Условия и закономерности магнезитонакопления в терригенно-карбонатных кайнозойских комплексах

Актуальность работы.

Магнезит является одним из наиболее широко используемых магнезиальных минералов, который добывается уже многие десятилетия и применяется во многих сферах промышленного производства. Основным потребителем магнезита (до 90%) является черная и цветная металлургия, которая использует магнезит для производства огнеупоров, кроме того, он применяется в химической, резиновой, бумажной и других отраслях.

Потенциал России в магнезиальном сырье достаточно высок и позволяет обеспечить нашу промышленность в необходимом объеме, а также поставлять сырье и продукцию на мировой рынок, который весьма обширен, стабилен и постоянно развивается. Тем не менее, существуют определенные проблемы, связанные с особенностями размещения сырьевой базы, степенью ее изученности, способами добычи и технологиями переработки сырья, размещением перерабатывающих предприятий. Все это предопределяет необходимость укрепления и развития минерально-сырьевой базы магнезита. Весь потенциал представлен одним геолого-промышленным типомкристаллические магнезиты древних осадочных толщ. Основная часть всех известных промышленных объектов и прогнозных площадей находится в сложных геолого-экономических районах, значительно удаленных от основных потребителей на тысячи километров, имеют сложные горнотехнические условия или низкое качество сырья, отсутствует инфраструктура и ряд других недостатков. Одним из путей решения вопроса состоит ввыявлении на территории России нового геолого-промышленного типа магнезитового оруденения — кайнозойские магнезиты озерных фаций.

За рубежом широко разрабатываются осадочные месторождения магнезита в кайнозойских комплексах, которые в России пока не известны. Месторождения данного типа оруденения успешно эксплуатируются во многих странах (Австралия, Америка, Сербия, Турция и др.).

В период восстановления экономики России и подъема производственного потенциала страны появилась необходимость в развитии и расширении сырьевой базы неметаллических полезных ископаемых и магнезита в том числе. В состоянии, минерально-сырьевой базы магнезита остались проблемы, унаследованные с прежних, лет. Актуальным становится изучение и прогнозирование кайнозойских магнезитов, которые имеют ряд преимуществ: приповерхностное залегание рудных тел, не скальный (рыхлый) рудный материал, потенциально миллионные запасы и прочее.

Выявление закономерностей образования магнезитов в терригенно-карбонатных кайнозойских комплексах, условий их локализации позволит создать модель магнезитообразования в кайнозое, определить критерии магнезитоносности, на их, основе — перспективность территории России на данный тип оруденения. Подобный подход предопределяет актуальность диссертационной работы.

Цель работы заключается в изучении минерально-литологического состава кайнозойских терригенно-карбонатных комплексов, установлении закономерностей магнезитонакопления в них, выработке критериев и оценки территории России на этот генетический тип магнезитообразования.

Основные задачи работы:

1. Определить минерально-литологические особенности, кайнозойских комплексов и приуроченность к ним магнезитов.

2. Установить источник рудного вещества и характер его концентрации.

3. Определить критерии магнезитоносности кайнозойских терригенно-карбонатных комплексов.

4. Определить перспективность территории Российской Федерации на кайнозойский магнезит.

Научная новизна.

1. Впервые проведена генетическая классификация кайнозойских месторождений магнезита по способу и условиям образования.

2. Установлено, что источником магнезиального вещества являются серпентинизированные и амфиболизированные гипербазиты с развитой зоной магнезиальной карбонатизации в области гипергенеза.

3. Разработаны основные критерии оценки магнезитоносности кайнозойских осадочных комплексов.

Практическая ценность. Проделанная работа позволила создать модель магнезитообразования в кайнозойских терригенно-карбонатных комплексах, на ее основе выработать основные критерии магнезитоносности в молодых континентальных структурах и выделить потенциально-перспективные районы России для постановки ГРР.

Фактический материал и методы исследования. Геологический материал, положенный в основу диссертации, был собран автором в течение 1988;2007г.г. Значительная часть его систематизирована и проанализирована по литературным отечественным и зарубежным источникам, включая авторские переводы статей и личные беседы со специалистами, работавшими на объектах за рубежом (В.И. Финько, А. И. Шевелев,). Полевые исследования, при участии автора, проведены на Кимперсайском массиве Казахстана (карьеры Миллионный, Донской и др.), а также на территории Карачаево-Черкесской Республики (ЮФО) на площади Веденского массива. Фактический материал по кайнозойским озерным комплексам собран автором на озере Салда (Турция). Для изучения вещественного состава магнезитоносных и вмещающих комплексов в аккредитованных Госстандартом лабораториях АСТИЦ ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» выполнено: 200 спектральных полуколичественных анализов на 34 элемента, 200 химических силикатно-карбонатных анализоврентгеновский фазовый анализ (РФА) дезинтегрированных серпентинитов кор выветривания и литологических разностей осадочных рудоносных комплексов (более 100 анализов), электронно-микроскопическое изучение минеральных разностей гипергенного и осадочного магнезита (более 50 проб), дифференциальный термический анализ (50 проб) минеральных типов рудного веществаа также микробиологический анализ магнезитов (40 проб) — в центре аналитических исследований (ЦАИ) ГНУ «Татарский НИИСХ» РАСХН (г. Казань). Автором проведено петрографическое изучение рудоносных пород (150 шлифов).

Основные защищаемые положения.

Положение 1. Областью аккумуляции кайнозойских магнезитоносных комплексов являются бессточные впадины, сопряженные с гипербазитовыми массивами или наложенные на них.

