Петрография и минералогия кианитовых кварцитов Борисовских сопок

Южно-Уральский государственный университет Филиал в г. Миассе Геологический факультет

Отчет по производственной практике

Миасс

1. Литературный обзор

1.1 Геологическая характеристика района работ

1.2 Изученность района месторождения

2. Минеролого-петрографическая характеристика пород

2.1 Методика проведения полевых работ

2.2 Петрография и минералогия кианитовых кварцитов Борисовских сопок Заключение Список литературы Каталог образцов

Полевые работы 2010 г. проводились в районе Борисовских сопок и техногенных отвалов Андрее-Юльевского прииска.

Цель практики: закрепление и углубление теоретических знаний, полученных в процессе обучения дисциплинам геологического содержания и учебных практик, а также приобретение навыков проведения полевых, экспериментально-лабораторных геолого-минералогических работ, получение опыта работы в производственном коллективе. Сбор материалов для написания курсовой работы на 4 курсе.

Задачи:

1. Знакомство с объектом практики по литературным данным.

2. Приобретение навыков полевой или опытно-экспериментальной геолого-минералогической работы в соответствии с профилем организации, проводящей практику.

3. Сбор каменного материала и предварительная камеральная обработка.

4. Детальная документация геологических объектов.

5. Отбор коллекций образцов, характеризующих объект практики с целью использования для написания курсовой работы на четвертом курсе.

6. Обучение методикам отбора и подготовки проб для минералогического анализа различного целевого назначения.

7. Знакомство с современными методами минералогических исследований.

Техногенные пески Андрее-Юльевского прииска находятся в Пластовском районе Челябинской области в 20 км от г. Пласт к востоку от коренного месторождения кианита «Борисовские сопки» (Игумнов, Кожевников, 1935). Пески в районе прииска неоднократно перемывались, поэтому лишены глинистого материала. Их минералогический состав: кварц — 90−95 мас. %, кианит — 4,9% (среднее содержание по материалам ранних исследований Г. Г. Лепезина), на долю остальных минералов (гематит, магнетит, золото, рутил и др.) приходится 3−5%. Ранее из песков добывалось золото. Добыча велась с помощью промприборов, которые, как известно, извлекают золотинки размером более 100 микрон, при этом мелкое золото смывается. Если это так, то пески могут представлять практический интерес и с точки зрения золота, но к ним должны применяться более совершенные методы извлечения.

Минералы группы силлиманита (андалузит-АНД, силлиманит-СИЛ, кианит-КИ) имеют общую формулу Al₂SiO₅ (Al₂O₃ = 62,9, SiO₂ = 37,1 мас.%), характеризуются высокой температурой плавления, не размягчаются при нагревании, кислотоустойчивые, обладают хорошими огнеупорными свойствами. За рубежом на их основе создаются высокоглиноземистые огнеупоры, силумин, алюминий, керамика, глазури, эмали, фарфор и др. В пределах России месторождениями минералов группы силлиманита стали заниматься с 1929 г. (Игумнов, Кожевников, 1935). В настоящее время известны месторождения дистена (кианита) на Урале, Кольском полуострове, Восточной Сибири.

В западных странах разведанные запасы руд, содержащих МГС, составляют 450 млн. тонн. Способ разработки месторождений — открытый, при содержании в рудах КИ (АНД, СИЛ) — 10% и запасах сырья в один миллион тонн. Производители концентратов: ЮАР, США, Индия, Франция, Бразилия, Швеция, Испания, Украина. Суммарный объем получаемой ими продукции составляет 700−750 тыс. тонн в год. На территории бывшего СССР Украина — единственная страна, где производится кианит — силлиманитовый концентрат. На Запорожском алюминиевом заводе из него готовят силумин.

Объемы потребления в мире по отраслям промышленности: 80−85% - огнеупоры; 10−15% - керамика; 5−10% - все остальное.

В России концентраты МГС не получают, хотя потребности в них только в огнеупорной отрасли измеряются сотнями тысяч тонн в год, а разведанные запасы руд превышают 3 млрд. тонн.

Для нашей страны данный вид сырья имеет стратегическое и даже геополитическое значение, т. к. на его базе можно создать крупномасштабное производство алюминия, полностью избежав внешней сырьевой зависимости.

