Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

GENETIC ASPECT OF THE RESEARCH STRUCTURES OF THE CORRELATION FIELD COMPONENTS

Suntsev A.S. 1
1 Perm State University National Research
The structure of the correlation fields of chemical components is an important source of genetic information about the useful fossil. Correlation table, based on the results of large-scale chemical testing of the field, allow you to paragenetic association of the components. The ratio of geochemical fields of different парагенезисов are defined by the way of the concentration of components of one парагенезиса relating to the components of the other. Investigated the correlation fields of cobalt and phosphorus with the major components (iron, sulfur and copper) scarn-magnetite ores of deposits Tagilskaya and Turinsko-Auerbachovskaya groups (Middle and Northern Urals). Geochemical investigations confirmed by the data минераграфических definitions of the dual nature of the location of cobalt ore. Its main mass is in the form of isomorphic mixture or in the form of tiny in-clusions cobalt minerals in магнетите, pyrite, less often in chalcopyrite. Updated scheme of the formation of mineralization scarn-magnetite ores
Middle and Northern Urals
scarn-magnetite deposit
correlation analysis

Геометро-статистическая обработка данных химического опробования полезных ископаемых с успехом применяется для решения всегда сложных по своей сущности генетических проблем. В основу всех генетических построений заложено базовое понятие о парагенезисе химических компонентов и минералов [1,3].

Под парагенезисом понимается совместно образованная часть геохи­мической ассоциации компонентов руд месторождения [3]. Парагенезис в рудогенерирующей системе возникает в том случае, если образующие его компоненты, утратив способность к дальнейшей миграции, концентрируются совместно в определенных частях рудного тела. Индивидуальные миграционные способности компонентов приводят к тому, что границы локальных участков обогащения разными компонентами парагенезиса частично не совпадают. Однако общая тенденция к локализации вещества данных компонентов сохраняется. Эта тенденция к локализации выявляется только при проведении широкомасштабного химического опробования руд месторождения. Геохимические поля, отражающие пространственные закономерности изменения содержаний входящих в состав парагенезиса ком­понентов, соотносятся конкордантно (согласно). Зависимость в корреляционном поле между химическими компонентами парагенезиса будет прямой положительной.

Появление в руде не одного, а нескольких парагенезисов может вызываться как стадийностью процесса рудообразования, так и эволюцией состава рудогенерирующей системы в структуре рудоотложения. Хорошо известно, что процесс формирования месторождений, особенно эндогенных, протекает обычно в несколько стадий. В итоге в рудном теле происходит пространственное наложение минеральных продуктов нескольких стадий. Каждой стадии, если в структу­ре рудоотложения не происходит полной дифференциации вещест­ва, соответствует вполне определенная парагенетическая ассоциа­ция химических элементов или минералов. Каждая ассоциация характеризуется  общностью способов минералообразования, сочетаниями компонентов с близкими геохимическими свойствами, специ­фическими структурно-текстурными чертами слагающих ее минералов и пространственной обособленностью. Соотношения геохимических полей разных парагенезисов определяются способом концентрации компонентов одного парагенезиса относительно компонентов дру­гого: способом выполнения или способом замещения.

Способ выполнения состоит в концентрации продуктов минерализации в трещинах и пустотах без хи­мического взаимодействия с ранее образовавшимися компонентами. Если плотность распределения трещин и пустот в рудном теле не совпадает с закономерностями размещения ранее образовавшейся минерализации, строение гео­химических полей компонентов разных стадий будет дискордант­ным. Если такие совпадения имеют место, то соотношение геохимических полей компонентов разных ста­дий может быть: 1) антикордантным, когда увеличение плотности распределе­ния трещин приурочено к участкам с пониженными концентрация­ми вещества; 2) конкордантным, когда увеличение плотности распределения трещин соответствует участкам с повышенными содержаниями ком­понента.

При протекании метасоматических процессов в структуре рудоотложения происходит замещение ком­понентов прежде возникшего парагенезиса новыми компонентами, поэтому соотношение между геохимическими полями компонентов разных парагенезисов в соответствии с законом равных объемов будет являться антикордантным.

В парагенетическом анализе руд геохимическим методом особые трудности возникают в тех случаях, когда химический элемент имеет несколько форм нахождения: либо он распределен между минералами, входящими в состав одного парагенезиса, либо, что значительно хуже, между мине­ралами разных парагенезисов. Для выявления характера соотношений геохимических полей компонентов в таких ситуациях большое  значение наряду с вычислениями коэффициентов корреляции приобретают исследования строения самих корреляционных полей.       