Положение 2. Источником и субстратом магниевых минерально-геохимических композиций в кайнозойских осадочных комплексах служат коры выветривания серпентинизированных гипербазитов с развитой на них зоной магнезиальной карбонатизации.

Положение 3. Магнезиты приурочены к терригенно-карбонатным литологическим комплексам озерных и речных фаций.

Апробация работы. Основные результаты работ докладывались на Экспертном Совете секции черных металлов и нерудного сырья для металлургии МГ СССР (г. Сатка, 1987 г.), на Всесоюзном совещании по магнезиальному сырью (ИГЕМ, г. Москва, 1988 г.), на Региональной конференции «Геология и прогнозирование месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири» (г. Иркутск, 1989 г.)3 на Второй международной конференции «Промышленные минералы» (г. Москва, 2007 г.). Внедрены «Рекомендации на оценку перспектив кайнозойских комплексов Украины на магнезит» (ПГО «Укргеология», г. Киев, 1988 г.), «Рекомендации на оценку перспектив кайнозойских комплексов Читинской области на магнезит» (ПГО «Читагеология», г. Чита, 1989 г.), «Рекомендации на оценку перспектив кайнозойских комплексов Западного Казахстана на магнезит (ПГО «Запказгеология», г. Актюбинск, 1989 г.), по которым проводились тематические работы в производственных организациях.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Объем и структура работы. Диссертация объемом 165 страниц состоит из введения, 7 глав, заключения, содержит 70 рисунков, 21 таблицу и список использованных источников 53 наименований.

результаты исследования. Нагрев образцов проводили в области температур 20−1100°С в. закрытых специальными крышками платиновых тиглях со скоростью" 10! град/мин в атмосфере инертного газа (аргона).

В отличие от магнезита, для которого регистрируется? один-эндотермический. эффект соответствующий диссоциации: карбоната с образованием периклаза, для водного карбоната — гидромагнезита: выявляется сложная комбинация эффектов. Первый эндотермический эффект (3 0−215°С) соответствует удалению слабосвязанной воды. Следует: отметить достаточно низкое значение, начала, удаления и собственно сам интервал дегидратациичтоможет свидетельствовать. обизбыточномсодержании! слабосвязанной водыспособной легкоудаляться: из системы^ Второй? эндотермический эффект с: максимумом при 309 °C соответствует удалениюструктурной воды,. Диссоциация, собственно магнезитовой составляющей образца идет в два, этапа и регистрируетсяв виде эндотермических эффектов с максимумами 4389С и 523 °C. Дополнительный экзотермическийэффект и двухступенчатость диссоциации можно. объяснить дополнительного* образованием MgCC>3 в результате взаимодействия вновь образующихсяпродуктов в системе.

Экспериментальные исследования прошлых лет (Weathering, 1995) показали^ что интенсивность. магнезитообразования в серпентинитах прямо зависит от присутствия ионов, натрия, которые способствуют процессу как катализаторный фактор: Наличие в породах натрийсодержащих минералов-(на исследуемых объектах отмечаются плагиоклазы в сопутствующих породах — актинолитовый амфиболит, приконтак говые граниты и т. д.) приводит к. повышенным содержаниям магнезита (до 30% и более) в сернентинитовых породах. Натрий при этом может не образовывать самостоятельных минеральных фаз, но его присутствие в ионной форме в инфильтрационных растворах является обязательным. Масштаборуденения магнезита в серпентинитах имеет большое значение: в аспекте их потенциальности для формирования кластохемогенных магнезитов в осадочных комплексах. При слабой минерализации магнезита (небольшие площади распространения, низкие содержания" магнезиальных карбонатов — 5−10% и прочее) серпентиниты не способны предоставить достаточный объем магнезиального вещества для образования магнезитоносного седимента в сопряженных озерных толщах с промышленным потенциалом. И наоборот, значительные площади развития зоны карбонатизации (с магнезитовой специализацией) и высокими содержаниями М?-СОз — 10−30% и более (Кимперсайский массив, Казахстанозеро Салда, Турция, м-е Голеш, Сербия и др.) способны создать промышленные запасы магнезита в кайнозойских отложениях до нескольких сотен миллионов тонн (месторождение Канвеара штата Квинсленд в" Австралии — 260 млн. т). Завершающим и оченьважным моментом в процессе формирования магнезиально-серпентинитового субстрата как потенциального источника рудоносного материала для кайнозойских месторождений магнезита является тектоническая активизация (постгипергенная). Проявление тектонической активности (дизъюнктивной и пликативной) создает и предопределяет пути транспортировки рудного вещества (ионных и минеральных форм): нарушается целостность метаморфических пород — появляются в них разломы и трещиноватость разного порядка, смещение отдельных блоков, зоны дробления и т. д., которые создают гидропроходящую проточную систему в петрокомплексах для подземной миграции магнезиальных компонентов. С другой стороны тектоническая активность приводит к геоморфологической-реорганизации и формированию поверхностных (атмосферных) путей транспортации магнезиальных карбонатов в бассейн седиментации.

Транспортация магнезита (и еп> аналогов) от источника (области сноса) до бассейна рудонакопления является следующим этапом в генерализованной модели кайнозойского магнезитообразования. Здесь можно выделить два способа переноса вещества: подземный и поверхностный, которые отличаются как по форме, так и по содержанию.

