МІНІСТЕРСТВО ВИЩОЇ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Мачадо Торрес Орландо

УДК 549 : 553.31 (477.63)

ТОПОМІНЕРАЛОГІЯ КОРИ ВИВІТРЮВАННЯ ПРОДУКТИВНОЇ ТОВЩІ ІНГУЛЕЦЬКОГО РОДОВИЩА КРИВОРІЗЬКОГО БАСЕЙНУ

04.00.20 - мінералогія, кристалографія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Кривий Ріг – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: Тарасенко Віталій Миколайович – кандидат геолого-мінералогічних наук, професор кафедри мінералогії і збагачення корисних копалин Криворізького технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: Матковський Орест Іллярович – доктор геолого-мінералогічних наук, професор кафедри мінералогії Львівського національного університету ім. Ів. Франка Міністерства освіти і науки України.

Плотников Олександр Володимирович – кандидат геолого-мінералогічних наук, завідуючий лабораторією структурної геології Державного науково-дослідного гірничорудного інституту Міністерства промислової політики України (м. Кривий Ріг).

Провідна установа: Інститут геохімії, мінералогії і рудоутворення НАН України (м.Київ).

Захист відбудеться 28.02.2003 р. о 13-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 09.052.04 у Криворізькому технічному університеті (50027, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. 22-го партз'їзду, 11).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою 50002, м. Кривий Ріг Дніпропетровської обл., вул. Пушкіна, 37.

Автореферат розісланий 25.01.2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

К 09.052.04 кандидат геолого-

мінералогічних наук, доцент Трунін О.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Суть і стан наукової проблеми. Мінерально-сировинна база Інгулецького гірничо-збагачувального комбінату (ІнГЗКу), розташованого на південному фланзі Криворізького залізорудного басейну, характеризується значними коливаннями мінералогічних і технологічних показників бідних залізних руд. В стратиграфічному відношенні руди відносяться до п'яти залізистих горизонтів, що є унікальним для гірничозбагачувальних комбінатів не тільки Кривбасу, продуктивні товщі яких складають, переважно, один-два залізисті горизонти, але й інших залізорудних регіонів планети. Різноманітність геологічної позиції рудних покладів обумовлює широкі межі коливань мінерального і хімічного складу, структурних, текстурних характеристик і, як наслідок, технологічних показників збагачення бідних залізних руд родовища.

Всі руди, які видобуваються і збагачуються комбінатом, відносяться до одного класу бідних магнетитових руд – магнетитових кварцитів. Але протягом останніх років розпочато активне вивчення можливості залучення до експлуатації руд нового для родовища класу – бідних гематитових руд (гематитових кварцитів) – продукту гіпергенних змін магнетитових кварцитів. Їх експлуатація потребує поглибленого вивчення геологічної будови рудних покладів, мінерального складу, структурно-текстурних показників руд, розробки з використанням мінералогічних даних нової для комбінату технології одержання залізорудного концентрату.

Найбільшим поширенням гематитові кварцити користуються у розрізі п'ятого (за традиційною для родовища стратиграфічною схемою) залізистого горизонту, в зв'язку з чим він розглядається як основний поклад бідних гематитових руд – сировини для виробництва гематитового концентрату. Цим обумовлений вибір автором дисертації п'ятого залізистого горизонту як основного об'єкту дослідження так званих “окислених” залізистих кварцитів родовища.

Актуальність теми. Тема дисертаційної роботи є актуальною у теоретичному і прикладному відношеннях. З позицій теоретичної мінералогії актуальність теми визначається важливістю дослідження топомінералогії кори вивітрювання саксаганської світи Інгулецького родовища для встановлення закономірностей коливань у її розрізі вмісту породоутворюючих і другорядних мінералів, їх морфологічних ознак, характеру їх просторових і генетичних взаємовідношень тощо. Актуальність дисертації у прикладному відношенні визначається можливістю використання одержаних даних для обгрунтування нової стратиграфічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи родовища, а також для кількісної і якісної оцінки бідних гематитових руд, що є основою для розробки ефективної схеми технології їх збагачення з метою одержання високоякісного гематитового концентрату.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з Регіональною науковою програмою дослідження альтернативної мінерально-сировинної бази Криворізького залізорудного басейну, яку протягом останніх 10 років проводить Криворізький технічний університет (КТУ), згідно з Програмою наукової співпраці геологічної служби ІнГЗКу і кафедри мінералогії і збагачення корисних копалин КТУ, а також у відповідності з програмами госпдоговірних і держбюджетних науково-дослідних робіт.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у визначенні закономірностей топомінералогії кори вивітрювання залізистих і сланцевих горизонтів саксаганської світи Інгулецького родовища як основи для розробки її нової стратиграфічної схеми і для оцінки якості гіпергенно змінених залізистих кварцитів родовища (в першу чергу, верхньої частини розрізу саксаганської світи) як залізорудної сировини, необхідної для виробництва високоякісного гематитового концентрату.

Досягненню мети сприяло вирішення наступних основних задач: 1) мінералогічна зйомка і мінералогічне опробування гіпергенно змінених залізистих порід саксаганської світи родовища і особливо детальне проведення таких робіт для вивітрених бідних залізних руд п'ятого залізистого горизонту; 2) мінералогічне і мінералого-геохімічне вивчення залізистих кварцитів і сланців, представлених відібраними пробами; 3) узагальнення одержаних автором і фондових мінералогічних даних, розробка класифікації мінералів кори вивітрювання залізистих порід; 4) уточнення з використанням літературних і фондових даних основних закономірностей топомінералогії продуктивної товщі Інгулецького родовища, визначення особливостей топомінералогії конкретних залізистих і сланцевих горизонтів; 5) визначення закономірностей варіацій мінерального складу, морфології індивідів рудних мінералів, структури і текстури залізистих кварцитів і сланців дослідженої товщі; 6) виявлення мінералогічних відмінностей у складі пачок, які формують розріз п'ятого залізистого горизонту, обгрунтування розділення його на три самостійних стратиграфічних горизонти – п'ятий, шостий залізисті і шостий сланцевий; 7) встановлення закономірностей зміни вмісту в корі вивітрювання бідних залізних руд родовища сульфідів як основної шкідливої домішки руд;

Об'єктом дослідження у дисертаційній роботі є мінерали і мінеральні комплекси гіпергенно змінених залізистих кварцитів (бідних гематитових руд) і сланців продуктивної саксаганської світи Інгулецького родовища.

