ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Буруктальское никелевое месторождение обладает значительными запасами никеля (1377 тыс. т никеля, [Михайлов, 2003]), расположено в Оренбургской области и является основной ресурсной базой для Южно- Уральского никелевого комбината. Контуры рудных тел в коре выветривания выделяются на основании данных химических анализов в соответствии с требованиями кондиций.
Изучению особенностей геологического строения, минерального состава пород и руд Буруктальского месторождения посвящены работы И.П. Лосева, Е.И. Устинова, И.И. Эделыптейна, К.К. Никитина, А.С. Варлакова, В.М. Григорьевой, Г.М. Шешуковой, А.С. Вершинина, Б.М. Михайлова, В.Г. Лазаренкова, И.В. Таловиной и других исследователей. Однако, вопросы, связанные с выделением и типизацией природных типов руд- Буруктальского месторождения практически не рассматривались, используется устаревшая классификация типов руд. Выделение природных разновидностей руд, разработка классификации, а также уточнение особенностей формирования месторождения актуально для геометризации рудных тел, разработки рационального комплекса опробования, обоснования поисковых и разведочных работ на Буруктальском месторождении, что необходимо для обеспечения стабильной сырьевой базы Южно-Уральского никелевого комбината.
Целью работы является выделение природных типов руд
Буруктальского месторождения для рациональной разработки месторождения, повышения полноты извлечения запасов полезного ископаемого и расширения перспектив его освоения.
Задачи исследований: 1) уточнить минеральный состав руд Буруктальского месторождения с использованием комплекса аналитических
методов, включающих рентгеноструктурный, микрорентгеноспектральный и термический анализы; 2) выделить природные типы руд Буруктальского месторождения на основе их минерального состава, текстурно-структурных особенностей и условий залегания; 3) охарактеризовать геохимические особенности природных типов руд Буруктальского месторождения на основе анализа содержаний широкого комплекса химических элементов; 4) на основе проведенного комплекса исследований уточнить особенности формирования Буруктальского месторождения.
Фактический материал и методы исследования. В основу работы положен материал 120 проб пород и руд, собранный автором в 2006 - 2008 годах на Буруктальском месторождении, а также 50 проб пород Буруктальского месторождения из коллекции В.Г. Лазаренкова и И.В. Таловиной. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях Горного института, ВСЕГЕИ, СПбГУ, РИАН, АО «Механобр-Аналит». Изучено около 40 прозрачных шлифов методами оптической микроскопии. Для 67 образцов выполнен рентгеноструктурный анализ (АО «Механобр-Аналит», рентгеновский порошковый дифрактометр Geigerflex-D/max (Rigaku); СПГГИ (ТУ), рентгеновский порошковый дифрактометр XRD-6000; СПбГУ, ВСЕГЕИ, рентгеновский дифрактометр ДРОН-6). Для 32 образцов выполнен микрорентгеноспектральный анализ (РИАН, растровый электронный микроскоп CAMSCAN-4DV с полупроводниковым спектрометром AN-10000). Термический анализ выполнен для 36 образцов (СПГГИ (ТУ), термическая установка фирмы NETZSCH: STA 429С). Химические анализы выполнены: для 30 проб руд (СПГГИ (ТУ), АО «Механобр-Аналит», атомно-абсорбционный метод) и для 7 объединенных проб основных разновидностей пород и руд по 60 образцам (ВСЕГЕИ, метод масс - спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе «Элан-6100 DRC» после разложения проб сплавлением с метаборатом лития; метод атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно- связанной плазмой на приборе «Оптима-4300 DV»).
Научная новизна: 1) уточнён минеральный состав руд Буруктальского месторождения с применением современных методов исследования; впервые выявлены и охарактеризованы на Буруктальском месторождении следующие рудные минералы: никелевый лизардит 1Т; никелевый клинохлор lib, кобальт- никель-марганцевый клинохлор lib, никелевый шамозит, никелевый пеннантит; 2) выделены природные типы руд Буруктальского месторождения и приведено их описание; кварц-магнетитовые руды, хлоритовые и оксидно-марганцевые руды в качестве самостоятельных типов руд нами выделены и изучены впервые; 3) получена характеристика геохимических особенностей природных типов руд Буруктальского месторождения по широкому комплексу химических элементов.
Практическая значимость. Обосновано, что выделенные по минеральному составу, структурно-текстурным особенностям, условиям залегания и содержанию рудных и других элементов лизардитовые, нонтронитовые, кварц-магнетитовые, кварц-гётитовые, хлоритовые и оксидномарганцевые руды следует рассматривать в качестве природных типов руд и разделять в процессе разведки и рудоподготовки, что может существенно влиять на технологию переработки руд месторождения. Выделенные типы руд также могут быть применены для обоснования технологии переработки и использования некондиционных и бедных руд месторождений никелевых кор выветривания.