В процессе исследований детально изучают размещение в корреляционных полях двумерных частот проб. В общей совокупности проб, отображенных в корреляционном поле, стараются выделить частные совокупности проб. В поле корреляции проводят линии равных плотностей распределения частот (изочастоты) и затем анализируют получающиеся структуры. Общая совокупность обычно распадается на несколько отдельных совокупностей, фиксируемых в корреляционном поле структурными выступами и (или) повышенными значениями частот. Каждая частная совокупность свидетельствует о существовании в полезном ископаемом  парагенезиса определенных химических компонентов и минералов. Анализ структур корреляционных полей позволяет установить определенные закономер­ности в пространственно-временной концентрации минерального вещества в залежи. А далее с учетом полученных результатов анализа на основе минералого-петрографических описаний руд приступают к реконструкции процесса минералообразования. Наиболее типичные варианты структур корреляционных полей компонентов руд полигенерационного состава и, следовательно, дискордантного соотношения их геохимических полей, приведены на рис.1.

Рис.1. Варианты структур корреляционных полей полигенерационных руд (по В. Ф.Мягкову [3]).

Справа приведены примеры структур по  месторождениям: золоторудного (А-1), Азатекского полиметаллического (А-2), Амдерминского флюоритового (Б-1), Баронского титаномагнетитового (Б-2)

Изложенные принципы генетических построений применены нами при изучении структур корреляционных полей химических компонентов скарново-магнетитовых руд месторождений  Тагильской и Турьинско-Ауэрбаховской  групп (Средний и Северный Урал). Рудные тела месторождений залегают в скарновых зонах, развитых на контактах крупных интрузивных массивов: Тагильского диорит-сиенитового – месторождения Тагильской группы (Высокогорское, Лебяжинское, Первое Каменское, Естюнинское) и Ауэрбаховского гранодиоритового – месторождения Турьинско-Ауэрбаховской группы (Ауэрбаховское, Песчанское, Воронцовское, Вадимо-Александровское). В исследовании использован большой объем данных по химическому опробованию руд: каждое корреляционное поле составлено по сотням или первым тысячам проб.

Геохимические поля основных компонентов руд – железа, серы и меди – являются гетерогенными, каждый компонент входит в состав нескольких минералов.  Главная масса железа прихо­дится на магнетит, кроме того, в заметных количествах железо свя­зано с пиритом, халькопиритом, пирротином и железистыми скарновыми минерала­ми. Сера сосредоточена в ос­новном в пирите и халькопирите, реже в пирротине, медь – главным образом в халькопирите. Минеральная гетерогенность нахождения компонентов отражается в строении корреляционных полей, они рассмотрены ранее  [4,7, 9].  

В данной статье рассматриваются корреляционные поля компонентов, которые также определяются в рядовых пробах руд – кобальта и фосфора. Кобальт практически не образует самостоятельных минералов, он изоморфно входит в состав магнетита и сульфидов. Минералом-носителем концентраций фосфора является апатит.

Рис. 2. Структуры корреляционных полей «кобальт – железо и кобальт – сера»  руд месторождений: А-Д – Высокогорского (А – рудное тело 4, Б – РТ-5, В – РТ-6, Г – блок 15, Д – блок 21); Песчанского: Е – Северо-Песчанского  и  Ж – Ново-Песчанского участков

Корреляционные поля кобальт-железо обладают примерно одинаковым строением, несмотря на разные средние содержания кобальта и же­леза в рудных телах. В корреляционных полях компонентов отчетливо выделяются две совокупности проб (рис.2). Обе совокупности характеризуются положительными зависимостями между компонента­ми, однако различаются по содержаниям в них кобальта и характе­ру зависимостей между железом и кобальтом. Ось структуры первой совокупности проходит под малым углом к оси содержаний железа; для совокупности характерно постоянное, но незначительное уве­личение содержаний кобальта в пробах с возрастанием содержаний железа. Ядро ее примыкает к оси содержаний железа около значе­ний 15–25 %. Вторая совокупность располагается в области высоких (более 45 %) содержаний железа, она характеризуется резким воз­растанием содержаний кобальта при незначительном увеличении концентраций железа. Ось структуры этой совокупности располага­ется под углом 60–75 ° к оси содержаний железа; в месте пересе­чения осей структур совокупностей наблюдаются повышенные плот­ности двумерного распределения проб.

Анализ особенностей строения корреляционных полей кобальт-железо позволяет утверждать, что в рудах имеются, по крайней мере, две генерации магнетита, отличающиеся по содержаниям ко­бальта: одна из них характеризуется низкими его концентрациями, вторая обусловливает появление в рудах высоких содержаний компо­нента.

Корреляционные поля кобальт-сера рудных тел Высокогорского месторождения несколько отличаются по особенностям строения от корреляционных полей рудных тел Песчанского месторождения. В кор­реляционных полях Высокогорского месторождения (рис.2, А-Д) выде­ляются две совокупности: ось одной из них параллельна оси содер­жания кобальта, ось второй совокупности проходит под небольшим углом к оси содержаний серы. В первой совокупности содержания кобальта увеличиваются, а содержание серы остается постоянным; совокупность отображает кобальт, входящий в состав магнетита. Во второй совокупности одновременно с увеличением содержаний серы происходит  увеличение содержаний кобальта. Эта совокупность отображает кобальт, входящий в состав сульфидов, главным образом пирита.