Предметом дослідження є топомінералогія кори вивітрювання залізорудної товщі Інгулецького родовища, головну увагу в дисертаційній роботі приділено топомінералогічним особливостям верхньої частини розрізу саксаганської світи, яка розглядається як основний поклад бідних гематитових руд родовища.

Методами дослідження, якими користувався автор, були наступні: макро- і мікроскопічний мінералогічні, мікрокристаломорфологічний, електронномікроскопічний, мінералого-генетичний, онтогенічний, топомінералогічний, гранулометричний у його мікроскопічному варіанті, повний хімічний силікатний і фазовий аналіз заліза. Крім того використовувались численні допоміжні методи і методики: мінералогічного опробування, мікрофотографічний, статистичні методи обробки мінералогічної інформації, апробовані і оригінальні методи комп'ютерного збору інформації, її обробки і аналізу, графічних робіт, оформлення дисертаційної роботи.

Наукова новизна одержаних результатів. Автор одержав наступні результати, які визначають наукову новизну дисертаційної роботи: 1) внесені корективи і уточнення до існуючої топомінералогічної схеми продуктивної товщі родовища; 2) розроблена систематика мінералів кори вивітрювання залізорудних утворень; 3) досліджені умови формування рудо-, породоутворюючих, другорядних і акцесорних мінералів гіпергенно змінених залізистих кварцитів і сланців; 4) укладені узагальнені характеристики мінералів, які входять до складу вивітрених залізистих кварцитів і сланців родовища; 5) визначені основні закономірності варіацій вмісту рудо- і породоутворюючих мінералів, морфології їх індивідів і агрегатів, а також структурних і текстурних показників бідних гематитових руд і сланців у межах дослідженого розрізу; 6) розроблено модель трансформування в процесі гіпергенних змін аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності залізистих і сланцевих горизонтів на гіпергенну; 7) досліджені особливості мінералогічної зональності кори вивітрювання п'ятого залізистого горизонту, в межах якого локалізовані основні запаси бідних гематитових руд родовища; 8) зроблене мінералогічне обгрунтування нової стратиграфічної схеми продуктивної саксаганської світи Інгулецького родовища; 9) виявлені особливості розподілу у розрізі кори вивітрювання залізорудної товщі сульфідів – основної шкідливої домішки залізних руд родовища; 10) складена узагальнену характеристику бідних гематитових руд Інгулецького родовища як сировини для виробництва високоякісного залізорудного концентрату.

Основні наукові положення, які захищаються у дисертаційній роботі.

1. Формування гіпергенної зональності залізорудної товщі Інгулецького родовища відбувалось у природній системі, яка мала аутигенно-метаморфогенну мінералогічну зональність. Зміни мінерального складу залізистих кварцитів і сланців, які є наслідком взаємодії двох мінералогічних тенденцій – збереження первинної зональності залізистих і сланцевих горизонтів і формування мінеральних парагенезисів, типоморфних для нових термодинамічних умов,– обумовили особливості гіпергенної мінералогічної зональності стратиграфічних горизонтів саксаганської свити. Її характерною рисою є закономірна зміна наступних мінеральних різновидів руд і порід у напрямку від центру залізистого до центру сланцевого горизонту: кварцит мартит-залізнослюдковий > кварцит залізнослюдко-мартитовий > кварцит мартитовий > кварцит дисперсногематит-мартитовий > кварцит мартит-дисперсногематитовий з каолінітом > сланець кварц-дисперсногематитовий з каолінітом > сланець каолініт-кварц-дисперсногематитовий > сланець дисперсногематит-кварц-каолінітовий.

2. Різний ступінь досконалості прояву первинної аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності залізистих і сланцевих горизонтів обумовив різну повноту прояву їх гіпергенної мінералогічної зональності. Найбільш досконала вона у розрізах другого і четвертого залізистих горизонтів, де відсутні тільки мартит-залізнослюдкові кварцити, а також першого і другого сланцевих горизонтів, у розрізах яких відносно рідко спостерігаються лише високоглиноземисті дисперсногематит-кварц-каолінітові сланці. Для інших стратиграфічних горизонтів, які мають вироджену аутигенно-метаморфогенну мінералогічну зональність, відмічається випадання з розрізів 2-3 мінеральних різновидів гіпергенно змінених бідних залізних руд і порід. П'ятий сланцевий горизонт за особливостями мінералогічної зональності є ближчим до залізистих горизонтів.

3. П'ятий залізистий горизонт саксаганської світи, в межах якого кора вивітрювання залізистих кварцитів найбільш потужна (до 300 м) і який розглядається як основний поклад бідних гематитових руд родовища, за даними мінералогічного картування, чітко розділяється на три самостійних пачки 1) нижню, яку складають залізнослюдко-мартитові і мартитові кварцити; 2) проміжну, складену 3-4 пластами різного складу сланців, які чергуються з 2-3 пластами низькокондиційних залізнослюдко-мартитових і мартитових кварцитів; 3) верхню, складену залізнослюдко-мартитовими і мартит-залізнослюдковими кварцитами. Бідні гематитові руди нижньої і верхньої пачок суттєво відрізняються за мінеральним і хімічним складом, структурою, текстурою, крупністю кристалів мартиту і залізної слюдки, особливостями їх зростання з кристалами і агрегатами кристалів інших породоутворюючих і другорядних мінералів руд – показниками, які обумовлюють різну здатність руд цих двох пачок до збагачення. Результати топомінералогічних досліджень підтверджують необхідність прийняття розробленої за участю автора дисертації нової стратиграфічної схеми саксаганської світи родовища, за якою нижня пачка виділяється в якості власне п'ятого залізистого горизонту, проміжна – шостого сланцевого, а верхня – шостого залізистого горизонту.

