Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

MAGNETIC PROPERTIES OF MAGNETITE ORES FROM THE OMOLON MASSIF (MAGADAN REGION)

Ivanov Yu.Yu. 1 Kolesov E.V. 1 Penevskiy S.D. 1 Tretyakova N.I. 2
1 North-East Interdisciplinary Scientific Research Institute n.a. N.A. Shilo, Far East Branch, Russian Academy Science, Magadan, Russia
2 North-East Interdisciplinary Scientific Research Institute n.a. N.A. Shilo, Far East Branch, Russian Academy Science, Magadan, Russia
Изучены петромагнитные свойства магнетитовых руд Омолонского массива (Магаданская область). Магнитные минералы определены преимущественно термомагнитным анализом, включающим иссле-дования магнитной восприимчивости и намагниченности насыщения, в процессе нагрева до 700 С. Установлено, что минералы представлены магнетитом с точкой Кюри около 580 С, маггемитом и ге-матитом. По данным магнитного гистерезиса определен многодоменный размер частиц. Выявлена прямая корреляция содержания железа в рудах с магнитной восприимчивостью и плотностью. Руды относятся к сильномагнитным породам. Естественная остаточная намагниченность достигает 1196.362 А/м, магнитная восприимчивость – 2.388 единиц СИ. Медианное деструктивное поле составляет менее 5 мТл. Естественная остаточная намагниченность легко разрушается переменным магнитным полем. Направления намагниченности руд по первичным замерам разнонаправленные, что может вызывать аномалии разного знака и осложнять их интерпретацию.
Petromagnetic properties of magnetite ores from the Omolon Massif (Magadan region) were studied. Ther-momagnetic analyses including high temperature (up to 700C) dependence of magnetic susceptibility and sat-uration magnetization were used to diagnostic of magnetic minerals. Magnetite with Curie point 580C, ma-ghemite and hematite were identified. Magnetic hysteresis data shows multi domain particles. There is positive correlation between Fe2O3 content and magnetic susceptibility and density. Ores has high values magnetic pa-rameters. Value of is up to 1196.362 A/m, magnetic susceptibility value is up to 2.388 SI. The natural remanent magnetization is easily destroying by alternating magnetic field. The median destructive field is less 5 mT. There are different directions of the remanent magnetization which can be sources of negative and positive anomalies and complicates of magnetic anomaly interpretations.
magnetic properties
magnetite ores
magnetite
Omolon massif

Введение

Исследования магнитных свойств магнетитовых руд имеет важное поисково-прикладное значение. Магнетиты характеризуются высокими значениями магнитной восприимчивости (МВ, k) и естественной остаточной намагниченности (ЕОН, Jn). Тела магнетитовых руд являются источниками магнитных аномалий, картируемых наземной и аэромагнитной съемками, что используется как поисковый критерий. Для правильной интерпретации магнитных аномалий необходимы сведения о магнитных характеристиках пород и руд [10]. Объектами нашего исследования явились железистые кварциты, локализованные в дорифейском кристаллическом фундаменте южной части Омолонского массива (159.1 в.д., 63.5 с.ш.) и составляющие главный природный и промышленный тип руд Южно-Омолонского железорудного района. Железистыми кварцитами сложены многочисленные разные по величине линзовидные тела, распространение которых контролируется зонами динамометаморфизма, секущими раннедокембрийские кристаллические толщи фундамента. Большинство исследователей считает железистые кварциты метасоматическими [3, 4, 6]. Их формирование, как предполагается по изотопно-геохронологическим данным, происходило на рубеже среднего и позднего рифея во взаимосвязи с интрузивным базитовым магматизмом [2].

Методика исследований

Исследованы 54 ориентированных штуфа железистых кварцитов, из которых выпиливались образцы-кубики с ребром 20 мм; по 2–3 кубика из каждого штуфа.