Поверхностная транспортация магнезитового вещества связана с водными потоками, которые имеют долговременное проявление (речная гидросеть) и кратковременное (сезонные и суточные осадки). Первые из них развиты наиболее широко, имеют площадной характер и некоторую временную стабильность и постоянство, тогда как кратковременные водотоки проявляются незначительно и локально. Поверхностные водотоки транспортируют, главным образом, терригенный материал, содержащий гипергенный магнезит, с ультрабазитового субстрата и формируют кластогенный тип месторождения магнезитов среди кайнозойских комплексов. При этом насыщенность поверхностных вод ионами магния (учитывая, что площадь поверхностного водосбора приходится на развитие магнезит-серпентинитовых пород) является умерено повышенной (59,8 мг/л) по сравнению с другими речными потоками прилежащих территорий (площади водосбора их не связаны с гипербазитами), где состав ионного магния является незначительным (1,2 мг/л). Возможности хемогенного образования магнезита (и его аналогов) крайне ограничены.

Особенно активный площадной снос происходит в интенсивно-эродированных районах, где отмечаются периоды обильных дождей (месторождения Австралии, Турции). Форма гравиметрических фракций кластогенного магнезита весьма разнообразна: от глыб и гравия (м-е Неваде, Сербия и м-я Сервия и Аяни, Греция) до пелитоморфной разности (м-е Салда, Турция и др). Параметры водного потока имеют большое значение при переносе и отложении рудного вещества: рельефные превышения предопределяют более скоростное течение рек, что приводит к наибольшей удаленности терригенного магнезита от источника до мест его локализации, и наоборот — равнинные реки со спокойным и ламинарным течением переносят этот материал на незначительные расстояния, аккумулируя магнезитовый материал более концентрированно, с наименьшим рассеиванием. Скрытокристаллическая структурная особенность гипергенного магнезита с плоскими морфологическими формами имеет мобильно подвижное поведение в водном потоке и хорошие транспортирующие свойства.

Подземная форма транспортировки магнезиального вещества связана, главным образом, с химическими процессами. Химический способ переноса предполагает магний-ионную форму рудного вещества, и пространственно-проходящую водную среду самого разного происхождения. Здесь принимают участие неглубокие Са — М^, бикарбонатные подземные воды (остаточные озера лагуны Куронг), гипогенные растворы и холодные метеорные воды, обогащенные ионами (месторождение Карент-Крик) и другие инфильтрационные потоки, которые, проходя через толщи, богатые магнием, обогащаются им (Сербская группа месторождений, озеро Салда в Турции) с последующей аккумуляцией в наиболее благоприятных условиях мелководных озер. В этих случаях происходит формирование хемогенных месторождений магнезита в кайнозойских комплексах. Химический состав подземных вод, питающих бассейн седиментации (на примере оз. Салда), отличается резко повышенным балансом ионов магния (>128 мг/л), натрия (>30 мг/л), а также хлоридов (>25 мг/л) и гидрокарбонатов (>701 мг/л) при общей жесткости воды — >10,7 мг-экв/дм и минерализации — >950 мг/л. Но эти высокие концентрации компонентов являются не достаточными для химического осаждения карбонатных минеральных фаз. Их накопительная система в самом бассейне позволяет доводить эти концентрации до критических значений, что приводит к состоянию пересыщения и выпадения осадка, чему также способствует атмосферное испарение воды с поверхности в аридных условиях. Для сравнения следует показать содержания компонентов в бассейне аккумуляции магнезита (озеро Салда) (в мг/л): магния — 330, натрия — 233, хлоридов — 218, гидрокарбонатов- - 1982/ жесткость, воды — 27,3, минерализация (общая) — 2115. Таким образом, содержания основных компонентов воды от подземной до поверхностной (сточного бассейна) увеличиваются в 3 раза и более.

В природе известны случаи, когда в процессе магнезитообразования в кайнозойских литологических комплексах участвуют как поверхностные, так и подземные воды, питающие седимент магнезитсоставляющими компонентами. Оруденение в таком случае будет носить комплексный характер и представлять хемо-кластогенный тип. Примерами служат месторождение Неваде (Сербия), отложения озера Салда (Турция) и др.

Бассейн аккумуляции, как заключительный объект в общей схеме кайнозойского магнезитообразования, представляет собой континентальную депрессионную структуру низкого (второго и даже третьего) порядка, к которым можно отнести межгорные тектонические впадины и прогибы, либо опущенные тектонические блоки и прочие изолированные водоемы. Приуроченность рудных тел внутри структуры имеет строго определенное положение — краевые и периферийные части, наиболее приближенные к потенциальному источнику магнезиального материала (докайнозойские офиолитовые комплексы). Как правило, эта локализация магнезитоносных тел находится в приконтактовой части с более древними толщами (комплексами).

Процесс осадконакопления проходит в условиях озерных и речных фаций. Следует отметить, что бассейны, в которых формируются кайнозойские магнезитовые залежи, развиваются в регрессивном режиме. При этом образуются пересыхающие бессточные, эфемеральные озера континентального типа. На примерах зарубежных месторождений можно судить о приуроченности магнезитового седимента к мелководной части водоема (озера лагуны Куронг, Австралияозеро Салда, Турция и др.). В условиях речных фаций, где локализация рудного вещества связана с современными речными долинами (палеодолинами), магнезитонакопление тяготеет к ее русловым (палеорусловым) элементам основного потока, а также притоков (м-е Карент-Крик, Сев. Америка).

Среди кайнозойской группы с некоторой условностью можно выделить четыре стратоуровня, к которым приурочено магнезитовое оруденение (по данным двух десятков известных зарубежных месторождений): миоценовый (месторождения Сербии), нижнеплиоценовый (м-е Карент-Крик, Сев. Америка), плиоцен-плейстоценовый (месторождения Сев. Греции) и голоценовый (месторождения Австралии и Турции). В дальнейшем, с выявлением новых объектов оруденения, возможно появление дополнительных стратиграфических единиц, с которыми связана магнезитоносность.