Практичне значення одержаних результатів полягає у: 1) розробці на основі одержаних мінералогічних даних нової стратиграфічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи Інгулецького родовища; 2) детальному мінералогічному вивченні гематитових кварцитів як залізорудної сировини; 3) розробці узагальнених мінералогічних характеристик виявлених мінеральних різновидів руд і складених ними стратиграфічних горизонтів, що може бути використане для розробки ефективної схеми збагачення бідних гематитових руд родовища; 4) виявленні особливостей розподілу сульфідів – основної шкідливої домішки залізних руд родовища у корі вивітрювання верхньої частини розрізу саксаганської світи. Результати досліджень впроваджуються у виробництво на IнГЗКу при геологічному, мінералогічному і мінералого-технологічному картуванні покладів бідних гематитових руд Інгулецького родовища, а також при розробці оптимальної технології їх збагачення.

Особистий внесок здобувача. Автор у період підготовки і написання дисертації виконав наступні роботи: 1) мінералогічне картування і детальне мінералогічне опробування вибоїв кар'єру ІнГЗКу, у яких відслонені гіпергенно змінені залізисті кварцити і сланці (частково – у співробітництві з працівниками геологічної служби ІнГЗКу і науковими співробітниками КТУ); 2) збір, узагальнення і аналіз літературних і фондових даних з питань теоретичної і прикладної мінералогії вивітрених бідних залізних руд Інгулецького родовища і Криворізького басейну в цілому; 3) мінералогічне вивчення вивітрених відмін залізистих кварцитів і сланців, виявлення закономірностей зміни у їх складі вмісту рудоутворюючих, другорядних і акцесорних мінералів; 4) дослідження топомінералогії залізистих і сланцевих горизонтів саксаганської світи родовища, розробка топомінералогічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи; 5) розробка систематики мінералів кори вивітрювання залізистих кварцитів і сланців родовища; 6) вивчення кількісних, просторових і вікових співвідношень мінералів, морфології і анатомії їх індивідів і агрегатів, виконання мікрофотографічних робіт з використанням оптичних і електронного мікроскопів, складання детальних описів мінералів; 7) мінералогічне обгрунтування уточненої стратиграфічної схеми верхньої частини розрізу саксаганської світи родовища; 8) дослідження якісних і кількісних мінералогічних характеристик вивітрених залізистих кварцитів як бідних гематитових руд, у тому числі виявлення закономірностей розподілу в межах дослідженого розрізу сульфідів як основної шкідливої домішки руд; 9) складання узагальненої мінералогічної характеристики бідних гематитових руд, яка може бути використана для розробки оптимальної схеми їх збагачення.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, що висвітлюють основний зміст дисертаційної роботи, були представлені на ІІ Регіональній науковій конференції “Cучасні проблеми геології і мінералогії залізисто-кременистих і вміщуючих їх формацій” (Кривий Ріг, 11-14 жовня 1997 р.), на ІІ Міжнародній науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених ім. академіка М.А.Усова “Проблемы геологии и освоения недр” (Томськ, 6-11 квітня 1998 р.), на Науково-практичній конференції “Основные направления развития горнопромышленного комплекса (ГПК) Украины в условиях перехода к рыночной экономике” (Кривий Ріг, 15-16 жовтня 1998 р.), на ІІІ Регіональній конференції “Геологія і мінералогія рудних районів” (Кривий Ріг, 15-16 квітня 1999 р.), на Науково-технічній конференції “Актуальные проблемы геологии и рационального природопользования” (Дніпропетровськ, 5-7 травня 1999 р.), на ІІ Науковій конференції “Нестеренківські читання” (Дніпропетровськ, 27-29 червня 2001 р.), на ІV Регіональній науковій конференції “Проблеми геології і мінералогії залізисто-кременистих формацій Криворізького басейну” (Кривий Ріг, 24 квітня 2001 р.), на Міжнародному конгресі “Якість в Україні – 2001” (Київ, 5-8 листопада 2001 р.), на Науково-практичній конференції “ІТ-стратегія в системі управління підприємствами і холдингами” (Москва, 1 березня 2002 р.), на Науково-технічній конференції “Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна” (Кривий Ріг, 12-13 грудня 2002 р.), а також на щорічних науково-технічних конференціях Криворізького технічного університету (1995-2002 рр.) і численних технічних радах Інгулецького гірничозбагачувального комбінату (1994- 2003 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи автором були опубліковані 10 робіт, в тому числі 1 одноосібно; з них у фахових виданнях 7 робіт.

Структура і об'єм дисертацйної роботи. Робота складається з вступу, шести розділів, які містять 51 рисунок і 2 таблиці, списку літератури обсягом 293 назви і 14 додатків; повний обсяг дисертації 228 стор., текстова частина дисертаційної роботи викладена на 102 стор.

На всіх етапах виконання досліджень автор користувався допомогою і консультаціями головних геологів ІнГЗКу Л.П.Панової і С.О.Чупрія, головного збагачувальника комбінату А.Д.Юртаєвої, інженерів-геологів Е.О.Беспояска, І.А.Копертєхіна.

Велику допомогу консультаціями, обговоренням одержаних автором результатів, порадами у визначенні методів їх обробки, узагальнення, аналізу тощо автору дисертації надали провідні геологи-науковці кафедр мінералогії і збагачення корисних копалин і загальної геології і розвідки родовищ корисних копалин КТУ доктори геолого-мінералогічних і геологічних наук професори Б.І.Пирогов, В.М.Трощенко, І.С.Паранько, А.І.Каталенець В.Я.Легедза, кандидати геолого-мінералогічних і геологічних наук доценти Г.Я.Смирнова, О.М.Трунін, Є.В.Євтєхов, В.В.Стеценко, наукові співробітники Л.М.Ковальчук, І.А.Федорова, Г.А.Пирогова, Є.В.Шостак, А.П.Шмагайлова, О.І.Гончаров, Л.О.Виговська Н.А.Єфременко, В.В.Мядзель, Д.М.Меньшиков, Ю.М.Бублик, Л.П.Мосінцова.