Измерения естественной остаточной намагниченности (Jn, ЕОН) проведены на спин-магнетометре JR-5A (AGICO Ltd.), магнитной восприимчивости (МВ, k) вкупе с исследованием ее при высоких температурах – на многофункциональном каппаметре MFK1-FA c термоприставкой CS-3 (AGICO Ltd.). Скорость нагрева и остывания составляла около 12–13 °С/мин, максимальная температура нагрева – 700 °С. Параметры магнитного гистерезиса, включающие остаточную намагниченность насыщения (Jrs), намагниченность насыщения (Js), индуктивную намагниченность (Ji), коэрцитивную силу (Bc), остаточную коэрцитивную силу (Bcr), измерены на автоматическом коэрцитиметре J-meter [1]. Относительное содержание парамагнитной компоненты намагниченности рассчитывалось по формуле [Ji (при 500 мТл) – Js (ферромагнитная компонента)]/ Ji (при 500 мТл). Анализ зависимости намагниченности насыщения от температуры Js(T) выполнен на магнитных весах в поле индукции 500 мТл [1]. Образцы грелись до 700 °С со скоростью нагрева около 100 °С в минуту. Измерения плотности пород проводились на денситометре ИМТ-3.

Полуколичественный силикатный анализ руд выполнен на рентгеновском спектрометре S4-Pioneer.

Результаты исследований

Магнитная минералогия. Магнитные минералы руд исследовались термомагнитным анализом. Кривые зависимости магнитной восприимчивости от температуры указывают, что основным магнитным минералом является магнетит с точкой Кюри около 580 °С. Однако все кривые отличаются в деталях. На кривых нагрева некоторых образцов отмечаются перегибы в области температур 400–450 °С, обусловленные катиондефицитным магнетитом (маггемитом) (рис. 1а-в). Этот минерал неустойчив к нагреву, в процессе которого переходит в гематит [1, 8]. После нагрева магнитная восприимчивость уменьшается, так как МВ гематита в сотни раз ниже магнетита и маггемита, при этом кривые остывания лежат ниже кривых нагрева. Кривые зависимости намагниченности насыщения от температуры также указывают на присутствие магнетита, маггемит на кривых выражен не отчетливо (рис. 1г–е). Кривые второго нагрева многих образцов лежат ниже кривых первого нагрева, что обусловлено окислением магнетита в процессе нагрева, а также переходом маггемита в гематит.

Гистерезисные характеристики руд показывают, что парамагнитная составляющая индуктивной намагниченности, как правило, невелика и не превышает 10 %. Коэрцитивная сила составляет 0.1–19.9 мТл (среднее 2.9), остаточная коэрцитивная сила – 0.2–58.4 мТл (среднее 16.4). Судя по распределению отношений Jrs/Js, Bcr/Bc на диаграмме Дея [7], магнитные минералы представлены преимущественно многодоменными частицами (рис. 2а).

Отметим, что многодоменные частицы относятся к магнитомягким и легко перемагничиваются современным магнитным полем. Стабильная естественная намагниченность связана, как правило, с однодоменными и псевдо-однодоменными частицами. Однако установлено, что в лабораторном магнитном поле, после выдержки в положениях «по полю» и «против поля», намагниченность образцов руд практически не претерпела изменений. Тем не менее, намагниченность в большинстве случаев состоит из магнитомягкой компоненты. При размагничивании образцов переменным магнитным полем отмечается резкий спад величины намагниченности в малых полях. Медианное деструктивное поле составляет менее 5 мТл (рис. 2б). Кривые терморазмагничивания однотипные и характеризуются постепенным уменьшением намагниченности в процессе нагрева (рис. 2в). Для большинства образов после нагрева до 600 °С остается менее 1 % от первоначальной величины намагниченности. В этих образцах намагниченность связана с магнетитом. Для некоторых образцов намагниченность после нагрева до этих температур составляет 10–25 % первоначальной величины, которая разрушается выше точки Кюри гематита.

Петрофизические и палеомагнитные характеристики. Естественная остаточная намагниченность железистых кварцитов варьирует в пределах 11519–1196362 ´ 10-3 А/м (среднее 204195) , магнитная восприимчивость 182–2388 ´ 10-3 СИ (среднее 1227), фактор Q (отношение остаточной намагниченности к индуктивной) – 0.3–30.9 (среднее 4.6), плотность – 2.79–3.90 г/см3 (среднее 3.46) (рис. 3).

Распределение магнитных минералов в рудах крайне неравномерное. Образцы, выпиленные из одного штуфа, могут в несколько раз отличаться по величинам магнитных параметров и плотности. Сильные вариации фактора Q указывают на сложное соотношение естественной остаточной и индуктивной намагниченности.

Для выяснения связи магнитных величин с содержанием железа проведен геохимический анализ образцов с известными магнитными характеристиками. Установлено, что содержание железа в рудах (данные полуколичественного анализа) не превышает 60 % (табл. 1) и отвечает средним рудам подобного геологического типа. Содержания остальных элементов также типичны для руд месторождений железистых кварцитов. Они отвечают комплексу рудообразующих минералов: кварц, небольшое количество силикатных фаз, незначительная примесь фосфора, связанная в апатите. Содержания титана весьма низкие.