Магнезитонакопление проходит в условиях как аридного, так и гумидного климата. В соответствии с этим литологический состав рудоносных толщ имеет некоторые отличия. Гумидный климат (палеоклимат) предрасполагает к накоплению, помимо терригенной части, высокомагнезиальных карбонатов (месторождения Греции): гунтит (хантин), гидромагнезит, магнезит, в меньшей доли доломит. В нижней части разреза преобладает более грубозернистый материал: гравий, песчаники с доломит-кальцит-глинистым цементом, редко прослои конгломератов с галькой серпентинитов и других пород, отмечаются прослои лигнита. Выше по разрезу расположены глинисто-карбонатные породы — мергели, глинистые доломиты, прослои глин с рудными телами. Типы руд на месторождениях с гумидным палеоклиматом весьма разнообразны: тонкозернистые гунтин-магнезитовые руды в песчано-глинистых породах, гидромагнезит-гунтитовые гравийные руды, желваковые и нодулевые гунтитовые руды в глинистой основной массе, микрокристаллические и скрытокристаллические магнезитовые руды в карбонатах. Особенностью толщ является нарастание карбонатности в верхних частях разреза.

Формирование магнезитоносных толщ в аридных условиях имеет свои особенности. В кайнозое это области эфемеральных озер, ионный баланс которых зависит от состава питающих подземных вод. В ореоле вокруг озер подземные воды, как правило, сильно минерализованы. Интенсивное испарение способствует повышению минерализации озерных вод, где идет осаждение доломита и, в особо засушливые периоды, высокомагнезиального карбоната (эфемеральные озера лагуны Куронг, Австралия). Типизация рудного вещества весьма ограничена, выделяются лишь магнезитовые руды, как правило, низко-железистые криптокристаллические с нодулярными текстурами. Состав вмещающих толщ преимущественно карбонатный: доломит, магнезит, гидромагнезит, низкои высокомагнезиальный кальцит, арагонит. Примесь терригенного материала не значительна, главным образом, это кремнистые конкреции и глинистые прослойки.

Установлен еще один перспективный кайнозойский комплекс, приуроченный к речным фациям. В горах Greek на юге Marlborough Queensland (Австралия) речными потоками, ав период обильных дождей, и дождевыми в большом количестве сносится выветрелый материал с окружающих серпентинитов. В разных точках реки, обычно на излучинах и изгибах, а также наиболее расширенных плесовых местах, накапливаются слои и банки магнезитсодержащих осадков. В период пониженной дождевой активности слои пересыхают и кристаллизуются в виде магнезитовых мергелей с содержанием MgO — 38−47% (Schmid, 1987). Вторичные кристаллические магнезиты образуют нодули (8X15 см) с зональным сечением и комковатые глыбы до 1 метра в диаметре. Магнезитовые нодули формируютсяне только в бассейне рек, куда магнезит попадает с илами и другим речным гравием, но и в их притоках. Образующиеся запасы речных магнезитов весьма значительны и составляют до сотни млн. тонн.

Условия мелководных озер предрасполагают к осаждению магнезиальных карбонатов и гидроксидов Mg. Форма осаждения магнезиального вещества при этом различная. Выделяются хемогенные и кластогенные магнезитовые образования. Первые из них возникают при химическом способе отложения вещества. Примером могут служить месторождения лагуны Куронг (Австралия), Карент-Крик (Сев. Америка), района Инна Динаритес (Сербия) и другие. Химическое осаждение магнезиальных карбонатов в осадочном бассейне происходит при определенных параметрах водных растворов: высокий баланс минералообразующих компонентов (М§-, СО2), повышенный тепловой режим, наличие катализаторных факторов (№), периоды наибольшей испаряемости (сезонной) воды и наибольшей активности биогенной среды и. прочее. Хемогенные магнезиты имеют лишь две наиболее распространенные текстуры: слоистуюи массивную, с их промежуточными разновидностями (линзовидно-слоистые и т. д.).

Кластогенные месторождения магнезита образуются за. счет механического отложения гипергенного магнезитового материала. Гравиметрический состав кластогенного магнезита отличается, развитием широкого диапазона фракций: от глинистой догравийной и валунно-глыбовой. Обломки всех фракций сложены скрытокристаллическим магнезитом (гидромагнезитом). Скрытокристаллическая структура магнезита, обладая высокой слипаемостью, образует первично почкообразные, бобовидные, нодулярные и сфероидальные текстуры, несколько реже отмечаются слоистые: (на некоторых месторождениях Сербии). Крупнообломочные разновидности магнезита формируют брекчиевидные, массивные и комковатые текстуры первичных осадков. При сносе гипергенного' магнезита с развитых и мощных кор выветривания в кайнозойский бассейн образуется ее перевернутый профиль, в котором магнезиты занимают верхнюю часть. В низах магнезитоносных осадков" кайнозоя будут располагаться1 охристые, красноцветные породы, (песчаники, алевролиты и т. д.), выше — нонтронитовые глины с прослоями карбонатов и завершающие мергелистые отложения с рудными телами магнезита. В случае сноса гипергенного магнезита с маломощных кор выветриванияв лито логическом, составе кайнозоя' преобладают карбонатно-терригенные породы (магнезитовые мергели, аргиллиты, глины или илы, а также грубообломочные породы с магнезит (гидромагнезит)-алевритовым цементом).