Автор користувався також допомогою співробітників Державного науково-дослідного гірничорудного інституту (м. Кривий Ріг) кандидата геолого-мінералогічних наук доцента Ю.Л.Ахкозова, кандидатів геологічних наук О.Ю.Грицай, І.Ю.Петрусенко і Науково-дослідного і проектного інституту “Механобрчормет” (м. Кривий Ріг) кандидатів геолого-мінералогічних наук Ю.Л.Грицая і М.В.Педана.

Значну допомогу у визначенні спрямування мінералогічних досліджень автора, обговоренні їх результатів, підготовці публікацій і дисертаційної роботи автору надав завідувач кафедри мінералогії і збагачення корисних копалин КТУ доктор геолого-мінералогічних наук професор Валерій Дмитрович Євтєхов.

Всім названим колегам автор дисертації щиро вдячний.

Автор висловлює також почуття щирої подяки своєму науковому керівникові кандидату геолого-мінералогічних наук професору Віталію Миколайовичу Тарасенку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В розділі 1. “Геологічна будова Інгулецького родовища і локалізація покладів гіпергенно змінених бідних залізних руд”, підрозділі 1.1 “Короткий геологічний нарис” розглянуто особливості локалізації родовища, яке розташоване на південному фланзі Криворізького басейну. За традиційною стратиграфічною схемою, в будові його залізорудної саксаганської світи беруть участь п'ять залізистих горизонтів, які складають продуктивну товщу родовища, і п'ять сланцевих горизонтів, що чергуються з залізистими. Родовище приурочене до замкової частини Лихманівської синкліналі, західне крило якої зрізане Західним насувом – проявом Криворізько-Кременчуцького глибинного розлому. Шарнір синкліналі занурюється на північ під кутом 30-35о. Кристалічні породи перекриті кайнозойським осадовим чохлом потужністю від 10-15 до 40-50 і більше м, який складений глинами, вапняками, пісками. Пласти осадових порід залягають з незначним нахилом на південь під кутом 3-5о. Основною корисною копалиною родовища є бідні магнетитові руди (магнетитові кварцити). Протягом останніх років вивчається можливість використання в такій якості бідних гематитових руд – продуктів вивітрювання магнетитових кварцитів. Комплексну мінерально-сировинну базу родовища складають також плагіограніт, мігматит, амфіболіт, гранат- і тальк-вмісні сланці, вапняк, суглинок, пісок, глина, мінеральні пігменти та ін. В підрозділі 1.2. “Геологічна позиція гіпергенно змінених залізистих кварцитів і сланців саксаганської світи” показано, що потужність кори вивітрювання порід і руд світи закономірно збільшується з півдня на північ. Для сланцевих горизонтів цей показник у зазначеному напрямку зростає від 15-20 до 40-50 м, для першого-четвертого залізистих – від 20-30 до 50-70 м. Виключенням є п'ятий залізистий горизонт, потужність кори вивітрювання якого збільшується від 70-80 до 280-290 м. Останнє визначає цей горизонт як основний поклад бідних гематитових руд родовища [3, 5].

В розділі 2. “Вихідний матеріал і методика досліджень” наводиться стисла характеристика літературних (293) і фондових (близько 20) джерел, які були використані при написанні дисертації. Власні дослідження автора базувались на узагальненні даних мінералогічного картування родовища, вивченні 312 мінералогічних проб. Останнє включало макро- (294 проби) і мікроскопічні (571 прозорий і полірований шліф), мікрокристалографічні (2060 визначень), мінералого-геохімічні (72 проби), електронномікроскопічні (47 проб) та інші дослідження, розрахунки мінералого-геохімічних показників руд і порід (350 обчислень) тощо. Всі роботи виконувались в лабораторіях КТУ і ІнГЗКу. При обробці результатів мінералогічних досліджень, аналізі одержаних даних автор користувався апробованими і оригінальними комп'ютерними програмами [1-10].

