Геологические условия формирования и генезис руд парнокского железомарганцевого месторождения (полярный урал) зыкин николай анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

Поверхность земной коры постоянно подвергается изменениям, обусловленным общей геодинамикой
планеты, экзогенными процессами, продуктами жизнедеятельности организмов и технологической
деятельностью человечества. В результате становления кислородной атмосферы экзогенные
процессы стали играть значительную роль в рудообразовании. В пределах Восточно-Европейской
платформы известно несколько эпох интенсивного корообразования, из которых наиболее
древней является довизейская. В довизейскую эпоху в пределах западной окраины современной
Воронежской антеклизы образованы мощные залежи латеритов. На железистых кварцитах
и джеспилитах Курской магнитной аномалии (КМА) сформированы богатые железные руды
(БЖР), а преимущественно в Белгородском рудном районе – бокситы и ферраллиты. Подобным
наиболее древним образованиям кор выветривания посвящено крайне малое число научных
публикаций как в отечественной, так и зарубежной литературе.

Концентрация железа и алюминия в экзогенных условиях наиболее интенсивно протекает
в условиях жаркого и влажного климата. В додевонское время произошло общее воздымание
Воронежского кристаллического массива (ВКМ), сопровождавшееся внедрением гранитоидов,
которые спровоцировали образование зон повышенной проницаемости. Так, под воздействием
процессов механического и химического разрушения метаморфических пород курской серии
(PR₁kr) образовались коры выветривания. Их большие мощности объясняются совокупной деятельностью
главнейших агентов латеритообразования – гидроксильная группа метеорных и вадозных
вод и кислород, при размельчении материнских пород интенсифицировали химическое воздействие
кислорода на породообразующие минералы. В результате в Белгородском районе (в зоне
одноименного палеоплато) создались необходимые гипсометрические градиенты и обусловленные
ими мощные зоны дренажа, содействовавшие формированию столь же мощных латеритов с
элементами линейных кор выветривания.

Фаза наибольшего подъема местности на территории КМА в раннем карбоне приходится на
послетурнейское (елховское) – раннемалиновское время. Все бокситоносные зоны развиты
одновременно на всю глубину существующей на тот момент трещиноватости в процессе взаимодействия
горных пород с главнейшими агентами латеритообразования по аналогии с бокситоносной
корой выветривания Южного Вьетнама (Новиков и др., 2018). Каолинит и бемит образовались
непосредственно по исходным компонентам филлитовидных сланцев коробковской свиты курской
серии, а не стадийно за счет друг друга, в результате чего сформировались ассоциации
новообразованных минералов, наиболее богатых алюминием при незначительном содержании
железа и кремнезема.

ОЛИМПИЙСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ

Геологическое строение

Находится в юго-западной части г. Белгород, на востоке граничит с Висловским и на
юго-востоке с Разуменским месторождениями (). Северный участок приурочен к Олимпийской синклинали, ориентированной в северо-западном
направлении, представляющей собой усложненное крыло Яковлевской синклинали. Южный
(Тавровский) участок приурочен к Репнянской синклинальной структуре, отделяясь от
Северного участка антиклинальной складкой, сложенной породами михайловской серии.
У БЖР отмечена наибольшая мощность – 192 м. Бокситы развиты в семи залежах между залежами
БЖР и по разрезу разбиты на четыре зоны с максимально зафиксированной мощностью до
150 м. Все зоны залежей бокситов развиты одновременно на всю глубину существующей
трещиноватости, а все гипергенные минералы образованы непосредственно по исходным
компонентам материнской породы и никак не стадийно за счет друг друга. Бокситы максимального
качества слагают зону мощностью 19.6 м.

Фиг. 8.

Геологическая схема поверхности Олимпийского месторождения под каменноугольным осадочным
чехлом по (Никулин, Савко, 2015) с дополнениями.
1 – бокситы, Fe–Al-породы; 2 – БЖР; 3 – сланцы филлитовидные, метаалевролиты, алеврофиллиты
кварц-серицитовые, метапесчаники; 4 – кварциты силикатно-магнетитовые и карбонатно-магнетитовые
с прослоями межрудных сланцев, слаборудных кварцитов; 5 – метапесчаники кварцевые
нижней подсвиты стойленской свиты (PR₁st₁); 6 – нерасчленeнная толща сланцев, амфиболитов, плагиоклазовых порфиритов (и их
туфов); 7 – гранодиориты и плагиокраниты салтыковского комплекса; 8 – тектонические
нарушения; 9 – геологоразведочные скважины.