Личный вклад соискателя: постановка цели, задач исследования, разработка методики исследования, проведение геологических исследований в карьерах Буруктальского месторождения и отбор образцов и проб; обобщение и- интерпретация аналитических данных, формулировка основных выводов работы.
Достоверность защищаемых положений, выводов подтверждается геологическими исследованиями в карьерах месторождения, детальными петрографическими наблюдениями, представительностью и надежностью исходных данных, непротиворечивостью геологических данных, а также результатами аналитических исследований, полученными с использованием современных методов изучения вещества, анализом результатов предыдущих исследований по тематике работы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедр минералогии, кристаллографии и петрографии, геологии месторождений полезных ископаемых Санкт- Петербургского государственного горного института 2006-2010 г.г. Отдельные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на научных конференциях: «Фёдоровская сессия - 2006» (Санкт-Петербург, 2006), XII Чтения памяти А.Н. Заварицкого «Офиолиты: геология, петрология, металлогения и геодинамика» (Екатеринбург, 2006), Годичная сессия Московского Отделения РМО, посвященная 110-летию со дня рождения академика А.Г. Бетехтина «Роль минералогии в познании процессов рудообразования» (Москва, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 6 работ в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.
Реализация работы: результаты исследований используются ОАО «Комбинат Южуралникель» при разработке III участка Буруктальского месторождения, а также могут применяться в организациях, проводящих геологическое изучение никелевых кор выветривания Урала и в учебных курсах вузов для студентов геологических профессий.
Диссертационная работа выполнена под руководством доктора геологоминералогических наук, профессора В.Г. Лазаренкова, которому автор выражает глубокую признательность. Особую благодарность автор выражает сотрудникам ОАО «Комбинат Южуралникель» В.П. Холодову, А.Б. Королькову, А.С. Лисину, Н.И. Прокопенко за помощь в сборе диссертационных материалов и коллекции образцов. Автор благодарит директора Научно-образовательного центра Горного института профессора М.А. Пашкевич за содействие в проведении исследований.
Защищаемые положения:
1. Выделенные по минеральному составу, структурно-текстурным особенностям и условиям залегания лизардитовые, нонтронитовые, кварц- магнетитовые, кварц-гётитовые, хлоритовые и оксидно-марганцевые руды Буруктальского месторождения целесообразно рассматривать в качестве природных типов никелевых руд и учитывать при технологическом картировании в процессе проведения геологоразведочных работ.
2. Выделенные природные типы руд Буруктальского месторождения отличаются друг от друга не только по содержаниям основных петрогенных оксидов, но и дополнительных элементов-индикаторов (Ti, Sn, Mo, Sb, Pb, Ba, S, Be, As, U, Ce, Ni, Cu, Cs, редкоземельные элементы).
3. Наложение на ультрамафиты контактово-метасоматических процессов, связанных с гранитными интрузиями, следует считать важным фактором формирования специфичного для Буруктальского месторождения хлоритового типа богатых никелевых руд.
Список использованных источников
1 Балкан Б., Бардоши Д. Исследования процессов латеритизации. Кора выветривания. М., 1974, вып. 14. С. 3-14.
2 Басков Е.А. Принципы классификации горных пород с учетом минералов группы воды. // Петролого-минералогические исследования кристаллических пород. Л., 1989. С.80-88.
3 Бетехтин А.Г. Минералогия. М.: Недра, 1951. С. 541.
4 Бородина К.Г. Вторичная минерализация никеленосных кор выветривания и ее роль в локализации промышленных залежей никелевых руд //Минерагения зоны гипергенеза. М., 1980. С. 101- 118.
5 Бородина К.Г. Строение и состав коры выветривания Черемшанского массива серпентинитов // Коры выветривания Урала. Саратов. 1969. С. 265-272.
6 Бугельский Ю.Ю. Рудоносные коры выветривания влажных тропиков. М., 1979. 286 С.
7 Бугельский Ю.Ю., Витовская И.В., Никитина А.П. Экзогенные рудообразующие системы кор выветривания. М.: Наука, 1990. 244 С.
8 Булах А.Г., Золотарев А.А., Кривовичев В.Г. Классификация, формулы и структуры минералов. - СПб: Изд-во СПбГУ, 2003.152 с.