Розділ 3. “Топомінералогія саксаганської світи родовища”, підрозділ 3.1. “Загальні положення” містить аналіз деяких особливостей топомінералогії залізорудної товщі Інгулецького родовища. В розрізі саксаганської світи тут відсутня верхня її частина, представлена в межах інших родовищ Кривбасу сьомим сланцевим і сьомим залізистим горизонтами. Наявні залізисті і сланцеві горизонти мають значну різницю у потужності. Ускладнює топомінералогічну картину родовища плямистість прояву динамотермального метаморфізму різного ступеню (зеленосланцева і епідот-амфіболітова фації), локальний прояв натрієвого метасоматозу тощо. Зазначається, що основним топомінералогічною особливістю саксаганської світи родовища, як і інших родовищ Кривбасу, є наявність ритмічності різних порядків. В підрозділі 3.2. “Принципові риси топомінералогії сланцевих і залізистих горизонтів” розглянуті узагальнені схеми мінералогічної зональності гіпергенно незмінених залізистих і сланцевих горизонтів з ділянок прояву динамотермального метаморфізму в умовах як зеленосланцевої так і епідот-амфіболітової фацій. Топомінералогічні побудови базуються на раніше опублікованих даних В.Д.Євтєхова і Г.Я.Смирнової (1998-2001 рр.) з уточненнями і доповненнями автора дисертації. В загальному випадку для ділянок прояву метаморфізму в умовах зеленосланцевої фації характерна така зміна пластів різних за мінеральним складом залізистих кварцитів і сланців у напрямку від центральної частини залізистого до центральної частини сланцевого горизонту: кварцит магнетит-залізнослюдковий (зустрічається досить рідко) ® кварцит залізнослюдко-магнетитовий ® кварцит магнетитовий ® кварцит хлорит-карбонат-магнетитовий ® кварцит магнетит-хлорит-карбонатний ® сланець кварц-карбонат-хлоритовий ® сланець карбонат-кварц-хлоритовий ® сланець кварц-хлоритовий ® сланець серицит-кварц-хлоритовий ® сланець хлорит-кварц-серицитовий (останній зустрічається рідко). Для ділянок з проявом метаморфізму в умовах епідот-амфіболітової фації характерна така зміна різновидів залізистих кварцитів і сланців у зазначеному напрямку: кварцит магнетит-залізнослюдковий (зустрічається рідко) ® кварцит залізнослюдко-магнетитовий ® кварцит магнетитовий ® кварцит кумінгтоніт-магнетитовий ® кварцит біотит-магнетит-кумінгтонітовий з гранатом ® сланець гранат-біотит-кварц-кумінгтонітовий ® сланець гранат-кумінгтоніт-кварц-біотитовий ® сланець гранат-кварц-біотитовий ® сланець мусковіт-кварц-біотитовий з гранатом і ставролітом ® сланець ставроліт-біотит-кварц-мусковітовий з гранатом, андалузитом, кіанітом (зустрічається рідко). Наголошується, що в більшості розрізів фіксуються перехідні за мінеральним складом різновиди мінералогічної зональності стратиграфічних горизонтів, коли в одній породі присутні мінерали, типоморфні для різних фацій метаморфізму, наприклад, кумінгтоніт + сидерит + хлорит; біотит + гранат + хлорит тощо. Підрозділ 3.3. “Особливості мінералогічної зональності стратиграфічних горизонтів саксаганської світи родовища” містить детальний розгляд варіацій мінерального складу гіпергенно незмінених залізистих кварцитів і сланців, які складають розрізи всіх десяти стартиграфічних горизонтів саксаганської світи. На основі аналізу значного об'єму мінералогічної інформації показано, що найбільш близькими до наведених у підрозділі 3.2 топомінералогічних схем є перший і другий сланцеві (тут слабко проявлені тільки високоглиноземисті серицит- або мусковіт-вмісні різновиди сланців), а також другий і четвертий залізисті горизонти (в їх розрізах практично відсутні магнетит-залізнослюдкові кварцити). Для першого і третього залізистих горизонтів властива відсутність залізнослюдко-вмісних залізистих кварцитів і слабкий прояв магнетитових. Для п'ятого залізистого – навпаки практично відсутня силікатна гілка залізистих кварцитів і гіпертрофовано представлені залізнослюдко-магнетитові, магнетит-залізнослюдкові кварцити. В розрізах малопотужних третього і четвертого сланцевих горизонтів відсутні високоглиноземисті серицит- або мусковіт-вмісні різновиди сланців. П'ятий сланцевий горизонт за характером мінералогічної зональності ближчий до третього залізистого горизонту. В узагальненому вигляді догори за розрізом саксаганської світи спостерігається поступове збільшення в складі залізистих горизонтів кількості залізнослюдко-вмісних і зменшення – силікат-вмісних залізистих кварцитів, а в складі сланцевих горизонтів – зменшення кількості високоглиноземистих сланців, до складу яких входять мусковіт, серицит, ставроліт, кіаніт, андалузит, і збільшення кількості високомагнезіальних кумінгтоніт-вмісних сланців [3, 4, 6, 7].

В розділі 4. “Топомінералогія кори вивітрювання саксаганської світи родовища”, підрозділі 4.1. “Загальні положення” показано, що основними факторами топомінералогії залізорудної товщі родовища є: 1) ритмічна будова світи, проявлена чергуванням сланцевих і залізистих горизонтів; 2) наявність первинної аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності горизонтів; 3) глибина розвитку кори вивітрювання, характер та інтенсивність гіпергенних змін залізистих кварцитів і сланців; 4) стійкість первинних мінералів до дії агентів вивітрювання. В підрозділі 4.2. “Мінералогічна зональність кори вивітрювання залізистих і сланцевих горизонтів” на прикладі розрізів другого сланцевого і другого залізистого горизонтів показані закономірності зміни мінерального складу руд і порід у зоні їх гіпергенних змін. На основі аналізу численних мінералогічних даних доведено, що в загальному випадку стратиграфічні горизонти саксаганської світи родовища мають мінералогічну зональність, показану на рис. 1 і 2.

Рис. 1. Схема мінералогічної зональності сланцевого горизонту з ділянок інтенсивного прояву гіпергенних змін сланців.

1 – сланець дисперсногематит-кварц-каолінітовий; 2 – сланець каолініт-кварц-дисперсногематитовий; 3 – сланець кварц-дисперсногематитовий з каолінітом; 4 – кварцит мартит-дисперсногематитовий з каолінітом; 5 – лінії контактів стратиграфічних горизонтів; 6 – лінії контактів пластів різних за складом сланців.

Порівняння схем аутигенно-метаморфогенної і гіпергенної мінералогічної зональності горизонтів показало, що мінералогічні зміни у залізорудній товщі родовища мають чітку спрямованість: кварцит мартит-залізнослюдковий є продуктом змін кварциту магнетит-залізнослюдкового; залізнослюдко-мартитовий – залізнослюдко-магнетитового; мартитовий – магнетитового; дисперсногематит-мартитовий – хлорит-карбонат-магнетитового (зеленосланцева фація) або кумінгтоніт-магнетитового (епідот-амфіболітова фація); мартит-диперсногематитовий з каолінітом – магнетит-карбонат-хлоритового або біотит-магнетит-кумінгтонітового; сланець кварц-дисперсногематитовий з каолінітом – сланців кварц-карбонат-хлоритового або гранат-біотит-кварц-кумінгтонітового; сланець каолініт-кварц-дисперсногематитовий – кварц-хлоритового або гранат-кварц-біотитового; сланець дисперсногематит-кварц-каолінітовий – серицит-кварц-хлоритового або мусковіт-кварц-біотитового з гранатом і ставролітом.

Рис. 2. Схема мінералогічної зональності залізистого горизонту з ділянок інтенсивного прояву гіпергенних змін залізистих кварцитів.

