Промышленные типы месторождений полезных ископаемых

Под промышленным месторождением понимается участок земной коры, в котором в результате геологических процессов произошло накопление минерального вещества, отвечающего современным требованиям промышленности по качеству сырья и количеству запасов, технологическим свойствам, горнотехническим и географо-экономическим условиям. Под промышленным типом понимаются месторождения — основные поставщики данного вида минерального сырья на мировом рынке или в масштабах страны. Те месторождения, которые не определяют промышленный тип, могут тоже отрабатываться, но их вклад в мировую добычу незначителен.

Месторождения полезных ископаемых подразделяются на металлические, неметаллические и горючие.

Металлические месторождения

К месторождениям металлических полезных ископаемых относятся такие виды минерального сырья, которые перерабатываются плавкой с целью извлечения металлов. Они в основном являются объектами переработки черной и цветной металлургии. Качество руд, относящихся к металлическим полезным ископаемым, определяется содержанием полезных и вредных компонентов. Среди металлических полезных ископаемых выделяют черные, цветные, благородные, редкие и радиоактивные металлы. Ниже приводится характеристика промышленных типов месторождений металлических полезных ископаемых с описанием наиболее представительных месторождений и второстепенных, но перспективных типов.

Черные металлы

К черным металлам относятся железо и добавки к нему в процессе плавки — марганец, хром, титан, ванадий.

Железо

Содержание железа (кларк) в земной коре — 5,1%. Повышенные концентрации железа наблюдаются в ультраосновных и основных интрузивных породах, а также в метаморфических породах. Промышленные минералы железа: гематит, магнетит, титаномагнетит (Fe₃0₄ + + FeO • Ti0₂), лимонит, гетит, сидерит, железистые хлориты.

Химически чистое железо представляет собой серебристо-белый металл, вязкий и ковкий, который в чистом виде практически не используется (в быту «железными» часто называют стальные и чугунные изделия). Плотность Fe — 7,87 г/см³, температура плавления составляет 1535 °C.

В процессе металлургической переработки железорудного сырья производится литейный и передельный чугун, различные виды сталей. Чугун содержит углерод в количестве 2,5—4 %, а сталь — менее 2,5%. Примерно 90% чугуна является передельным и переплавляется в сталь. Литейный чугун применяется в машиностроении для выплавки деталей сложной формы, высокой прочности (прокатные валки, катки мостовых кранов, дробильных поверхностей и др.). Сплавы железа с хромом, кобальтом, молибденом, вольфрамом, кремнием, алюминием являются конструкционными материалами и увеличивают срок службы деталей машин.

Для производства чугуна применяются руды с содержанием (в процентах): железа — более 30—50; и вредных примесей: серы — менее 0,3, фосфора — менее 0,2.

Общие запасы железных руд в 95 странах оцениваются в 297 млрд т. Наибольшими запасами обладают Россия, Австралия, Китай, Бразилия, Украина, США и Индия (50—15 млрд т). Железные руды добывают 55 стран. Наибольшую добычу производят Бразилия, Китай, Австралия, Россия, Украина, Индия, США, Канада и ЮАР (от 200 до 300 млн т/год).

По количеству запасов полезного ископаемого месторождения с запасами железных руд в миллиарды тонн относятся к уникальным; к крупным и средним — в сотни миллионов тонн, к мелким — в десятки миллионов тонн.

Основное промышленное значение имеют метаморфогенные месторождения с древней корой выветривания (около 67% запасов), осадочные (16%), скарновые (15%). Доля магматических, карбонатитовых, месторождений выветривания и гидротермальных в мировых запасах руд невелика.

Скарновые месторождения железа обеспечивают 14,8 % добычи. Скарны связаны с плагиогранитами, часто приурочены к зонам разломов и интенсивной трещиноватости. Подразделяются на известково-скарновые, магнезиально-скарновые и магнезиально-известковоскарновые. Рудные тела имеют форму гнезд, штоков, пластообразных залежей сплошных и вкрапленных магнетитовых руд. Вмещающие породы — вулканогенно-карбонатные, реже интрузивные. Содержание железа в массивных рудах 50—70 %, вкрапленных 20—40 %, серы до 2 %. Руды сложены магнетитом, мартитом, гематитом, пиритом, пирротином, халькопиритом, сфалеритом, галенитом. Основные нерудные минералы: пироксены, кальцит, кварц, гранаты, эпид от, хлорит, серпентин. Сопутствующие полезные ископаемые — бор, медь, кобальт, редкие земли, золото. Размеры месторождений различные.

Широко распространены скарново-магнетитовые месторождения на Урале (Высокогорское, Гороблагодатское, Северо-Песчанское и др.) и Западной Сибири (Таштагольское, Абаканское, Тейское и др.), в Кустанайской области Казахстана (Сарбайское, Соколовское, Канарское и др.), в Азербайджане (Дашкесанское); за рубежом — в США, ФРГ, Чехии, Болгарии, Китае и других странах.