9 Булах А.Г., Кривовичев В.Г., Золотарев А.А. Общая минералогия (учебник) // М: Изд-во АКАДЕМИЯ, 2008. 416с.
10 Варлаков А.С. Петрография, петрохимия и геохимия гипербазитов Оренбургского Урала. М.,1978, 239 с.
11 Варлаков А.С. Петрология процессов серпентинизации гипербазитов складчатых областей. Свердловск, 1986. 224 С.
12 Венке X., Дрейбус Г., Ягоутц Э. и др. Геохимия архея. М., Мир, 1987, 315 С.
13 Вершинин А.С. Геология, поиски и разведка гипергенных месторождений никеля. М.: Недра, 1993. 302 С.
14 Вершинин А.С. Никелевый пояс Урала // Уральское горное обозрение. Известия вузов. Горный журнал. 1996. № 8-9.
15 Вершинин А.С. Рудные субформации никеленосной коры выветривания гипербазитов // Сов. геол. 1984. № 9. С. 18-28.
16 Вершинин А.С., Витовская И.В., Эделыптейн И.И., Вареня Г.Д. Технологическая минералогия гипергенных никелевых руд. Л.: Наука, 1988. 274 С.
17 Витовская И.В., Берхин С.И. К вопросу о природе гарниерита // Кора выветривания. М., 1970. Вып. 11. С.26-39.
18 Витовская И.В., Берхин С.И. К вопросу о природе керолита // Кора выветривания. М., 1968. Вып. 11. С.134-160.
19 Воронцова Н.И., Таловина И.В., Лазаренков В.Г., Рыжкова С.О., Мезенцева О.П. Перспективы никелевой промышленности Урала в свете изучения структур рудных полей гипергенных никелевых месторождений // СПГГИ (ТУ). Записки Горного института, Т. 183,2009, С. 78-87.
20 Геологический словарь. М., Недра. 1973. Т 1, 487 С.
21 Геологический словарь. М., Недра. 1973. Т 2, 456 С.
22 Геология и полезные ископаемые России. В 6-ти тт. Т.1: Запад России и Урал. Кн.1: Запад России изд. ВСЕГЕИ. 2009. 252с.
23 Гинзбург И.И., Никитин К.К. Термины и понятия, относящиеся к коре выветривания// Обзор геологических понятий и терминов в применении к металлогении. М., 1963. С. 151-158.
24 Гинзбург И.И., Рукавишникова И.А. Минералы древней коры выветривания Урала. М., 1951. 715 С.
25 Гинзбург И.И., Савельев И.И. Образование никелевых месторождений силикатных руд на Южном Урале// Изв. АН СССР. Сер. геол. 1939. № 6. С. 119-140.
26 Григорьева В.М., Красильников Л.К. Вещественный состав руд Буруктальского никель-кобальтового месторождения на Южном Урале. Труды Института Гипроникель. 1959. Л. С.3-12
27 Григорьева В.М., Шешукова Г.М. Генетичесие типы промышленных месторождений кобальт-никелевых руд коры выветривания// Тр. Гипроникеля. 1969. Вып. 39-40. С. 5-26.
28 Дир У.А., Хауи Р.А., Зусман Дж. Породообразующие минералы. М., Мир, 1966, т.З. 316 С.
29 Доливо-Добровольский В.В., Гульбин Ю.Л. Физическая химия геологических процессов. Методы физико-химических расчетов процессов минералообразования: Учебн. Пособие. СПб.: Изд-во СПГГИ, 2002. 70 С.
30 Елисеев Н.А. Метаморфизм. М.6 Недра, 1963. 428 С.
31 Жданов В.В. Метасоматиты, опыт изучения и картирования. СПб., ВСЕГЕИ, 1999. 56 С.
32 Капусткин Г.Р., Горшкова И.Е., Сивцов А.В. Минералогические особенности и формирование оксидов-гидроксидов железа в процессе выветривания серпентинитов Южного Урала // Кора выветривания. М., 1986. Вып. 19. С. 66-77.
33 КапусткинГ.Р., И.Е. Нистратова, А.В. Сивцов Минералогия оксидов и гидроксидов железа и их кристалличность в коре выветривания гипербазитов /Московское общество испытателей природы «Гипергенез и рудообразование». М.: Наука. 1988. С. 52-64.
34 Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. М.: Наука, 2004. - 677с.
35 Красильников Л.К. Особенности гранулометрического состава окисленных никелевых руд промышленных месторождений СССР // Тр. Гипроникеля. 1969. Вып. 39-40. С. 96-102.