Известны месторождения, где совместно отлагались и хемогенные и кластогенные магнезиты. Так, в районе деревни Неваде (Сербия) кластохемогенные руды образуют брекчиевидную текстуру, где обломки размером от долей мм до 1 см сложены белым скрытокристаллическим магнезитом, сцементированные темно-серым хемогенным магнезитом с обильной примесью кремнистого вещества и органического пигмента. В других случаях магнезитовые руды сложной седиментации образуют слоистые и массивно-слоистые текстуры, хорошо окатанная галька серпентинитовых пород обтянута «рубашкой"-корочкой белого гидромагнезита (озеро Салда, Турция и др.).

Морфология рудных тел в основном не зависит от способа отложения и характеризуется линзообразными или пластообразными формами. Проявляется также макрои микроритмичное чередование магнезитовых слоев и вмещающих пород с образованием серий мощностью до 60−70 м, представляющих так-называемый «слоеный пирог» характерный для озерных комплексов. Мощность отдельных слоев г (линз) и пропластков варьирует от менее 1 м до 25 м (м-е Сервия. Греция)].

Минеральный состав рудной массы не отличается большим разнообразием: большую часть (70−90%) составляют магнезит или гидромагнезит и реже гунтит (хантит), и резко подчиненное количество приходится на магнезиальные карбонаты — несквегонит, гидроталькит, пироаурит, прочие минералы — доломит, кальцит, арагонит, минералы группы серпентина (доминирует лизардит), нонтронит, кварц-опаловые минералы, оксиды и гидроксиды железа, хлорит. Следует отметить, что в процессе магнезитообразования активную роль выполняет биогенный фактор: карбонат-редуцирующие бактерии, которые способствуют магнезиальному карбонатообразованию в результате своей жизнедеятельности. Этот процесс проходит как в зоне гипергенеза (гидросреда), так и в озерном бассейне.

Анализ геологического строения месторождений магнезита в кайнозойских комплексах, особенности их распространения, изучение литолого-минералогического состава рудного и рудовмещающего материала позволило выяснить основные закономерности их размещения, условия образования и создать генерализованную модель магиезитообразования в кайнозое, что позволит в дальнейшем найти ей широкое научное и практическое применение в проведении прогнозно-поисковых работ на обнаружение объектов данного геолого-промышленного типа магнезита на территории России, что послужит укреплению минерально-сырьевой базы магнезита в стране.

ГЛАВА 6. КРИТЕРИИ МАГНЕЗИТОНОСНОСТИ КАЙНОЗОЙСКИХ.

КОМПЛЕКСОВ.

На основе общих закономерностей размещения кайнозойских магнезитовых месторождений можно установить основные критерии магнезитоносности кайнозойских комплексов, в том числе, магматический, структурно-тектонический, стратиграфический, литолого-фациальный и другие.

Магматический критерий. Большое значение при размещении магнезитовых месторождений имеют крупные ультрабазитовые комплексы, минеральный состав и гипергенные изменения которых в той или иной степени определяют размеры и степень оруденения близлежащих кайнозойских толщ. Все магнезитоносные отложения расположены вблизи ультрабазитовых массивов или непосредственно на них, что подтверждается многими примерами: сербские месторождения магнезита в третичных глинисто-карбонатных осадках связаны с серпентинизированными ультрабазитовыми массивами Златибор, месторождения Канвеара, Мальбороу, Меримэл и Яамба (Австралия) тесно связаны с горными массивами серпентинитов Маунтен Крик (Mountain Creek) в районе Marlborough Queensland. Магнезиты озера Салда в Турции формируются среди серпентинитовой формации Агар Оешег Deresi. Месторождения в Северной Греции располагаются около ультраосновных серпентинизированных пород гор Ваурнос.

Поскольку источником кластогенного (MgCC>3) или хемогенного.

I л.

MgO, Mg) являются гипербазитовые докайнозойские комплексы, большое значение имеет их минералого-петрографический состав и наличие процессов гипергенных преобразований. Специализированный характер материнских ультрабазитовых пород в той или иной степени определяет размер и степень оруденения близлежащих кайнозойских комплексов. Наиболее благоприятными являются дуниты и гарцбургиты, интенсивно подверженные серпентинизации, а также магнезитовой минерализации. Эта минерализация не всегда имеет промышленное значение, но может быть источником концентрации в кайнозойской структуре в верхах переотложенной коры выветривания. Особое значение для питающей области имеет степень изменения ультраосновного субстрата под действием гипергенных процессов, которая позволяет в той или иной степени предопределить масштаб прогнозируемого магнезитового' оруденения в сопряженной кайнозойской структуре. В' случае развитой и мощной коры выветривания-с полной дифференциацией ее по зонам,.а именно сверху вниз: охры, силицифицированные нонтрониты (опал, халцедон и др.), карбонатизированные и керолитизированные серпентиниты с сетчато-прожилковатым магнезитом, которые подстилаются снизу свежими скальными серпентинитамито последовательные процессы денудации и сноса формируют обратный (инверсионный) литологический вертикальный профиль в молодых озерных комплексах. Нижние части кайнозойских толщ будут характеризоваться ожелезненными терригенными отложениями с красноцветным, охристым пигментом. В’средней* части разрезов" ожидаются пласты нонтронитовых глин, аргиллитов с кремнистымистяжениями и конкрециями. И только в верхних частях разрезов можно предполагать магнезитоносные отложенюг (тела).