1 – кварцит мартит-залізнослюдковий; 2 – кварцит залізнослюдко-мартитовий; 3 – кварцит мартитовий; 4 – кварцит дисперсногематит-мартитовий; 5 – кварцит мартит-дисперсногематитовий з каолінітом; 6 – сланець кварц-дисперсногематитовий з каолінітом; 7 – лінії контактів стратиграфічних горизонтів; 8 – лінії контактів пластів різних за складом залізистих кварцитів.

В підрозділі 4.3. “Топомінералогія кори вивітрювання верхньої частини розрізу саксаганської світи” детально охарактеризована мінералогічна зональність п'ятого залізистого горизонту (за традиційною стратиграфічною схемою) – основного покладу бідних гематитових руд родовища. Горизонт чітко поділяється на три пачки. Нижню (потужність 80-290 м) складають залізисті кварцити зі значним переважанням вмісту мартиту над вмістом залізної слюдки; верхню (100-150 м) – залізисті кварцити зі значним вмістом залізної слюдки. Проміжна пачка складена чергуванням 3-4 пластів різного складу сланців (потужність кожного 1-7 м) з 2-3 пластами низькокондиційних залізистих кварцитів потужністю 5-15 м. В узагальненому вигляді мінералогічна зональність п'ятого залізистого горизонту показана на рис. 3 [3, 4, 6, 9, 10].

Розділ 5. “Систематична мінералогія гіпергенно змінених залізистих кварцитів і сланців” поділяється на два підрозділи.

Рис. 3. Топомінералогічна схема п'ятого залізистого горизонту.

1 – метакластоліти гданцевської світи; 2 – сланець каолініт-кварц-дисперсногематитовий; 3 – кварцит мартит-дисперсногематитовий з каолінітом; 4 – кварцит дисперсногематит-мартитовий; 5 – кварцит мартитовий; 6 – кварцит залізнослюдко-мартитовий; 7 – кварцит мартит-залізнослюдковий; 8 – розривні порушення; 9 – лінії контактів стратиграфічних горизонтів; 10 – лінії контактів пластів різних за складом залізистих кварцитів і сланців.

В підрозділі 5.1. “Систематика мінералів” наведено розроблену вперше для Криворізького басейну класифікацію мінералів зони гіпергенних змін залізорудної товщі родовища. За даними автора і з врахуванням результатів раніше виконаних досліджень, до її складу входять 56 мінеральних видів і різновидів мінералів: прості речовини – 2 (графіт, золото); сульфіди – 3 (пірит, марказит, піротин); оксиди і гідроксиди – 9 (кварц, халцедон, опал, магнетит, гематит, гетит, лепідокрокіт, магхеміт, рутил); карбонати – 8 (кальцит, доломіт, феродоломіт, сидероплезит, пістомезит, анкерит, арагоніт, хантит); фосфати – 2 (апатит, монацит); сульфати – 7 (барит, целестин, ярозит, копіапіт, алуніт, мелантерит, гіпс); силікати – 22 ( хлорит, гідробіотит, селадоніт, стильпномелан, мінесотаїт, кумінгтоніт, гранат, ставроліт, кіаніт, андалузит, турмалін, циркон, рибекіт, егірин, сепіоліт, палигорськит, каолініт, монтморилоніт, бейделіт, плагіоклаз, мікроклін); галогеніди (галіт, сильвін, флюорит). Галогеніди присутні виключно у вигляді включень у кристалах кварцу та деяких інших мінералів. Всі мінерали віднесені до новоутворених і реліктових, формування яких було пов'язане з седиментацією, динамотермальним метаморфізмом, натрієвим метасоматозом, гідротермальними процесами. Розглянуто також рудо- і петрогенне значення мінералів. В розділі 5.2. “Рудо-, породоутворюючі і другорядні мінерали” дані характеристики всіх виявлених мінералів. Найбільш детально описані рудо- і породоутворюючі мінерали: кварц (представлений трьома генераціями – матаморфогенний, гідротермальний і гіпергенний), магнетит (реліктовий мінерал первинних магнетитових кварцитів, найбільш поширений у глибинних частинах кори вивітрювання залізистих горизонтів), гематит (представлений трьома морфологічними різновидами – реліктовою залізною слюдкою і новоутвореними гіпергенними мартитом і дисперсним гематитом. Описи мінералів супроводжуються їх макроскопічними характеристиками, мікрофотографіями, одержаними за допомогою оптичних і електронного мікроскопів, даними про оптичні параметри, гранулометричний склад, коливаннями їх вмісту у розрізах сланцевих і залізистих горизонтів – тобто відомостями, які необхідні для вирішення низки прикладних задач: експресної ідентифікації руд і порід, мінералогічного картування рудних покладів, оцінки технологічних показників руд т.і. [1, 2, 7, 8] .