Сарбайское месторождение (Казахстан) локализовано в экзоконтактовой зоне диоритового интрузива. Рудные тела залегают среди метасоматически измененных вулканогенно-осадочных пород: андезитовых порфиритов, туфов, туфолав базальтового состава, туффитов, известняков, песчаников и других пород карбонового возраста. Породы комплекса образуют Соколовско-Сарбайскую антиклиналь субмеридионального простирания, в западном крыле которой находятся рудные тела.

На площади месторождения развиты разновозрастные разрывные нарушения, по которым внедрялись дайки диорит-порфиритов, кварцевых диорит-порфиритов и гранит-порфиров.

Месторождение состоит из трех пластообразных залежей, залегающих согласно с породами вмещающей толщи. Простирание залежей близмеридиональное, падение на юго-запад под углом 45—65° (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Геологический разрез Сарбайского месторождения (по В. А. Адамчуку):

1 — пески мелкозернистые; 2 — глины сланцеватые; 3 — опоки; 4 — песчаники кварцевые; 5 — пески кварц-глауконитовые; 6 — скарновые руды; 7 — оолитовые железные руды; 8 — магнетит; 9 — ороговикованные скарнированные карбонатные породы; 10 — скарны; 11 — порфиры Пострудными разломами рудные тела раздроблены и смещены. Залежи прослежены по простиранию на 1500—2000 м, по падению до 500—1000 м. Они сложены сплошными магнетитовыми рудами, оруденелыми скарнами и роговиками, чередующимися с безрудными полосами этих пород. Руды массивные с содержанием Fe более 50% и вкрапленные (60% запасов) в скарнах (Fe 20—50%).

В составе руд, кроме главного рудного минерала — магнетита, присутствуют пирит, халькопирит, гематит и др. Нерудные минералы — пироксен, гранат, актинолит, волластонит, эпидот, кальцит, кварц. В соответствии с составом скарнов выделяют вкрапленные руды пироксен-магнетитовые, гранат-магнетитовые, эпидот-актинолит-магнетитовые и другие. Содержания вредных примесей повышенные: S (до 4%), Zn; содержания полезных примесей (Со, Ni, Си) — низкие.

Осадочные месторождения морского происхождения представлены сидеритовыми пластовыми телами (Южный Урал) и гематитовыми рудами в терригенно-карбонатных геосинклинальных отложениях (Ангаро-Питский бассейн в нижнем течении р. Ангары). На платформах это сидерит-лептохлорит-гидрогематитовые бобово-оолитовые руды. Пологозалегающие рудные пласты в карбонатно-терригенных отложениях принадлежат к прибрежно-морским фациям юрского, позднемелового, палеогенового и неогенового возраста. Это железорудные бассейны Керченский (Россия), Аятский (Казахстан), Западно-Сибирский (Россия), Лотарингский (Франция, частично ФРГ, Бельгия, Люксембург).

Осадочные континентальные месторождения — это бобово-оолитовые озерно-болотные руды Восточно-Европейской платформы. Руды сложены скоплениями гидрогетитовых жеод и оолитов в глинисто-песчаных озерно-болотных отложениях (Тульская и Липецкая области). Озерно-болотные руды разрабатывались еще в Древней Руси.

Метаморфогенные месторождения железа представлены метаморфизованными образованиями — железистыми кварцитами. Железистые кварциты залегают в метаморфизованных осадочных комплексах докембрийских кристаллических щитов, складчатого фундамента древних платформ или выступах древних структур, в ядрах антиклинориев складчатых областей. Они являются в основном метаморфизованными морскими осадками. В зависимости от стадии метаморфизма выделяют несколько рудных формаций железистых кварцитов, претерпевших метаморфизм фаций: зеленых сланцев, амфиболитовой и гранулитовой.

Все крупнейшие месторождения с запасами руды в миллиарды и десятки миллиардов тонн относятся к нижнепротерозойским образованиям, претерпевшим метаморфизм фации зеленых сланцев. Главные минералы железистых кварцитов — кварц, магнетит, гематит, биотит, хлорит, реже сидерит, амфиболы и пироксены. Структура кварцитов преимущественно тонкои мелкозернистая, редко среднезернистая, текстура слоистая, плойчатая. Месторождения этой формации залегают в метаморфизованных осадочных и частично вулканогенно-осадочных породах в форме пластов, пластообразных и трубчатых тел.

Для железистых кварцитов типичны средние содержания Fe в пределах 20—40%, чаще 32—37%. Содержания фосфора и серы низкие.