36 Козырин Н.А., Безруков Г.Н., Гусельников Ю.В., Литвин Л.Т. Об образовании гарниерита (по данным эксперимента)/ Докл. АН СССР. Том 182, №3 1968, С.678-680
37 Корин И.З., Финько В.И., Коутин П.Д. Геология и генезис никелевых месторождений в коре выветривания Кубы. М., 1973. С. 66-117.
38 Корытова Э.Н., Косулин Г.И., Макарова Т.А. Экспериментальное воспроизведение процессов серпентинизации оливина. Изв. АН СССР, сер. геол., 1972, № 3, С. 70-76.
39 Куземкина Е.Н. Никельсодержащий магнетит / В кн. Никеленосные коры выветривания Урала. М.: Наука. 1970. С. 193-202.
40 Куземкина Е.Н., Зайцева Г.М. Никельсодержащие минералы зоны охр ультраосновных пород // Рудоносные коры выветривания. М., 1974. С. 126-131.
41 Лазаренков В.Г., Петров С.В., Таловина И.В. Месторождения платиновых металлов. СПб. Недра, 2002, 298 с.
42 Лазаренков В.Г., Таловина И.В., Белоглазов И.Н., Володин В.И. Платиновые металлы в гипергенных никелевых месторождениях и перспективы их промышленного извлечения. Недра, 2006. 188 С.
43 Максимович 3. Изоморфная серия лизардит-непуит. Зап. Всес. Мин. Общ., 1973, 102, р. 143-149.
44 Малахов И.А. Петрохимия главных формационных типов ультрабазитов. М., Наука, 1993. 221 с.
45 Малышева Т.Я., Долицкая О.А. Петрография и минералогия железорудного сырья: Учебное пособие для вузов/ М., МИСИС. 2004.424 С.
46 Михайлов Б.М. Гипергенная металлогения Урала.// Литология и полезные ископаемые. 2004. № 2. С. 1-24
47 Михайлов Б.М. Никелевые руды Урала // Литология и полезные ископаемые. 2000, № 4. С. 397-413.
48 Михайлов Б.М. Рудоносность кор выветривания и продуктов их переотложения // Рудоносность и геологические формации структур земной коры. Л., 1981. С. 353-371.
49 Михайлов Б.М., Иванов Л.А. Проблемы Fe-Co-Ni месторождения Буруктал, Южный Урал.// Прикладная металлогения и недропользование. 2003. № 1. С.5-12.
50 Никитин К.К. Древняя кора выветривания Бурыктальского массива ультраосновных пород // Тр. ИГЕМ АНСССР, 1962, вып. 69.191 С.
51 Никитин К.К. Классификация типов кор выветривания // Никеленосные коры выветривания Урала. М., 1970. С. 28-49.
52 Никитин К.К. Площадной тип коры выветривания Буруктальского ультраосновного массива // Никеленосные коры выветривания Урала, М., 1970. С. 49-56.
53 Никитина А.П., Витовская И.В., Никитин К.К. Минералогогеохимические закономерности профилей и полезных ископаемых коры выветривания. М., 1971. 90 С.
54 Никитин К.К., Глазковский А. А. Никеленосные коры выветривания ультрабазитов и методы из изучения. М., 1970. 214 С.
55 Овчинников Л.Н. Полезные ископаемые и металлогения Урала. М: Геоинформмарк. 1998. 411C.
56 Отчет о результатах ГРР, проведенных на Буруктальском никель- кобальтовом месторождении в Светлинском районе Оренбургской области в 1950-1968 гг. (Подсчет запасов по состоянию на 1.05.1968г.). Устинов И.П., Лосев Е.И. и др. Объяснительная записка. Том 1., 1958.
57 Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1979, 420 С.
58 Разумова В.Н., Херасков Н.П. Генетические типы кор выветривания. М., ДАН СССР, т. 148, № 6, 1963. С. 1378-1382.
59 Рыжкова С.О. Типы метасоматитов Буруктальского месторождения гипергенных никелевых руд, Южный Урал // СПГГИ (ТУ). Записки Горного института, Т. 181, 2009. С. 25-27.
60 Рыжкова С.О., Таловина И.В., Лазаренков В.Г. О природе окраски хризопраза Буруктальского и Сахаринского месторождений гипергенных никелевых руд. // Материалы Годичного собрания Российского минералогического общества «Современные методы минералого-геохимических исследований как основа выявления новых типов руд и технологии их комплексного освоения». СПб, 2006, С. 180-181.
61 Рыжкова С.О., Таловина И.В., Лазаренков В.Г., Уголков В.Л., Воронцова Н.И. Никеленосные оксиды железа Буруктальского месторождения, Южный Урал // СПГГИ (ТУ). Записки Горного института, Т. 183, 2009, С. 101-111.