Бокситоносная закарстованная линейная палеокора выветривания развита преимущественно
по кварц-серицитовым алеврофиллитам яковлевской свиты и в меньшей степени по нижней
сланцевой подсвите коробковской свиты. В подошве выветрелый сланец имеет светло-зеленый
цвет с явно выраженной первичной сланцеватостью и бурыми пятнами, выше теряет сцементированность
и сменяется породой с тонкочешуйчатой структурой и реликтовой неясновыраженной сланцеватостью.
Ферраллит здесь зеленовато-серого цвета с выраженной отчетливо реликтовой сланцеватостью,
из разреза в разрез (по данным керна скважин) сменяется крепкой красно-бурого цвета
породой с охристыми пятнами и линзами гeтита.

Руды преимущественно бeмитовые (до 68%) с заметным участием гематита и гeтита, а также нешироко развитой микроплойчатостью
из каолинита или хлорита (г). Псевдобобовины состоят из гиббсита, ориентированного согласно материнской сланцеватости.
Карбонаты имеют ограниченное распространение. Гематит слагает цемент, пропитывая боксит
по реликтовой сланцеватости. В кровле отмечаются делювиальноподобные железорудно-глиноземные
породы. Очень характерно обилие микровключений из хлорита, каолинита и гидрооксидов
железа, а также микровключений гиббсита в хлоритовых прослоях.

Пирит (железный колчедан) – FeS2.

           
Месторождения железных руд образуются
в различных геологических условиях. С
этим связано разнообразие состава руд
и условий их залегания. Железные руды
разделяются на следующие промышленные
типы:

1. Бурые железняки 
– руды водного оксида железа
(главный минерал – гидрогетит), 30-55% железа.

2. Красные железняки,
или гематитовые руды (главный 
минерал – гематит, иногда с 
магнетитом), 51-66% железа.

3. Магнитные 
железняки (главный минерал – 
магнетит), 50-65% железа.

4. Сидеритовые 
или карбонатные осадочные руды,
30-35% железа.

5. Силикатные 
осадочные железные руды, 25-40% железа.

           
Железо является также одним из наиболее
распространенных элементов в природных
водах, где среднее содержание его колеблется
в интервале 0,01-26 мг/л .

Особенности образования железной руды

Железная руда образуется в результате процессов, связанных с переработкой железсодержащих минералов в магматических, метаморфических и осадочных горных породах. В основном, такое образование происходит в результате гидротермальных и магматических процессов.

Первый этап образования железной руды связан с геологическими процессами, приводящими к образованию рудоносных жил и месторождений. Под действием высокой температуры и давления, железсодержащие растворы проникают сквозь породу и накапливаются в подземелье. Затем, под воздействием гидротермальных флюидов, происходит изменение состава минералов и образуются рудные жилы.

Второй этап формирования железной руды связан с процессами метаморфизма. Под воздействием высокой температуры и давления, железсодержащие минералы подвергаются преобразованиям и изменению своей структуры. Это может приводить к образованию новых минералов, более богатых железом, и к концентрации железсодержащих руд в определенных местах.

Наконец, третий этап образования железной руды связан с осадочными процессами. Благодаря эрозии и выносу отдельных минералов, железносодержащие частицы могут оказаться в речных долинах, озерах и океанах. Под действием химических процессов осадочного образования и накопления отложений, железная руда может образовываться в осадочных породах, таких как глина и песок.

Список литературы 22

Введение

Железо
– важнейший металл современной индустрии . Это химический элемент, имеющий
26-й атомный номер в периодической таблице
Дмитрия Ивановича Менделеева и  расположенный
в 4 периоде в побочной подгруппе VIII группы
периодической системы элементов.

Железо
– один из самых распространенных металлов
в земной коре. Люди научились извлекать
его из руды и обрабатывать около 4 тыс.
лет назад. Этот металл является одним
из важнейших химических элементов, который
в чистом виде практически не используется,
но его сплавы плотно вошли в жизнь человечества.

Более
90% производимых в наше время металлов
приходится на железо и его сплавы с углеродом.

1. История железа

           
Железо – один из семи металлов древности. Самородное железо в природе практически
не встречается. Первым железом, которое
попало в руки человека, было железо метеоритного
происхождения. Хотя человек использует
железо с древних времен, изделия из него
встречаются крайне редко из-за свойства
железа окисляться, т.е. ржаветь. Первое
упоминание об использовании железа датируются
5-м тысячелетием до н.э. Железо в те времена
было очень дорогим, ценилось оно дороже
золота. Изделия из железа помещались
в оправу из золота.