В розділі 6. “Прикладна топомінералогія” на прикладі вирішення двох геолого-мінералогічних задач показано можливості практичного використання результатів топомінералогічних досліджень. В підрозділі 6.1. “Топомінералогічне обгрунтування виділення п'ятого, шостого залізистих і шостого сланцевого горизонтів родовища” показано, що виділені в розрізі п'ятого залізистого горизонту нижня і верхня залізорудні пачки (рис. 3) суттєво відрізняються за низкою мінералогічних показників. Перша в порівнянні з другою має значно нижчий середній вміст кварцу (відповідно, 62,65 і 65,47 об'ємн.%), залізної слюдки (7,91 і 13,99%), але більш високий середній вміст мартиту (22,96 і 17,89%) і реліктового магнетиту (4,42 і 1,68%), середній сумарний вміст другорядних мінералів (2,06 і 0,97%). Помітно відрізняються руди нижньої і верхньої пачок також за низкою морфологічних ознак руд і рудних мінералів, які визначають якість бідних гематитових руд – середнім розміром кристалів і агрегатів мартиту (відповідно, 0,072 і 0,060 мм), середньою потужністю рудних і нерудних прошарків руд (4,89 і 2,91 мм) та ін. Ці, а також численні додаткові мінералогічні і геологічні характеристики руд, на думку автора дисертації та деяких інших дослідників, дозволяють рекомендувати розділення п'ятого залізистого горизонту на власне п'ятий (нижня пачка) і шостий (верхня пачка) залізисті горизонти. До складу шостого сланцевого горизонту слід віднести асоціацію сланців і низькокондиційних залізистих кварцитів проміжної пачки. В підрозділі 6.2. “Варіації сульфідоносності руд” автором з врахуванням даних попередніх дослідників (В.Д.Євтєхов , Г.Я.Смирнова, 1997-2001) показано, в інтервалі від гіпсометричного горизонту кар'єру +15 м до горизонту -210 м сульфіди у бідних гематитових рудах п'ятого і шостого залізистих горизонтів практично відсутні. Основна шкідлива домішка бідних гематитових руд родовища – сірка – входить до складу сульфатів (ярозит, копіапіт, іноді алуніт, гіпс), кількість яких у цьому інтервалі глибин поступово зростає (середній вміст сірки, відповідно, становить 0,006 і 0,024 мас.%). В інтервалі глибин від -225 до -285 м сірка в рудах входить до складу, переважно, вторинних гіпергенних сульфідів (пірит, марказит, мельниковіт). Середній її вміст на рівні горизонту -285 м зростає до 0,087 мас.%. Глибше вміст сірки зменшується і на глибинах -330 і -345 м стабілізується на рівні 0,063-0,067 мас.% у невивітрених бідних магнетитових рудах цих двох стратиграфічних горизонтів. Гіпергенні сульфіди тут відсутні, сірка входить до складу метаморфогенних піриту і піротину. Виявлений мінералогічний феномен пояснюється формуванням своєрідної зони вторинного сульфідного збагачення бідних залізних руд родовища. Закономірності варіацій сульфідоносності бідних гематитових руд повинні бути враховані при мінералого-технологічному картуванні їх покладів і розробці оптимальної технології збагачення руд [3-7, 9].

ВИСНОВКИ

1. Глибина розповсюдження гіпергенних змін порід саксаганської світи Інгулецького родовища є дуже нерівномірною. У межах сланцевих горизонтів вона коливається від 5-25 для першого сланцевого до 20-35 м для п'ятого сланцевого горизонту. У напрямку з півдня (ділянка замикання Лихманівської синкліналі) на північ (ділянка №12 у зоні контакту рудних полів Інгулецького родовища бідних залізних руд і рудного поля шахти “Інгулецька Центральна”) потужність кори вивітрювання сланців зростає від 5-10 до 30-35 м.

2. Глибина гіпергенних змін залізистих кварцитів також коливається у дуже широких межах – від 10-15 до 280-290 м. Феноменом кори вивітрювання родовища є набагато більша глибина розповсюдження гіпергенних змін руд п'ятого залізистого горизонту у порівнянні з рудами решти чотирьох залізистих горизонтів. У зазначеному в пункті 1 напрямку потужність кори вивітрювання першого, другого, третього і четвертого залізистих горизонтів зростає від 10-15 до 35-55 м. Цей же показник п'ятого залізистого горизонту, відповідно, зростає від 65-75 до 280-290 м.

3. Особливості розповсюдження гіпергенних змін, а також значна загальна потужність (від 30-50 м на крилах Лихманівської синкліналі до 450-500 м у її замковій частині) визначили п'ятий залізистий горизонт як основну сировинну базу бідних гематитових руд Інгулецького родовища і, відповідно, як основний об'єкт мінералогічних досліджень автора дисертації.

4. Вивітрювання залізистих кварцитів і сланців Інгулецького, як і інших родовищ Криворізького басейну, супроводжувалось заміщенням магнетиту мартитом, залізо-вмісних карбонатів – дисперсним гематитом, силікатів, в залежності від вмісту в їх складі глинозему,– агрегатом з різним співвідношенням дисперсного гематиту і глинистого мінералу (переважно, каолініту). При більш інтенсивному гіпергенному впливі відбувалось заміщення мартиту і дисперсного гематиту гетитом, дисперсним гетитом, лепідокрокітом. З породоутворюючих мінералів залізна слюдка і меншою мірою кварц були стійкими в процесі вивітрювання.

5. Формування кори вивітрювання відбувалось під впливом гіпергенних факторів на зональні товщі залізистих і сланцевих горизонтів саксаганської світи родовища. Наслідком цього стало перетворення первинної аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності стратиграфічних горизонтів гіпергенною. В загальному випадку остання проявлена наступною зміною пластів залізистих кварцитів і сланців у напрямку від центральних зон залізистих до центральних зон сланцевих горизонтів: кварцит мартит-залізнослюдковий > кварцит залізнослюдко-мартитовий > кварцит мартитовий > кварцит дисперсногематит-мартитовий > кварцит мартит-дисперсногематитовий з каолінітом (приконтактові зони залізистих горизонтів) > сланець кварц-дисперсногематитовий з каолінітом (приконтактові зони сланцевих горизонтів) > сланець каолініт-кварц-дисперсногематитовий > сланець дисперсногематит-кварц-каолінітовий.

6. Різний ступінь досконалості первинної аутигенно-метаморфогенної мінералогічної зональності залізистих горизонтів спричинив різний прояв їх гіпергенної мінералогічної зональності. Другий і четвертий залізисті горизонти характеризуються наявністю близької до досконалої гіпергенної зональності: в їх розрізах практично відсутні лише мартит-залізнослюдкові кварцити. Перший і третій залізисті горизонти не містять у своїх розрізах залізистих кварцитів, до складу яких входить залізна слюдка. Дуже рідкісними тут є мартитові кварцити, які утворюють малопотужні лінзи і пропластки у складі пластів дисперсногематит-мартитових кварцитів. Переважають у цих горизонтах кварцити мартит-дисперсногематитові з каолінітом. Далекою від стандартної є також гіпергенна мінералогічна зональність п'ятого залізистого горизонту. В його розрізі дуже поширені залізнослюдко-мартитові кварцити, значно поступаються їм мартит-залізнослюдкові і мартитові кварцити. Залізисті кварцити, які містять продукти вивітрювання силікатів (дисперсний гематит, дисперсний гетит, каолініт) у розрізі п'ятого залізистого горизонту утворюють лише малопотужні (до 3-5 м) пропластки і лінзи в зонах контакту п'ятого залізистого і п'ятого сланцевого горизонтів.