В г случае не развитой и маломощной коры выветривания на дунитах, гарцбургитах (и их аналогов), где вертикальная дифференциация, проявлена незначительно и можно выделить, как минимум, 1−2 зоны (сверху вниз): дезинтегрированные в разной степени серпентиниты с магнезитовой минерализацией и свежие скальные серпентиниты или серпентинизированные ультрамафиты, то процессы денудации и транспортации сформируют иной литологический вертикальный профиль, в котором ожидается проявление более грубой кластики (ее доминант в разрезах), граувакковых прослоев (в низах) и магнезитоносных отложений (средняя и верхняя часть профиля).

Магматические комплексы ультрабазитовой формации могут служить источником магния для хемогенного магнезитообразования в кайнозое. При химическом способе переноса и отложения вещества Ca-Mg-бикарбонатными подземными водами (пример — остаточные озера лагуны Куронг в Австралии), гипогенными растворами и холодными метеорными водами, обогащенными ионами М§- (пример — месторождение Карент-Крик) и другими инфильтрационными потоками, которые, проходя через породы, богатые магнием, обогащаются им (пример — сербская группа месторождений) с последующей аккумуляцией в наиболее благоприятных условиях мелководных озер.

Структурно-тектонический критерий. Установлена принадлежность молодых осадочных магнезитов к кайнозойским впадинам, прогибам, либо* опущенным тектоническим блокам (к небольшим изолированным континентальным структурам). Анализ зарубежных провинций показывает, что магнезитоносность проявляется в структурах лишь второго и даже третьего порядка и приурочивается к периферийным частям впадин, прогибов, к приконтактовой части с более древними толщами (комплексами). Необходимо присутствие в самой структуре (обнаженных или погребенных). или в непосредственной близости от нее ультрабазитовых комплексов докайнозойского возраста.

Стратиграфический критерий. Все известные магнезитовые месторождения зарубежья приурочены к определенным стратиграфическим уровням кайнозойского возраста. На данный момент их насчитывается четыре: миоценовый, нижнеплиоценовый, плиоцен-плейстоценовый и самый молодой голоценовый. Таким образом, два первых принадлежат к неогену, а два других — к четвертичной, системе. Каждому стратоуровню соответствует крупная магнезитоносная провинция, которая имеет свои особенности магнезитонакопления. Миоценовый стратоуровень включает группу месторождений Сербии (Бела-Стена, Илиньяча, район Инна Динаритес и др.). В нижнеплиоценовое время формировалось месторождение Карент-Крик.

Северная Америка, шт. Невада). К плиоцен-плейстоценовому уровню приурочены пресноводно-озерные магнезитоносные толщи Македонии (Северная Греция), месторождения Сервия и Аяни. И, наконец, четвертичные (голоценовые) месторождения Австралии (Канвеара, остаточные озера лагуны Куронг) и Турции (озеро Салда).

Литолого-фациальный критерий. Кайнозойские магнезиты связаны с определенным литологическими комплексами озерных и речных фаций. Мелководные континентальные озера предрасполагали к накоплению карбонатно-терригенных отложений в гумидных палеоусловиях и терригенно-карбонатных — в аридных. В зависимости от палеоклиматической' обстановки, т. е. от условий и режима осадконакопления образуются литологически различные типы разрезов.

Первый тип, разреза, условно гумидный, слагается снизу-вверх: преобладание в нижней части разреза более грубой кластики — гравий, песчаники с доломит-кальцит-глинистым цементом, редкие и маломощные прослои конгломератов и конгломерато-брекчий с галькой серпентинитов, дунитов и других ультрамафитовых разностей, отмечаются прослои лигнитов. Выше по разрезу преобладают глинисто-карбонатные породы: мергели, глинистые доломиты, прослои глин с рудными телами. Гумидный климат предрасполагает к накоплению (помимо терригенной части) высокомагнезиальных карбонатов (месторождения ГрецииСербии и др.). Типы руд на месторождениях с гумидным палеоклиматом весьма-разнообразны. По> минеральному составу и структурно-текстурным особенностям выделяются: тонкозернистые гунтит-магнезитов'ые руды в песчано-глинистых породах, гидромагнезит-гунтитовые «гравийные» руды, желваковые и нодулевые гунтитовые руды в глинистой основной массе, микрокристаллические и скрытокристаллические магнезитовые руды в карбонатах. Перекрывающая рудные горизонты толща преимущественно доломитовая (либо доломит-мергелистая). В целом, вверх по разрезу наблюдается уменьшение размера кластики и увеличение карбонатности доломитности) пород. Для отложений характерна серая, темно-серая (редко дочерных тонов) органическаяпигментация, наличие прослоев> лигнита и кремнистого вещества в виде тонких линз, конкреций, желваков и стяжений (ШсМ., 1976).

Второй тип разреза, условно аридный, несколько отличается от первого ввиду того, что поступление тонкого терригенного материалав эфемеральные озера крайне ограничено из-за дефицита транспортировочных водных потоков. Основное питание озер — подземное, поэтому ионный баланс озерных вод зависит от состава питающих подземных вод, которые в ореоле являются большей частьюсолеными (слабо соленными), чем пресными. Даже пресные воды имеют повышенную минерализацию (более 2200 мг/л — оз. Салда, Турция) и преимущественно хлорит-гидрокарбонатный натрий-магниевый состава Интенсивное испарение ведет к осолонению озер, где идет осаждение доломита и, в особо засушливые периоды, высокомагнезиального карбоната (ВогсЬ, 1975). Несмотря на повышенное содержание натрия в озерных водах, лишь весьма малое количество галита осаждается на дне бассейна. В литологическом разрезе доминирующую часть занимают доломитовые отложения с прослоями глинистых пород (лагуна Куронг, Австралия), среди которых располагаютсямагнезитовые тела. Подстилают их либо маломощная грубая кластика, либо' тонкозернистый терригенный (пелитовый) — материал. Перекрывающаятолща, в основном, карбонатная (доломитовая). Минеральный • состав I руд простой: это маложелезистые слоистые магнезитовые руды, иногда с гидромагнезитовой минерализацией в доломитах. Проявление органической пигментации-незначительное. Отмечается присутствие кремнистых включений' в рудоносной пачке.