1. Литературный обзор

Район производства поисковых и оценочных работ характеризуется высокой степенью геологической изученности, однако техногенные образования в этом районе исследуются впервые (Рис. № 1, 2.). Состав и строение техногенных месторождений определяются геолого-промышленным типом исходного природного месторождения, способом добычи и технологической схемой переработки минерального сырья, а также условиями складирования и сроками хранения техногенных образований.

В качестве товарного продукта выступает кианитовый концентрат и остатки россыпного золота. Кианит относится к сырьевым материалам технического назначения.

1.1 Геологическая характеристика района работ

В контуре лицензионного участка находились южная часть Еленинской золотоносной россыпи и часть Андреевской золотоносной россыпи. Поэтому ниже дана краткая геологическая характеристика района лицензионного участка.

В геоморфологическом плане Андрее-Юльевский участок располагается в пределах Зауральского пенеплена Уральского горного сооружения и приурочен к Кочкарской эрозионно-структурной депрессии, предположительно являющейся речной долиной мезозойского возраста. Впоследствии палеодолина наследовалась миоцен-плиоценовой речной сетью, по отношению к которой современная речная сеть является секущей.

Рыхлые образования, развитые в пределах Андрее-Юльевского участка, залегают на кристаллическом основании, сложенном метаморфизованными осадочными, вулканогенными и магматическими породами различного состава и возраста Арамильско-Сухтелинской структурно-формационной зоны, в состав которого входят: соколовская вулканогенно-осадочная (S₁l₃), уштаганская углисто-кремнистая (S₁l₃-n) и осадочно-вулканогенная (C₁v₁₋₂) толщи; а также породами метаморфического комплекса Кочкарского антиклинория, включающего семь толщ (снизу вверх): благодатская (не стратифицирована), еремкинскую (PR₃er), кучинскую (R₂kc), светлинскую (R₂sv), aлександровскую (Val), кукушкинскую (O?), карбонатную (C₁v-n) (рис. 1).

Поскольку указанные выше толщи являлись основанием для россыпных и техногенных россыпных месторождений, их описание дано схематично и в пределах распространения этих месторождений.

Благодатская толща представлена интенсивно катаклазированными породами, сложенными в различных соотношениях диопсидом, амфиболом, полевым шпатом и карбонатом. Развита толща локально и образует изолированные тектонические блоки. Положение ее в разрезе не ясно. По-видимому это меланжированная толща шовных зон, где смешаны породы еремкинской толщи и блоки переработанных серпентинитов.

Еремкинская толща (PR₃er) является самой древней в разрезе рассматриваемой территории и слагает крылья Санарской, Еремкинской, Борисовской брахиантиклинальных куполовидных структур, встречаясь в виде реликтов и «останцов» внутри последних. Мощность толщи более 1500 м.

Толща имеет двучленное строение. Нижняя ее часть сложена преимущественно метатерригенными кристаллическими сланцами, иногда мигматизированными (Болтыров и др., 1973).

Нижняя толща сложена биотитовыми, биотит-силлиманитовыми, биотит-гранатовыми гнейсами с прослоями графитистых кварцитов, биотит-куммингтонит-плагиоклазовых, биотит-плагиоклазовых, гранат-биотит-плагиоклазовых, ставролит-биотит-плагиоклазовых с кордиеритом и силлиманитом кристаллических сланцев и мраморов.

Верхняя толща сложена биотит-кварцевыми, ставролит-биотит-кварцевыми, ставролит-мусковит-кварцевыми, гранат-биотит-кварцевыми, кварц-биотит-плагиоклазовыми кристаллическими сланцами с прослоями мраморов и существенно плагиоклаз-амфиболовых пород. Кристаллические сланцы верхней толщи пользуются широким распространением в центральной части площади Светлинского месторождения горного хрусталя и в седловидном перегибе между Чесменским и Черноборским блоками.

Биотитовые гнейсы распространены в нижней части разреза толщи. От кристаллических сланцев они отличаются относительно массивной, тонкополосчатой, гнейсовой текстурой с лепидогранобластовой структурой, нередко мигматизированные.