В коре выветривания железистых кварцитов содержание железа увеличивается и составляет 54—69 %. Руды в коре выветривания сложены мартитом (псевдоморфоза гематита по магнетиту), мартитизированным магнетитом и гематитом. Форма рудных тел богатых железных руд плащеобразная и линейная. Плащеобразные тела залегают на головах крутопадающих пластов железистых кварцитов, а линейные — протяженные, уходят на глубину по зонам разломов.

Месторождения кор выветривания железистых кварцитов содержат 10,9% балансовых промышленных запасов и дают 7,3% добычи.

В России железистые кварциты сосредоточены в следующих районах: на Кольском полуострове и в Карелии (Оленегорское, Кировогорское, Костомукшское и др.); в железорудном бассейне Курской магнитной аномалии (Коробковское, Лебединское, Михайловское и др.); на Южном Урале (Тараташское); в Тыве (Мугурское); в Республике Саха (Чара-Токкинские). На Украине — в Криворожско-Кременчугском железорудном бассейне (Скелеватское, Ингулецкое, Ново-Криворожское и др.); в Казахстане это Карсакпайское, Гвардейское и др. За рубежом месторождения железистых кварцитов имеются в Канаде (железорудный пояс Лабрадора), США (оз. Верхнее), Бразилии (штат Минас-Жерайс и район Сьеррадус-Каражес), Индии (штат Бихар, Орисса и др.), Либерии, Гвинее, ЮАР, Западной Австралии, Китае и других странах.

Железорудный бассейн Курской магнитной аномалии (КМА) содержит более 250 млрд т железной руды, сосредоточенной в 18 месторождениях, расположенных в основном в Белгородской области, в меньшей мере в Курской и Орловской областях. На площади 120 тыс. км² залегают руды двух типов: осадочно-метаморфизованные железистые кварциты и руды кор выветривания.

Руды локализуются в докембрийском фундаменте Русской платформы в виде двух вытянутых в субмеридиональном направлении синклинориев (полос): западного — Михайловско-Белгородского и восточного — Орловско-Оскольского. Протяженность полос от 180 до 425 км при ширине десятки км. Крылья синклинориев круто падают под углами 60—90°, на глубину прослеживаются до 3—5 км. Внутри каждой полосы железистые кварциты залегают в виде одного или нескольких параллельных, иногда прерывистых пластов, имеющих крутое (70—80°) падение и северо-западное простирание. В замках крупных складчатых структур железистые кварциты достигают в поперечнике нескольких километров. К таким участкам приурочены наиболее крупные месторождения.

Продукты выветривания железистых кварцитов — это богатые железные руды. Мощность коры выветривания от 40 до 370 м.

Так, на Михайловском месторождении железистые кварциты локализуются в сланцах нижнего отдела курской серии, где они собраны в сжатые складки крутого падения. На кварцитах залегают плащеобразные залежи богатых руд коры выветривания (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Схема геологического строения докембрия Михайловского месторождения (по Б. Палищуку):

• 1 — метаморфизованные кварцевые порфиры, их туфы и туффиты, песчаники, брекчии курбакинской свиты: 2—4 — породы курской серии: 2 — сланцы и алевролиты верхнего отдела, 3 — железистые кварциты среднего отдела,
• 4 — сланцы нижнего отдела; 5 — богатые железные руды; б — метапесчаники и кварциты с прослоями сланцев; 7 — амфиболиты, метабазиты, силикатные сланцы, прослои кварцитов Михайловской серии; 8 — тектоническое нарушение

По минеральному составу железистые кварциты подразделяются на магнетитовые, гематит-магнетитовые и гематитовые (железнослюдковые).

Они представляют собой тонкослоистые, мелкои тонкозернистые породы. Главные рудные минералы в кварцитах — магнетит (5—30%) и гематит (55—5%). Нерудные минералы: кварц (30—60%), в подчиненном количестве — силикаты (актинолит, тремолит, щелочной амфибол, эгирин, биотит, тальк, гранат и др.) и карбонаты (доломит, кальцит). Среднее содержание железа в железистых кварцитах 32—36%. Руды коры выветривания тонкополосчатые и представлены мартитом, железной слюдкой, тонкочешуйчатым гематитом, гидрооксидами железа и хлоритом. Уникальные залежи богатых железных руд разведаны на Гостищевском (2,6 млрд т) и Яковлевском (1,8 млрд т) месторождениях (см. рис. 7.27), при среднем содержании железа более 60% и содержании вредных примесей сотые доли процента.

Разведанные и прогнозные запасы КМА до глубины 700 м оцениваются в 850 млрд т. В рудах кроме железа имеются U, Au, Th, Ge, а в коре выветривания сланцев — бокситы. Руды перекрыты осадочной толщей мощностью от 80 до 500 м, в составе которой мел, глина, фосфориты.