7. Дослідження з систематичної мінералогії дозволили ідентифікувати у гіпергенно змінених залізистих кварцитах і сланцях родовища 56 видів і різновидів мінералів, не враховуючи мінеральних відмін. Вони відносяться до 8 класів мінералів: прості речовини – 2; сульфіди – 3; оксиди і гідроксиди – 9; карбонати – 8; фосфати – 2; сульфати – 7; силікати – 22; галогеніди – 3,– і представляють, головним чином, гіпергенні новоутворення, незначною мірою – групу стійких до вивітрювання, а також напіврозкладених реліктових мінералів. Рудоутворюючими мінералами вивітрених залізистих кварцитів є кварц, мартит, залізна слюдка і дисперсний гематит; сланців – кварц, дисперсний гематит і каолініт. Інші рудні (магнетит, гетит, дисперсний гетит, лепідокрокіт) і нерудні (силікати, карбонати, сульфати та ін.) мінерали містяться у гіпергенно змінених залізистих кварцитах і сланцях у незначній кількості.

8. Вміст у бідних гематитових рудах шкідливих мінеральних домішок, головним чином, сульфідів і фосфатів не перевищує допустимий. Вміст фосфатів (апатиту і дуже рідкісного акцесорного монациту) дуже незначний. Перерозподіл же сульфідів у вертикальному розрізі кори вивітрювання залізорудної товщі спричинив утворення зони підвищеної сульфідоємкості вивітрених руд – своєрідної зони вторинного сульфідного збагачення залізистих кварцитів. В межах п'ятого залізистого горизонту ця зона розташована на рівні гіпсометричних горизонтів кар'єру від -270 м до -315 м. Вміст сульфідів тут у 1,5 рази вищий у порівнянні з первинними рудами.

9. Детальні топомінералогічні дослідження п'ятого залізистого горизонту засвідчили, що у його складі виділяються три пачки, які суттєво відрізняються за вмістом рудних і нерудних мінералів, особливостями їх зростання, їх гранулометричним складом та іншими мінералогічними показниками. Значна різниця між виділеними пачками використана як мінералогічне обгрунтування розділення п'ятого залізистого горизонту на три самостійних стратиграфічних горизонти: власне п'ятого залізистого (нижня пачка), шостого сланцевого (проміжна пачка) і шостого залізистого (верхня пачка).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Мачадо О.Т., Панова Л.П. Деякі особливості складу гіпергенно змінених залізистих кварцитів // Відомості Академії гірничих наук України – 1997. – №4. – С. 35.

2. Мачадо О.Т., Юртаєва А.Д. Золотоносність магнетит-силікатних кварцитів південної частини Інгулецького родовища // Відомості Академії гірничих наук України – 1997. – №4. – С. 110.

3. Евтехов В.Д., Мачадо О.Т., Чуприй С.В., Харитонов В.Н., Кривой С.Н. Топоминералогия коры выветривания пород пятого, шестого железистых и шестого сланцевого горизонтов Ингулецкого месторождения // Геолого-мінералогічний вісник – 2000. – №1-2 (3-4).– С. 144 -148.

4. Євтєхов В.Д., Смирнова А.Я., Мачадо О.Т., Беспояско Е.О. Топомінералогія сульфідів Інгулецького родовища // Геолого-мінералогічний вісник – 2000. – №1-2 (3-4).– С. 173 –184.

5. Паранько І.С., Євтєхов В.Д., Чупрій С.В., Мачадо О.Т., Решетняк В.В. До проблеми виділення шостого залізистого і шостого сланцевого горизонтів в розрізі саксаганської світи Інгулецького родовища // Геолого-мінералогічний вісник – 2000. – №1-2 (3-4).– С. 12 -1.

6. Смирнова Г.Я., Євтєхов В.Д., Мачадо О.Т. Деякі риси топомінералогії сульфідів залізорудної товщі Інгулецького родовища Криворізького басейну // Науковий вісник Національної гірничої академії України.– 2001.– №4.– С. 88.

7. Смирнова Г.Я., Мачадо О.Т., Беспояско Е.О. Сульфіди залізистих порід Інгулецького родовища (Криворізький басейн) // Геолого-мінералогічний вісник – 2000. – №2 (6).– С. 72 -80.

8. Тарасенко В.Н., Кравцов Н.К., Мачадо О.Т., Кравцов В.Н., Педан М.В., Беспояско Э.А. Состав, морфология и свойства минералов гипергенно измененных железистых кварцитов и продуктов их обогащения (на примере Криворожского бассейна и КМА) // Геолого-мінералогічний вісник – 2001. – №1 (5).– С. 54 -65.

9. Беспояско Э.А., Евтехов Е.В., Мачадо О.Т., Смирнова А.Я. Минералогические и геохимические особенности выветренных бедных железных руд верхней части разреза саксаганской свиты Ингулецкого месторождения // Геолого-мінералогічний вісник – 2001. – №2 (6).– С. 46 -54.

10. Мачадо О.Т. Топоминералогия коры выветривания продуктивной толщи Ингулецкого месторождения / Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна. Тезисы докладов Научно-технической конференции. Кривой Рог, 12-13 декабря 2002 г. // Кривой Рог: Криворожский технический университет, 2002.– С. 66.

АНОТАЦІЯ

Мачадо Т.О. Топомінералогія кори вивітрювання продуктивної товщі Інгулецького родовища Криворізького басейну. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.20 – мінералогія, кристалографія.– Криворізький технічний університет, Кривий