Кучинская толща слагает мощные пачки мраморов в пределах Чуксинской, Светлинской и Андрее-Юльевской дипрессионных зон. Контакты толщи обычно тектонические, резкие, с зонами срывов. Чрезвычайно характерной особенностью карбонатных пород кучинской толщи является полное отсутствие фаунистических остатков и наличие в них рубиновой минерализации (Кисин, 1991). Мраморы слагают мощные однородные пачки белых, светло-серых, желтоватых, голубоватых разностей, преимущественно кальцитового состава. Мощность толщи около 700 м.

Светлинская толща развита в западной части территории и в пределах Андрее-Юльевской россыпи. Залегает непосредственно на кучинских мраморах с некоторым угловым несогласием (см. рис. 3). Контакт тектонический. В разрезе толщи выделяются две пачки пород. Нижняя, терригенно-карбонатная пачка сложена метапесчаниками, которые кверху постепенно сменяются карбонат-биотитовыми, карбонат-амфиболовыми плагиосланцами бластоалевролитовой и бластопсаммитовой структур, чередующиеся с прослоями мраморов.

Кроме того, в составе пачки присутствуют прослои серых и темно-серых графитистых кварцитов, двуслюдяных и мусковитовых плагиосланцев (Сначев и др., 1990).

Верхняя, терригенная, пачка представлена преимущественно биотитовыми, карбонат-биотитовыми плагиосланцами и развивающимися по ним биотит-кварц-серицитовыми метасоматитами. Следует подчеркнуть присутствие на различных стратиграфических уровнях верхней пачки светлинской толщи серии пластовых и линзовидных тел метагаббро-диабазов и метадиабазов баштауского комплекса.

Александровская толща прослеживается в западной части площади, в зоне сочленения Кочкарского антиклинория с Сухтелинским синклинорием, слагая Александровскую зону смятий. Суммарная мощность отложений толщи более 1500 м.

В составе александровской толщи принимают участие регионально метаморфизованные осадочные, вулканогенно-осадочные и вулканогенные породы. В разрезе толщи преобладают биотитовые, серицит-биотитовые, хлоритовые, биотит-актинолитовые, хлорит-актинолитовые сланцы, обычно тонко переслаивающиеся с графитистыми и слюдисто-графитистыми кварцитами.

Кукушкинская толща имеет малую площадь распространения, протягиваясь в виде узкой полосы в северо-западной части рассматриваемой территории, и представлена в основном терригенными отложениями. Суммарная мощность равна 500−700 м. В сложении кукушкинской толщи участвуют метагравелиты, метапесчаники, метаалевролиты и метапелиты. В качестве вероятных источников сноса при формировании отложений кукушкинской толщи могут рассматриваться гранитоиды борисовского комплекса (Тепловой …, 1989; Сначев, Муркин, 1989; Сначев и др., 1990). Возраст предположительно вендский.

Карбонатная толща мощностью около 400 м развита только в юго-восточной части исследованной площади в виде небольшой полосы, слагая мульдообразную синклинальную структуру, вытянутую в субмеридиональном направлении.

Состав толщи довольно однообразен. Это серые, темно-серые до черного цвета мраморизованные рифогенные известняки. Мраморизованные известняки содержат богатую фауну брахиопод, стеблей криноидей, фораминифер, кораллов, которые свидетельствуют о раннекаменноугольном (визе-намюр) возрасте отложений карбонатной толщи.

В районе повсеместно распространены площадные и линейные коры выветривания, по карбонатным породам развит карст (рис. 1).

Кайнозойские образования представлены разновозрастными аллювиально-пролювиальными отложениями (от раннего палеоцена до позднего плиоцена) и четвертичными отложениями различного генезиса. Первичные концентрации кианита и золота приурочены в основном к песчано-глинистым отложениям позднего олигоцена (наурзумская свита), раннего и среднего миоцена (аральская свита).