Отложения речных фаций имеют свои особенности: приуроченность магнезитового оруденения к древним и современным речным долинам, а также их притокам. Локализация руды по этим структурам вполне определенная: это излучены и перегибы современных и палеорусел. Речные долины первого и второго порядка при этом имеют широкое и пологое дно с общим уклоном несколько градусов. Вмещающими породами являются мергели магнезитового и доломитового состава с примесью тонкой глинистой кластики и кремнистых включений. Руды имеют гидромагнезитовый и магнезитовый состав, пористые, могут образовывать большие запасы (Маунтен Крик, Австралия).

Геоморфологический критерий. Кайнозойские магнезитоносные отложения являются самыми молодыми осадочными породами озерных и речных фаций, поэтому они участвуют в строении современного рельефа. Наиболее перспективными являютсяследующие структурные элементы рельефа: современные и древние русла речных долин (места излучин, меандр — фактор концентрации терригенного магнезита), образования надпойменных террас в непосредственной близости от ультрабазитовых водоразделов. В областях развития озер к таким элементам можно отнести: озерные, аккумулятивные и погребенные террасы.

Геохимический критерий. Отмечается геохимическая специализация рудоносных кайнозойских пород на мафитовые малые элементы, такие как Со, №, Сг. Содержания этих элементов превышают фоновые и кларковые (в осадочных породах) в 10−70 раз. Это унаследованная специализация от материнских серпентинитовых пород, которые очень часто содержат хромитовое и никель-кобальтовое оруденение, как промышленное, так и просто минерализацию, а в целом — генетическую специализацию.

Гидрогеологический критерий. Перспективность площади и участка в кайнозойской структуре может определяться при гидрогеологических исследованиях подземных вод. Присутствие гидрокарбонатных (хлорит-гидрокарбонатных) вод с повышенным ионным балансом магния (натрий-магния), которые образуют ореол распространения, в той или иной степени конкретизируют перспективность площади. Исследования показали, что поверхностные речные воды, имеющие водосбор на водоразделах из ультрамафитовых пород, представляют повышенные концентрации указанных ионов и повышенную общую минерализацию (до 400−500 мг/л и более). Подземные воды, питающие современные озерные водоемы в пределах известных месторождений магнезита (озеро Салда, Турция), которые, проходя через многометровые толщи ультраосновных пород по системе трещиноватости, обогащаются ионами магния, натрия, хлоридами и гидрокарбонатами. Их минерализация увеличивается в два-три раза и составляет до 1000−1300' мг/л. Насыщаясь этими ионами, озерные воды увеличивают свою концентрацию еще в два-три раза, доводя общую минерализацию до 2300 и более мг/л. В1 моменты временных пересыщений вод, как растворов, что возможно в-определенные климатические периоды, происходит осаждение магнезиальных карбонатов. Минеральные фазы при этом могут быть различные: доломит, магнезит, гидромагнезит, гунтит (хантит), гидроталькит и пр.

Гидродинамический критерий. Он связан с поверхностными водными потоками, которые являются основным транспортером терригенного магнезита с материнского субстрата ультрамафитов. Ввиду того, что-кластогенный магнезитовый материал, сносимый с серпентинитовых массивов, имел, главным образом, тонкозернистую и скрытокристаллическую структуру, тогидродинамическийрежим транспортирующего водного потока влиял на процессы формирования магнезитоносных толщ. Гидродинамика потока определяет дальность переноса и степень сортировки (дифференциации) вещества. Спокойные потоки с ламинальным движением более градировано сортируют терригенный материал и переносят его на значительные расстояния. Напротив, быстрые турбулентные потоки, образующиеся при большом уклоне руслового дна, склоны «к плохой сортировке» материала, в том числе пелитового магнезита, что приводит к рассеянию и загрязнению осаждающегося рудного вещества. Режим потока отражается на структурно-текстурных свойствах осадка (массивные, слоистые, брекчиевидные и др.).

Структурно — текстурный критерий. По этим признакам различают несколько типов руд в зависимости от минерального состава и вмещающих пород. Тонкозернистые и скрытокристаллические гидромагнезитовые и гунтитовые руды образуют нодулевые и желваковые формы в глинистых породах и гравийно-обломочные в песчано-глинистых. Криптои микрокристаллические, пелитоморфные магнезитовые руды более разнообразны в текстурных проявлениях: это массивные или слоистые разности в карбонатах (доломитах), в них же брекчиевидные руды двух генераций — белые обломки вторичных магнезитов и серый осадочный цемент такого же состава. Нодулевые (коралловидные) текстуры в мергелях и глинистых доломитах, а так же песчано-гравийные отложения современных (голоценовых) озер.