Таблица 1. Результаты полуколичественного анализа образцов руд (мас. %)

Анализ

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3

MnO

MgO

CaO

P2O5

k,10-3 СИ

1

41

0.1

1.2

57

0.1

0.6

0/2

0.2

785

2

48

0.1

0.2

50

-

1.0

0.7

0.2

1230

3

35

0.5

1.0

55

0.1

3.5

4.4

0.4

1055

4

47

-

0.2

49

0.1

2.2

1.6

0.2

1624

5

37

0.2

0.9

60

0.1

0.2

1.8

0.2

1478

6

39

0.1

0.5

58

-

0.6

1.2

0.2

1450

7

66

-

0.1

32

0.2

0.7

2.0

0.1

446

8

36

-

2.3

56

0.1

1.7

2.7

0.3

997

9

47

-

0.3

51

-

0.6

0.6

0.2

1415

10

41

0.1

0.2

56

-

1.0

1.4

0.2

1534

Для всей коллекции образцов значимой корреляции между ЕОН и МВ (r = 0.14), между ЕОН и плотностью (r = 0.19) не наблюдается. Однако коэффициент корреляции (r) между магнитной восприимчивостью и плотностью, магнитной восприимчивостью и содержанием общего железа составляет 0.48 и 0.56, соответственно. Слабая корреляция между магнитными величинами объясняется сложным составом магнитных минералов, включающим магнетит, маггемит и гематит, многокомпонентностью намагниченности, а также низкотемпературным окислением магнетита. Вклад гематита в ЕОН и МВ весьма незначительный. Магнитные характеристики (ЕОН, МВ) гематита ниже магнетитовых [11]. Специальные исследования смеси в различных соотношениях гематита и магнетита, показали, что гематит проявляется в магнитных параметрах, если его будет более 95 % [9].

Первичные измерения и анализ векторов естественной остаточной намагниченности выявили сложное распределение направлений на сфере (рис. 4а).

Большинство образцов имеют прямую полярность. Для обратнонамагниченных образцов характерны, как правило, пологие значения магнитного наклонения. Результаты размагничивания переменным магнитным полем указывают на многокомпонентность намагниченности. Многие образцы меняют знак полярности в процессе размагничивания (рис. 4б). Прямополярная компонента намагниченности обусловлена, по-видимому, вязкой намагниченностью.

Железистые кварциты относятся к сильномагнитным породам, тела которых способны создавать магнитные аномалии. Суперпозиция индуктивной и естественной остаточной намагниченностей определяет величину и знак наблюдаемого аномального магнитного поля [5]. Фактор Q, выражающий отношение остаточной намагниченности к индуктивной, для 25 % изученных образцов составляет менее 1. Эти образцы характеризуются высокой индуктивной намагниченностью, которая будет доминировать в образовании аномального поля. В оставшейся группе образцов фактор Q >1 и в некоторых образцах достигает десятки единиц. Однако, как указывалось выше, намагниченность этих образцов связана с многодоменными, магнитомягкими частицами, несущими вязкую намагниченность – переменное магнитное поле амплитудой менее 5 мТл разрушает до 90 % первоначальной величины намагниченности. Таким образом, и в этом случае основной вклад в суммарное магнитное поле будет вносить индуктивная намагниченность.

Выводы

1. Железистые кварциты Омолонского массива характеризуются высокими значениями естественной остаточной намагниченности и магнитной восприимчивости;

3. Магнитные минералы кварцитов представлены многодоменными магнетитом, маггемитом и гематитом;

3. Основной вклад в наблюдаемое магнитное поле над кварцитами вносит индуктивная намагниченность.

Исследования частично поддержаны грантом ДВО РАН № 12-III-А-08-191.

Рецензенты:

Жуланова Ирина Львовна, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник лаборатории стратиграфии и тектоники Федерального государственного бюджетного учреждения науки Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н. А. Шило ДВО РАН, г. Магадан.

Борходоев Владимир Яковлевич, доктор технических наук, доцент, заведующий лабораторией рентгеноспектрального анализа Федерального государственного бюджетного учреждения науки Северо-Восточный комплексный научно-исследовательский институт им. Н. А. Шило ДВО РАН, г. Магадан.