Рис 1 — Геологическое строение Кочкарской площади (По Болтыров и др, 1973; Сначев и др., 1990): 1 — осадочно-вулканогенные образования Сухтелинского антиклинория; 2 — венд, александровская толща; 3 — венд-ордовик, кукушкинская толща; 4 — верхний рифей, светлинская толща; 5 — средний рифей, кучинская толща; 6 — протерозой, еремкинская толща; 7 — образования благодатской толщи; 8 — метаультрамафиты; 9 — диориты, габбро-диориты, габбро; 10 — граниты; 11 — плагио-мигматиты; 12 — мигматиты гранитные; 13 — карбонатный меланж; 14 — тектониты нерасчлененные; 15 — стратигра-фиические и интрузивные границы;16 — тектонические нарушения

Цифры в кружочках — гранитные массивы: 1 — Ключевской; 2 — Варламовский; 3 — Котликский; 4 — Еремкинский; 5 — Борисовский; 6 — Санарский; 7 — Пластовский (Андреевский). Красным цветом — контур лицензионного участка.

В гидрогеологическом отношении в районе работ развит водоносный объединенный горизонт порово-трещинно-карстовых вод палеозойского фундамента и мезозойских кор выветривания. Подземные воды, приуроченные к песчаным прослоям в разрезе кайнозоя, имеют в пределах россыпей повсеместное распространение. По данным бурения уровень грунтовых вод находится на глубинах 2−8 м. Горизонт характеризуется малыми дебитами (8−17 м3/сут, при понижении уровня 6−21 м) и низкими фильтрационными свойствами (коэффициент фильтрации изменяется в пределах 0,07−0,37 м/сут).

1.2 Изученность района месторождения

Учитывая техногенный характер образования полезных компонентов Андрее-Юльевского участка, сведения о составе и строении техногенных месторождений определяются геолого-промышленным типом исходного природного сырья.

В связи с этим, в проекте сделан акцент на исследования кианита — как основного товарного продукта техногенных образований, в том числе и на исследования коренных источников кианита, входящего в состав аллювиальных россыпей.

В истории исследования кианитовых появлений рассматриваемого района выделяются три этапа.

Первый этап: в 1929;1933 г. г. была выполнена предварительная разведка на Борисовском, Михайловском и Светлинском проявлениях кианита. В 1938;1941 г. г. на рудах Борисовского месторождения проведены лабораторные и полупромышленные испытаний различных технологий обогащения на Верхне-Нейвинской фабрике. Из выделенного кианитового концентрата получены изделия тонкой и грубой керамики (пирометрические трубки, автосвечи, тигли для обжига фарфоровых изделий, нагревательные приборы массового использования, огнеупорные кирпичи, пробки, стаканы). Получены положительные заключения о качестве кианитового концентрата и его использовании от УралВИОК, Ленинградского фарфорового завода им. Ломоносова и Магнитогорского металлургического комбината.

Второй этап: в 1957 г. М. Н. Букиной составлена сводка по проявлениям высокоглинозёмистых руд Урала, в неё вошли и материалы по Пластовскому району.

Третий этап: в 1987 г. Южно-Уральская ГРП Челябинской ГРЭ по заявке Министерства чёрной металлургии начала поисковые работы на высокоглинозёмистое сырьё в пределах Борисовского проявления кианита.

Наиболее полная информация о работах прошлых лет сведена в отчётах А. Н. Игумнова (1930.1932,1933), М. Н. Букиной (1957) и Южно-Уральской ГРП (1989). В них отражены сведения о коренных проявлениях и месторождениях кианита, охарактеризованы элювиальные и делювиальные россыпи. О кианите из аллювия бывших золотосодержащих россыпей упоминалось лишь однажды (Игумнов, Кожевников, 1935). По результатам работ было дано следующее заключение: «…подтверждаем факт распостранения дистена в аллювиальных россыпях на значительной площади».

В процессе разведки россыпей на золото, ориентировочное среднее содержание кианита в песках Еленинской россыпи составляет 3,3%, Андреевской — около 2%. Из других потенциально полезных компонентов в техногенных образованиях присутствует рутил (свыше 2 г/м³), ильменит (свыше 5 г/м³), магнетит (свыше 10 г/м³), монацит и др. При утверждении запасов золота Еленинской и Андреевской россыпей извлечение этих компонентов из-за низких содержаний было признано нерентабельным. Кианит как промышленно-ценный продукт в то время не рассматривался.

В результате отработки золотоносных россыпей материал россыпей подвергался неоднократному механическому воздействию (промывке, перемещению, гравитационной дифференциации, сегрегации и т. п.), а также влиянию гипергенных процессов, в результате чего первоначальное качество материала существенно изменилось. Морфологические параметры техногенных образований изменены процессами неоднократной рекультивации.