           
С самородными металлами народы, населяющие
все континенты, познакомились почти в
одно и то же время. С железом же происходило
знакомство иначе и оно растянулось на
более длинные исторические промежутки
времени . В Египте железо получали
еще во втором тысячелетии до н.э., в Древней
Греции — в конце II тысячелетия, в Китае
— в середине первого тысячелетия до н.э.
А на американском континенте лишь с приходом
европейцев. Объясняется это тем, что в
государствах, где запасы самородных металлов,
в первую очередь меди и олова, были невелики,
у людей возникала необходимость поиска
новых металлов, чтобы заменить самородные.
В Америке находились крупнейшие месторождения
меди, поэтому потребности в других металлах
не было. А вот африканские племена перешагнули
через медный век, к железному веку. С увеличением
численности населения, с занятием людьми
новых территорий. Выработка железа неуклонно
росла, и оно перешло из ранга драгоценных
металлов в обычные . 
            Из
известных тогда металлов железо было
самым прочным. Из него изготавливали
различные орудия труда, оружие, инструменты.
В начале нашей эпохи железо уже производили
в Европе и в Азии. Лучшими металлургами
были индийцы . 
            Как
же развивались способы получения железа?
Первоначально человек использовал метеоритное
железо, но оно было очень редким и очень
дорогим. Затем стали получать нагреванием
руд с углем, делая это на хорошо продуваемых
ветром местах. Но, полученное таким способом
железо было губчатым, с большим содержанием
шлаков и хрупким. Важнейшим шагом в технологии
получения железа стало появление горна,
который был открыт сверху и обложен изнутри
огнеупорными материалами (рис.1). Используя
данный способ, получалось относительно
качественное железо, о чем говорят раскопки,
произведенные археологами в Сирии на
месте древних городов.  
Первые плавильные печи появились к концу
пятнадцатого века. В них получали только
чугун. В 1885 году был предложен способ
производства стали, который называется
конверторным. Примерно в это же время
был внедрен и мартеновский способ получения
стали. При выплавке стали в мартеновских
печах, получалась очень высококачественная
сталь, практически свободная от шлаков .

           
Происхождение названия химического элемента
происходит по предположению одних ученых
слова джальджа (санскритский язык), что
означало металл, руда. По предположению
других от санскритского корня -жель, что
означало «блестеть, пылать» 
Химический символ Fe железо получило от
латинского слова ferrum, что собственно
и обозначает в переводе железо .

 Рисунок 1. Выплавка железа в горне
( фрагмент древнегреческой вазы)

2. Нахождение в природе

           
Железо – самый распространенный после
алюминия металл на земном шаре: на его
долю приходится около 4% массы земной
коры. Среди всех элементов оно занимает
4-е место, среди металлов- 2-е, уступая лишь
алюминию. Встречается железо в виде различных
соединений: оксидов, сульфидов, силикатов.
В свободном виде железо находят в метеоритах,
изредка встречается самородное железо
(феррит) в земной коре как продукт застывания
магмы. Железо входит в состав многих минералов,
из которых слагаются месторождения железных
руд .

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Среди залежей довизейских латеритов КМА выделяются (Никулин, Савко, 2015): 1) месторождения
площадного и контактово-площадного типа, 2) линейного типа и 3) закарстованные (). Продукты частичной дезинтеграции довизейских латеритов и их последующего переотложения
в раннекаменноугольное время представлены склоновыми (делювиальными), ручьевыми (пролювиальными),
озерно-болотными и прибрежными отложениями. Эти осадочные глиноземистые и железистые
руды не представляют промышленной ценности из-за их маленьких мощностей (Алексеева,
1974). Они имеют исключительно научный интерес как аналог мел-эоценовых бокситов штата
Джамму и Кашмир, расположенных в предгорьях Гималаев (Бортников и др., 2014).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение бокситов и железо-алюминиевых руд КМА проводилось по принципу от общего к
частному, с выделением специфических признаков для интерпретации генезиса (Сапожников,
Никитина и др., 1978), а затем формулировки критериев для практического использования.
Поэтапно выполнялись: анализ предыдущих исследований по фондовым материалам (фондовые
отчеты и керн скважин); сведение воедино фактического материала предыдущих работ с
новыми данными, полученными авторами; макроскопическое изучение пород; типизация руд
по выделенным признакам; диагностика минерального состава, в том числе тонкодисперсных
разностей, при помощи современных прецизионных методов; интерпретация данных в связи
с генезисом гипергенных пород. Предлагаемый комплекс исследований обеспечил получение
наиболее полных сведений для геологической интерпретации результатов, включая различные
проблемы практического использования.

