachi-TM-3000, персонально Янсон Светлане Юрьевне и Бенкен Константину Александровичу за проведение работ на зонде QUANTA-200-3D, а также ресурсному центру «Нанотехнологии» (проект 115¬11320).
Однако, технические возможности предшественников были ограничены, а за последние десятилетия научное оборудование шагнуло вперед, позволяя изучить месторождение более досконально. Появилась возможность детальнее рассмотреть минеральный состав и микроструктуру пород, которая может помочь в понимании условий рудонакопления.
Таким образом, целями исследования данной работы являются изучение минералогии баритовых и свинцово-цинковых руд месторождения Дальнезападный Жайрем и использование этих данных для уточнения условий формирования месторождения.
Для достижения поставленных целей необходимо выполнить ряд задач:
• собрать и обобщить литературные данные о геологическом строении месторождения;
• рассортировать рабочую коллекцию образцов по минералогическим типам руд;
• провести рентгенофазовый анализ для оценки общего минералогического состава руд;
• провести петрографическое изучение образцов методом оптической микроскопии;
• провести минералогическое изучение руд методом электронной микроскопии;
• сопоставить все полученные данные с результатами изучения генетически родственных месторождений.
Образцы для исследований были предоставлены научным руководителем. Для каждого из 14 образцов изготовлено по одному шлифу, почти для всех сняты и обработаны 25 рентгенограмм, для всех проведено 18 смен электронно-оптических исследований (14 - Hitachi, 4 - Quanta).
Для изучения использовались следующие методы: рентгенофазовый анализ, оптическая и электронная микроскопии. Исследования проводились на кафедре минералогии СПбГУ и на базе Научного парка СПбГУ. Условия экспериментов приведены далее.
Оптическая микроскопия осуществлялась на кафедре минералогии с помощью поляризационного микроскопа Leica DM 4500P в отраженном и проходящем свете.
Рентгенофазовый анализ проводился в ресурсном центре «Рентгенодифракционные методы исследования» на дифрактометре Rigaku «MiniFlexII» с кобальтовым излучателем. Материал получили с помощью минибура (соскребли с разных участков отобранных образцов) и приготовили из спиртовой суспензии на кремниевой подложке. Параметры съемки: интервал углов 29=10-50 °, скорость съемки 4 °/мин., шаг 0,02 °, режим работы источника рентгеновского излучения - 30 кВ /15 мА.
Электронная микроскопия проводилась в «Центре микроскопии и микроанализа». В работе применялись система со сфокусированными электронным и ионным зондами QUANTA-200-3D и растровый электронный микроскоп-микроанализатор Hitachi-TM-3000. Перед установкой шлифы напылялись углеродом во избежание электризации образцов, перед началом работы внутри аппаратов откачивался воздух до высокого вакуума.
Я признательна профессору Брусницыну Алексею Ильичу за руководство и за предоставление рабочего материала, сотрудникам ресурсного центра «Микроскопии и микроанализа» за помощь в освоении электронной микроскопии и микроскопа Hitachi-TM-3000, персонально Янсон Светлане Юрьевне и Бенкен Константину Александровичу за проведение работ на зонде QUANTA-200-3D, а также ресурсному центру «Нанотехнологии» (проект 115¬11320).
• Впервые после более чем 40-летнего перерыва продолжено изучение минералогии баритовых и свинцово-цинковых руд месторождения Дальнезападный Жайрем. Работы выполнены на новом каменном материале, полученном из действующего карьера, современными методами минералогических исследований, недоступных предыдущим исследователям. Это, прежде всего, электронная микроскопия.
• Всего изучено 14 образцов: изготовлено 14 шлифов, осуществлено 25 рентгенофазовых анализа, проведено 18 смен электронно-микроскопических исследований (14, здесь и далее в скобках результаты самостоятельных работ), в ходе которых получено 478 (361) фотографий и 1539 (1290) полуколичественных анализов минералов, достаточных для диагностики большинства из них.
• В ходе работы, по этим образцам было выделено 6 минералогических типов руды по доминирующим рудным минералам: баритовая, барит-галенитовая, галенит-сфалеритовая, галенит-сфалерит-пиритовая, сфалерит-пиритовая и пиритовая.
• Охарактеризован 41 минерал, из которых 12 обнаружены впервые на данном месторождении - рутил, гётит, аргентит, халькозин, циркон, пирофиллит, гиалофан, монацит, апатит, англезит, йодаргирит, токорналит. Кроме того, еще 5 новых для месторождения минералов требуют подтверждения дополнительными методами - тистарит, котуннит, плюмбогуммит, минералы стронция (витчит/ танелит) и цезия (паризит, аризит/ люкейченжит).