Была установлена принципиальная возможность получения из техногенных образований Андрее-Юльевской россыпи концентратов кианита и кварцевого песка, с возможным попутным получением концентратов золота.

2. Минеролого-петрографическая характеристика пород

2.1 Методика проведения полевых работ

Полевая геологическая практика проходила с 01.07.2010. по 15.09.2010. Целью отряда являлась разведка техногенного месторождения кианита, для дальнейшего использования его в отрасли извлечения алюминия, использования в производстве огнеупоров и силумина. В ходе работ отряда было выкопано 46 шурфов, отобраны бороздовые пробы, осуществлялась промывка проб, отсадка, проводился мин. анализ проб отобранных в предыдущие годы разведки, отбирались пробы на содержание золота в техногенных песках, чтобы оценить перспективность попутного извлечения, проводились гидрогеологические отборы проб.

Проведенные работы:

Шурфы копались бригадой состоящей из двух человек, размеры шурфа 1м*1,2 м и глубиной до 2,3 м., в зависимости от толщены слоя песков. Из каждого шурфа отбирались бороздовые пробы, количество которых зависело от глубины шурфа и слоистости песков, после чего велась документация. Все шурфы были закрыты в связи с выполнением поставленной задачи.

Промывка проб осуществлялась на самодельном станке, с помощью электронасоса «Honda», так же пробы промывались в ручную на лотках, после чего сушились для проведения мин. анализа.

Мин. анализ проводился в полевой лаборатории за бинакулярами, в основном проводился в плохую погоду, когда другие полевые работы были не так целесообразны.

Также производился отбор песков всего массива шурфа, после чего проводили промывку, отсадку, и отбор более мелких проб.

Отсадка концентрата проводилась на самодельном аппарате, носившем название «джига», представляющем из себя просто сито с небольшими техническими дороботками, она проводилась для получения кианитового концентрата.

Кроме полевых работ, д.г.-м.н. Кисиным А. Ю. проводились интересные экскурсии на коренные и россыпные месторождения кианита на Борисовских сопках, рубиновые проявления, топазовые копи в пределах участка работ, Светлинский золоторудный карьер, скифский круг, и др.

2.2 Петрография и минералогия кианитовых кварцитов Борисовских сопок

Кварциты — метаморфические горные породы, слагающиеся преимущественно кварцем, содержание которого достигает почти 100% в мономинеральных разновидностях. К исходным породам, преобразующиеся в процессе метаморфизма в кварциты, относятся терригеннные отложения (кварцевые пески и песчаники). С уменьшением кремнезема в кварцитах обычно возрастает содержание глинозема, щелочей и титана. При избытке глинозема образуются такие минералы как кианит, силлиманит, ставролит (Маракушев, 2005). Кианитовые кварциты Борисовских сопок имеют метасоматическое происхождение. Кианит метасоматический развивается в тектонически ослабленных зонах с образованием отчетливой метасоматической зональности, которая не зависит от состава и уровня метаморфизма исходных пород.

Образецы № БС 3−1, БС 3−2

Породы представлены серебристо-серого цвета.

Текстура пород сланцеватая.

Структура пород порфиробластовая, обусловленная крупными кристаллами кианита радиально-лучистого строения размером до 1,2Ч4,3 см.

Цвет кристаллов кианита в породах серый с синеватым оттенком.

Количественно-минералогический состав породы следующий (объем. %): кианит — 50%, кварц — 35%, магнетит — 5%, гематит — 3%, мусковит — 2%

Количественно-минералогический состав породы следующий (объем. %): кианит — 50%, кварц — 35%, магнетит — 5%, гематит — 3%, мусковит — 2%

Образцы № БС 3−3, БС 3−4

Плотные породы от серебристо-серого до красно-бурого цвета, такая порода обусловлена выделениями кианита серого цвета в гематитизированной основной ткани породы.

Текстура пород сланцеватая благодаря ориентированным кристаллам кианита.

Внешне структура пород порфиробластовая, обусловленная крупными зернами кианита серого цвета размером до 7,5 см.

Цвет кристаллов кианита в породах серый с синеватым оттенком.