Микроскопически изучались строение и состав пород в прозрачных шлифах в проходящем
и отраженном свете (NIKON Microphot FX-A и Leica Wild MPS52, Полам Р-312 с компьютеризированным
комплексом OLYMPUSBX51) и под бинокуляром (NIKON SMZ-U).

Рентгенографический анализ бокситов проведен на Shimadzu и Siemens D-500 (ИФТТ РАН,
г. Черноголовка Московской области) с использованием СоKα-излучения (локальный химический
состав отдельных образцов определялся на X-Ray масс-спектрометре PW 2400 Philips и
спектрометре последовательного действия Axios производства компании PANalytical (Нидерланды)),
дифрактометре ARL X`TRA (СоKα-излучение) (Воронежский гос. университет, г. Воронеж),
дифрактометре Rigaku Ultima IV (CuKα, Кβ фильтр – Ni) (Наноцентр БелГУ, г. Белгород)
с однокоординатным полупроводниковым детектором D/TeX.

Термографический анализ проводился на приборах Derivatograph-C венгерской фирмы “МОМ”
(Наноцентр БелГУ) и японской Shimadzu DTG-60AH (НИГП АК “АЛРОСА”).

Микрозондовым методом проводился локальный рентгеноспектральный анализ элементного
состава с помощью системы OXFORD INS (Воронежский госуниверситет). Локальность определения
составляла более микрона (2–5 мкм). Измерения осуществлялись в разных точках каждого
из образцов.

Горы, где образуется железная руда

Железные руды образуются в различных горных системах по всему миру. Они могут быть найдены в горах различных типов и возраста, от археанских до палеозойских и более молодых. Некоторые из наиболее известных горных систем, где образуется железная руда, включают:

1. Уральские горы: Горы вендианского и кордильерского возраста, расположенные в России и Казахстане. В этих горах обнаружены крупные месторождения различных типов железных руд, включая как магматические, так и осадочные.

2. Аппалачи: Горная система, простирающаяся через восточную часть Северной Америки. В Аппалачах образовано несколько крупных месторождений железной руды, в том числе Баримерноместорождение в штате Флорида.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

3. Хибины: Горный массив, расположенный на Кольском полуострове в России. Хибины образуются в результате магматических процессов, и в них обнаружены месторождения железных и апатитовых руд.

4. Хамерсли: Горный массив в Западной Австралии, который содержит крупные месторождения богатейшей железной руды, таких как Хемсвортское месторождение.

5. Пилбара: Регион в Западной Австралии, содержащий многочисленные месторождения железной руды различных типов. Пилбара является одним из ведущих месторождений железной руды в мире.

Это лишь несколько примеров гор, где образуется железная руда. Существуют и другие регионы, включая горы в Бразилии, Китае, Индии и других странах, где также найдены значительные месторождения железной руды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, недра России имеют значительный ресурсный потенциал высокотехнологичных
критических металлов (), позволяющий создать новые или значительно увеличить объемы производства на действующих
предприятиях за счет источников высокотехнологичных критических металлов – древних
кор выветривания (Бортников и др., 2016). На КМА бокситы представлены геосинклинальным
промышленным типом месторождений, связанным с карбонатно-сланцевыми формациями, развитыми
в окраинных частях геосинклинальных прогибов в зонах их примыкания к консолидированным
участкам земной коры – платформам, а также встречаются в других регионах в срединных
частях геосинклиналей (Карпаль, 1977). Они приурочены, главным образом, к перегибам,
тяготеющим к краевой части крупного антиклинория (Воронежская антеклиза). Описанные
в этой работе бокситы и ферраллиты представляют собой автохтонные образования на метаморфических
породах преимущественно курской и в меньшей степени оскольской серий. Метаморфические
породы курской и оскольской серий являются главными источниками алюминия для бокситов.
Самостоятельное промышленное значение имеют месторождения бокситов, которые характеризуются
контактово-площадными корами выветривания, осложненными палеокарстами, и обладают
максимальными размерами рудных залежей.

Таблица 4.  

Запасы и прогнозные ресурсы бокситов и ферраллитов

Отработка подземным способом, при даже небольших проектных мощностях 1.0–2.5 млн т/год
в сумме, покроет дефицит глинозема, восполняемого импортом из-за рубежа, в разные
годы составляющим 3.6–5.1 млн т (Государственный доклад …, 2019): в 2018 г. импортировано
4.7 млн т глинозема, в 2017 г. – 4.5 млн т. Более трех четвертей необходимого количества
на протяжении длительного времени закупается в трех странах: Украине, Австралии и
Казахстане, второстепенными поставщиками являются Бразилия, Ямайка и Ирландия, а также
из Гвинеи.