62 Сауков А.А. Геохимия. 4-е изд. М.: Наука, 1975, 477 С.
63 Саханбинский М.Н. Минералогия хризопразов из месторождений Нижней Силезии. Труды Межд. мин. асе., Новосибирск. 1978. С. 128-140.
64 Семенов Е.И. Систематика минералов. М.: Недра, 1991. 331 С.
65 Таловина И.В., Лазаренков В.Г., Воронцова Н.И. Платиноиды и золото в оксидно-силикатных никелевых рудах Буруктальского и Уфалейского месторождений, Урал.//Литология и полезные ископаемые, 2003. № 5. С. 474-487.
66 Таловина И.В., Лазаренков В.Г., Рыжкова С.О., Уголков В.Л., Воронцова Н.И. Гарниерит никелевых месторождений Урала // Москва. Литология и полезные ископаемые, 2008, № 6. С. 1-8.
67 Хэскин Л.А., Фрей Ф.А., Шмитт Р.А., Смит Р.Х. Распределение редких земель в литосфере и космосе. Москва.Изд.: Мир, 1983. 185 С.
68 Чухров Ф. В. О конвергенции некоторых гипергенных и гипогенных процессов минералообразования. //Проблемы теории образования коры выветривания и экзогенные месторождения. М.: Наука, 1980. С. 101-115.
69 Чухров Ф.В., Горшков А.И., Витовская И.В., Дриц В.А., Сивцов А.В., Рудницкая Е.С. Кристаллохимическая природа Co-Ni асболана. Изв. АН СССР. 1980. №6. С. 73-81.
70 Чухров Ф.В., Ермилова Л.П., Горшков А.И. Гипергенные окислы железа в геологических процессах. М., 1975. 216 С.
71 ШтейнбергД.С., Чащухин И.С. Серпентинизация ультрабазитов. М. Наука, 1977, 312 С.
72 Эделынтейн И. И. Вещественный состав продуктов выветривания на ультраосновных породах Буруктальского массива. Матер, по геологии и пол. ископ. Южного Урала, вып. 1, Геолтехиздат, 1956, С. 38-58.
73 Эдельштейн И.И. Петрология гипербазитов Тоболо-Иргизского района Южного Урала и особенности связанных с ними кор выветривания. М.: Наука, 1968. 199 С.
74 Эдельштейн И.И. Празопалы из коры выветривания ультраосновных пород // Вестник Львовского политехнического института. 1965, № 6. С. 46-52.
75 Яхонтова Л. К., Зверева В. И. Основы минералогии гипергенеза: Учеб, пособие. - Владивосток: Дальнаука, 2000. 331 С.
76 Brindley G.W. The structure and chemistry of hydrous nickel- containing silicate and aluminate minerals. // Bull. BRGM. 1978. Sec. 2, N 3. P. 233-245.
77 Brindley G.W.,Brown W. Crystal structures of clay minerals and their X-Ray identification. London. 1980. 278 P.
78 Brindley G.W., Wan H.M. Compositions, structures and thermal behavior of nickel-containing minerals in the lizardite nepouite series. Amer. Miner. 1975, v. 60, p. 863-871.
79 Carvalho-e-Silva M.L., Ramos A.Y., Tolentino A.C.N., Enzweiler T, Netto S.M., Alves M.C.M. Incorporation of Ni into natural goethite: An investigation by X-ray absorption spectroscopy. Amer. Mineral., 2003, v. 88. P.876-882.
80 Kristanovic J. Chrystal structure of single-layer lizardite. Zs. Krist., 1968. Bd. 126.
81 Gottschalk M. Internally consistent thermodynamie data for rock- formeng minerals in the system Si02-Ti02Al20-Fe203Ca0-Mg0- Fe0-K20-Na20-H20-C02. Eur. Mineral, 1997. P.175-223.
82 Manceau A., Calas G. Heterogeneous distribution of nickel in hidrous silicates from New Caledonia ore deposits. Amer. Mineral., 2000, v.0. P. 9-558.
83 Me Donough W.F. Constrains of the composition of continental lithospheric mantle. EPSL, 1990, v.101, № 1, p. 1-18.
84 Llorca S.M. Metallogeny of supergene cobalt mineralization, New Caledonia. Australian Journal oEarth Sciences, 1993, v. 40, P.377-385
85 Whittaker E.J.W., Zussman J. The Characterization of serpentine minerals by X-Ray diffraction. Miner. Mag., v. 31. 1956. P. 201-215