Все выделенные критерии (табл. 21) взаимосвязаны и отражают определенную позицию регионального и локального размещения продуктивных кайнозойских магнезитоносных комплексов. Критерии требуют дальнейшего совершенства и более детальных разработок. В этом отношении необходимо выявление кайнозойских месторождений и проявлений магнезита на территории нашей страны, как объекты для исследования и разработок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основе изучения известных мировых месторождений кайнозойских осадочных магнезитов (почти двух десятков), как по литературным данным, так и в полевых исследованиях, а также на основе комплексного литолого-минералогического изучения магнезиальных карбонатов, их рудоносных и рудовмещающих комплексов можно. сделать следующие выводы:

1. Образование кайнозойских терригенно-карбонатных магнезитоносных комплексов определяется, сочетанием вещественного состава продуктов разрушения, сноса и структурным типом бассейна аккумуляции.

2. Для формированиякайнозойских магнезитоносных комплексов-необходимо < наличие трех ключевых звеньев, последовательно-временное сочетание которых приводит кобразованию месторождений: источник магния, способ (форма) переноса и бассейн аккумуляции.

3. Источником вещества (и его фазовых вариаций) являются серпентинизированные и амфиболизированные гипербазиты с развитой зоной магнезиальной карбонатизации. в области гипергенеза. Минеральный состав серпентинитов преимущественно лизардитовый и хризотил-лизардитовый, амфиболитов — актинолитовый.

4. Формой транспортации магнезиального материала являются водные потоки: поверхностные — переносят терригенныйфудный материал, образуя кластогенные залежи магнезита (гидромагнезита) — подземные-инфильтрационные потоки, которые, проходя через толщи* богатые магнием, насыщаются им с последующимосаждением в наиболее благоприятных условиях мелководных озер, образуя хемогенный тип" оруденения. При* совместной активности поверхностных и подземных вод образуется смешанный тип оруденения — хемо-кластогенный, где проходит химическое осаждение и терригенное отложение магнезита.

5. Бассейном аккумуляции кайнозойских манезиальных карбонатов являются континентальные мелководные озера и речные долины, вструктурах межгорных впадин, прогибов, либо опущенных тектонических блоков, занимая в них периферийные позиции.

6. На данный момент насчитываются четыре стратоуровня, к которым приурочены, мировые месторождения магнезита в кайнозое: миоценовый (группа месторождений Сербии — Бела-Стена, Илиньяча, район Инна Динаритес и др.), нижнеплиоценовый (месторождение Карент-Крик. -Северная Америка, шт. Невада), плиоцен-плейстоценовый (Северная Греция — месторождения Сервия и Аяни) и самый молодой голоценовый (месторождения Австралии — Канвеара, остаточные озера лагуны Куронг и Турции — озеро Салда).

7. Магнезитонакопление может проходить как в аридных, так и в гумидных современных и палеоклиматических условиях, принтом разрезы кайнозойских литологических карбонатно-терригенных комплексов существенно отличаются-с преобладанием карбонатной части в аридных и терригенной части в гумидных палеосредах.

8. Минеральный состав магнезиальныхкарбонатов. зоны гипергенеза и осадочного бассейна на объектах практически всегда совпадает и представлен — гидромагнезитом — Mg5(C03)4(0H)2X4H20- пироауритом — Mg6Fe2(0H)i6(C03)X4H20, гидроталькитом — Mg6Al2(0H)i6C03X4H20, гунтитом (хантитом) — CaMg3(C03)4, несквегонитом — MgC03X3H20, магнезитом- - MgC03 и доломитом — CaMg (C03)2. Рудные тела образуют магнезит, гидромагнезит, гунтит (хантит), остальные имеют резко подчиненное значение.

9. Морфология' рудных тел магнезитов (и его аналогов) характеризуется линзообразными или пластообразными формами мощностью от десятков сантиметров до 70 метров. Проявляется макрои микроритмичное чередование магнезитовых слоев и вмещающих пород с образованием серий мощностью до 60−70 м, представляющих «слоеный пирог», характерный для озерных комплексов.

10. По текстурным признакам различают типы руд в зависимости от их минерального состава и вмещающих пород. Тонкозернистые и скрытокристаллические гидромагнезитовые и гунтитовые руды образуют нодулевые и желваковые формы в глинистых породах и гравийно-обломочные в песчано-глинистых. Криптои микрокристаллические, пелитоморфные магнезитовые руды проявляются в массивных и слоистых карбонатах (доломитах), в них же брекчиевидные руды. Выделяются нодулевые (коралловидные) текстуры в мергелях и глинистых доломитах, а так же песчано-гравийные гидромагнезитовые отложения современных (голоценовых) озер.

11. Структурные особенности магнезиальных карбонатов в кайнозойских комплексах отличаются скрытокристаллическими разностями. Электронная микроскопия показала, что магнезиты имеют кристаллическую ромбоидальную и плоскую (по толщине) форму со структурной размерностью в интервале <0,5−2 мкм, образуя плотную фарфоровидную массу, гидромагнезит является метастабильным карбонатом с хлопьевидной и пластинчатой структурой размерностью <0,5−8 мкм и неоднородным сфероидальным внутренним строением, образует рыхлые и пористые комковатые стяжения.

12. Выделены критерии магнезитоносности кайнозойских осадочных комплексов: структурно-тектонический, магматический, стратиграфический, структурно-текстурный, геохимический, гидрологический, гидродинамический, геоморфологический.

13. По установленным факторам магнезитоносности кайнозойских литологических комплексов можно выявить перспективы обнаружения месторождений магнезита данного, типа на территории Российской Федерации. К перспективным территориям можно отнести объекты (порядка трех десятков), которые по геологическому строению содержат все признаки магнезитоносности в кайнозое. Применяя метод аналогии с мировыми месторождениями, сюда относятся кайнозойские структуры Сибирского, Уральского, Дальневосточного и Северо-Западного федеральных округов.