Количественно-минералогический состав породы следующий (объем. %): кварц — 55%, кианит — 35%, магнетит — 5%, гематит — 3%, мусковит — 2%

Количественно-минералогический состав породы следующий (объем. %): кварц — 55%, кианит — 35%, магнетит — 5%, гематит — 3%, мусковит — 2%

Образец № БС 3−5

Порода бурого цвета, равномерная окраска обусловлена развитием гематита и магнетита по всей породе.

Текстура породы массивная.

Структура породы порфиробластовая.

Кристаллы кианита размером до 0,5Ч2,3 см кианит серый с синеватым оттенком.

Количественно-минералогический состав породы следующий (объем. %): кварц — 55%, кианит — 35%, магнетит — 5%, гематит — 3%, мусковит — 2%

Образец № БС 3−6

Порода представлена серого цвета.

Текстура породы массивная.

Структура породы нематогранобластовая.

В породе видна трещиноватость, которая не имеет какой-либо ориентировки. Особенность породы — кристаллы кианита размером до 0,8Ч2,5 см радиально лучистого строения, серого цвета.

Количественно-минералогический состав породы следующий (объем. %): кварц — 55%, кианит — 35%, магнетит — 5%, гематит — 3%, мусковит — 2%

Заключение

На основе проведенных исследований можно сделать вывод: кианитовые концентраты являются перспективным минеральным сырьем для производства качественных муллито-кремнеземистых огнеупорных материалов и изделий.

Список литературы

1. А. Н. Савичев «Проект на проведение поисковых и оценочных работ на кианит и золото на Андрее-Юльевском участке техногенных россыпей», 2009 г.

2. Коротеев Д. В. Дипломная работа. Кианит, как вид сырья для производства высокоглиноземистых огнеупоров (на примере техногенных россыпей Андрее-Юльевского участка Челябинской области). Екатеринбург, 2008 г.

3. Колисниченко С. В., Попов В. А. Энциклопедия уральского камня «Русская Бразилия» на Южном Урале. «Санарка», 2008, 527 с.

Каталог образцов

Порода представлена серебристо-серого цвета.

Текстура породы сланцеватая.

Структура породы порфиробластовая, обусловленная крупными кристаллами кианита радиально-лучистого строения размером до 1,2Ч4,3 см.

Цвет кристаллов кианита в породе серый с синеватым оттенком.

Порода представлена серебристо-серого цвета.

Текстура породы сланцеватая.

Структура породы порфиробластовая, обусловленная крупными кристаллами кианита радиально-лучистого строения размером до 1,2Ч4,3 см.

Цвет кристаллов кианита в породе серый с синеватым оттенком.

Плотная порода от серебристо-серого до красно-бурого цвета, такая порода обусловлена выделениями кианита серого цвета в гематитизированной основной ткани породы.

Текстура породы сланцеватая благодаря ориентированным кристаллам кианита.

Внешне структура породы порфиробластовая, обусловленная крупными зернами кианита серого цвета размером до 7,5 см.

Цвет кристаллов кианита в породе серый с синеватым оттенком.

Плотная порода от серебристо-серого до красно-бурого цвета, такая порода обусловлена выделениями кианита серого цвета в гематитизированной основной ткани породы.

Текстура породы сланцеватая благодаря ориентированным кристаллам кианита.

Внешне структура породы порфиробластовая, обусловленная крупными зернами кианита серого цвета размером до 7,5 см.

Цвет кристаллов кианита в породе серый с синеватым оттенком.

Порода бурого цвета, равномерная окраска обусловлена развитием гематита и магнетита по всей породе.

Текстура породы массивная.

Структура породы порфиробластовая.

Кристаллы кианита размером до 0,5Ч2,3 см кианит серый с синеватым оттенком.

Порода представлена серого цвета.

Текстура породы массивная.

Структура породы нематогранобластовая.

В породе видна трещиноватость, которая не имеет какой-либо ориентировки. Особенность породы — кристаллы кианита размером до 0,8Ч2,5 см радиально лучистого строения, серого цвета.

Количественно-минералогический состав пород следующий (объем. %): кварц — 55%, кианит — 35%, магнетит — 5%, гематит — 3%, мусковит — 2%.