• Полученные минералогические данные в целом согласуются с результатами предыдущих
исследователей (Митряева, 1979) и дополняют их. В совокупности с известными геологическими сведениями (Скрипченко, 1989) они указывают на то, что месторождение Дальнезападный Жайрем относится к типу SEDEX, но с особенностями строения, а именно наличием баритового ядра. Рудные залежи имеют концентрическое зональное строение, в котором выделенные нами минералогические типы руд распределяются в следующем порядке: баритовый, галенит-баритовый, галенит-сфалеритовый, пирит-галенит-сфалеритовый, пирит-сфалеритовый и пиритовый.
Для данного месторождения предложена схема образования SEDEX с дополнением: в центре бассейна находилась точка разгрузки гидротермального раствора. Скорее всего, баритовые отложения (ядро) формировались на приподнятых участках дна выше сероводородного горизонта. При этом в пониженных участках у основания бариевого поля возникла благоприятная обстановка для существования микроорганизмов, из-за которых существовала восстановительная обстановка, способствовавшая образованию галенит- сфалеритовых слоистых руд. Зональность полиметаллических руд можно объяснить меньшим произведением растворимости сульфида свинца, чем у сульфида цинка. Тогда общая зональность месторождения баритовые руды ^ галенит-баритовые ^ галенит-сфалеритовые отражает окислительных условий на поднятиях к восстановительным в понижениях и, соответственно, уменьшение в этом направлении концентраций в воде сульфат-иона и увеличение сульфид-иона. В этой схеме пирит-содержащие углеродистые сланцы представляют собой «фоновые осадки» во впадинах с восстановительными условиями.
• Всего изучено 14 образцов: изготовлено 14 шлифов, осуществлено 25 рентгенофазовых анализа, проведено 18 смен электронно-микроскопических исследований (14, здесь и далее в скобках результаты самостоятельных работ), в ходе которых получено 478 (361) фотографий и 1539 (1290) полуколичественных анализов минералов, достаточных для диагностики большинства из них.
• В ходе работы, по этим образцам было выделено 6 минералогических типов руды по доминирующим рудным минералам: баритовая, барит-галенитовая, галенит-сфалеритовая, галенит-сфалерит-пиритовая, сфалерит-пиритовая и пиритовая.
• Охарактеризован 41 минерал, из которых 12 обнаружены впервые на данном месторождении - рутил, гётит, аргентит, халькозин, циркон, пирофиллит, гиалофан, монацит, апатит, англезит, йодаргирит, токорналит. Кроме того, еще 5 новых для месторождения минералов требуют подтверждения дополнительными методами - тистарит, котуннит, плюмбогуммит, минералы стронция (витчит/ танелит) и цезия (паризит, аризит/ люкейченжит).
• Полученные минералогические данные в целом согласуются с результатами предыдущих
исследователей (Митряева, 1979) и дополняют их. В совокупности с известными геологическими сведениями (Скрипченко, 1989) они указывают на то, что месторождение Дальнезападный Жайрем относится к типу SEDEX, но с особенностями строения, а именно наличием баритового ядра. Рудные залежи имеют концентрическое зональное строение, в котором выделенные нами минералогические типы руд распределяются в следующем порядке: баритовый, галенит-баритовый, галенит-сфалеритовый, пирит-галенит-сфалеритовый, пирит-сфалеритовый и пиритовый.
Для данного месторождения предложена схема образования SEDEX с дополнением: в центре бассейна находилась точка разгрузки гидротермального раствора. Скорее всего, баритовые отложения (ядро) формировались на приподнятых участках дна выше сероводородного горизонта. При этом в пониженных участках у основания бариевого поля возникла благоприятная обстановка для существования микроорганизмов, из-за которых существовала восстановительная обстановка, способствовавшая образованию галенит- сфалеритовых слоистых руд. Зональность полиметаллических руд можно объяснить меньшим произведением растворимости сульфида свинца, чем у сульфида цинка. Тогда общая зональность месторождения баритовые руды ^ галенит-баритовые ^ галенит-сфалеритовые отражает окислительных условий на поднятиях к восстановительным в понижениях и, соответственно, уменьшение в этом направлении концентраций в воде сульфат-иона и увеличение сульфид-иона. В этой схеме пирит-содержащие углеродистые сланцы представляют собой «фоновые осадки» во впадинах с восстановительными условиями.