В корреляционных полях рудных тел Песчанского месторождения (рис. 2, Е,Ж), кроме двух рассмотренных совокупностей проб, выде­ляется третья, занимающая промежуточное положение. Более сложное строение полей корреляции объясняется иным составом сульфидной минерализации: широкое распространение на  месторождении наряду с пиритом имеет пирротин. Третья совокуп­ность, по мнению автора, и отражает кобальт, входящий изоморфно или в виде мельчайших включений линнеита и кобальтина в состав зерен пирротина, причем кобальта в этом минерале содержится даже больше, чем в пирите.

Корреляционные поля кобальт-медь по всем рассмотренным руд­ным телам имеют идентичное строение (рис.3). Совокупность проб, ось которой параллельна оси содержаний кобальта, отражает ко­бальт, связанный с магнетитом, пиритом (и пирротином). Вторая со­вокупность характеризуется возрастанием содержаний кобальта по мере возрастания содержаний меди, т.е. некоторая часть кобальта входит в состав халькопирита – основного носителя меди.

В корреляционных полях фос­фор-железо подобно полям железо-сера и железо-медь наблюдаются две совокупности – скарновая и магнетитовая (рис. 3). В рудном теле 5 Лебяжинского месторождения магнетитовая совокупность развита сильнее, чем скарновая. В рудных телах 32 и 41 более отчетливо обособлена скарновая совокуп­ность, магнетитовая совокупность фиксируется плохо. Развиты обе совокупности примерно в одинаковой степени. Для обеих совокупно­стей характерны отрицательные связи между содержаниями фосфора и железа.

 Корреляционные поля фосфор-сера содержат две независимые со­вокупности проб, оси их структур параллельны осям содержаний компонентов. Корреляционные связи между компонентами не фиксируются.

Рис. 3. Структуры корреляционных полей «кобальт – медь, фосфор-железо и фосфор – сера»

руд месторождений: слева –  Высокогорского (А – рудное тело 4, Б – РТ-5, В – РТ-6, Г – блок 15,Д – блок 21), Е – Песчанского ( РТ-2); справа – Лебяжинского (А.,В – РТ-5,  Б,Г – РТ-32,41)

Таким образом, несмотря на различия  в стратиграфическом и структурном по­ложениях рудных тел, на разную концентрацию в них рассматриваемых компонентов, корреляционные поля каждой пары компонентов имеют, как правило, единую для всех рудных тел схему строения. Наблюдаю­щиеся же отличия в строении полей заключаются лишь в разном раз­витии обособляющихся на корреляционных полях структур двумерного распределения проб: по мере изменения общей концентрации компо­нентов в залежи происходит эволюция той или иной структуры поля.

Типичным для скарново-магнетитовых руд следует, видимо, считать наличие в корреляционных полях железо-сера, железо-медь и железо-фосфор двух совокупностей проб – скарновой и магнетито­вой, которые соответствуют двум последовательно развивающимся во времени процессам концентрации железа. Для каждой из этих сово­купностей характерны свои формы зависимостей между содержаниями соответствующих компонентов.

На корреляционных полях кобальт-железо, кобальт-сера и кобальт-медь выделяются совокупности проб, характеризующиеся по­ложительными связями между кобальтом и тремя другими компонентами. Следовательно, геохимическими исследованиями подтверждаются дан­ные минераграфических определений о двойственном характере на­хождения кобальта в рудах. Основная его масса находится в виде изоморфной примеси или в виде мельчайших включений кобальтовых минералов в магнетите, пирите, реже в халькопирите.

Строение корреляционного поля фосфор-сера свидетельствует о том, что минеральные формы серы (пирит, пирротин, халькопирит) и фосфора (апатит) входят в разные парагенетические ассоциации.

Характер пространственных соотношений геохимических полей основных компонентов, а именно то, что поля в основном дискордантные и  слабо конкордантные, свидетельствует о полистадийной природе концентрации рудного вещества [1,2]. Л. Н. Овчинников [5] выделил в процессе скарнового рудообразования три этапа: скарново-магнетитовый с двумя стадиями (собственно-скарновой и окисного оруденения), апоскарново-сульфидный и карбонатно-сульфидный. С нашей точки зрения, как показали исследования корреляционных полей компонентов, данная генетическая схема для рассматриваемых месторождений должна быть скорректирована. Процесс формирования рудных залежей логичнее разделять на две стадии: стадию скарнообразования и стадию сульфидно-магнетитового оруденения (с двумя подстадиями – магнетитовой и сульфидной) [8–10, 6].    

Особую важность при отработке залежей имеют результаты опреде­ления соотношений полей кобальта с полями железа, серы и меди. На рудниках производится комплексное исполь­зование железных руд с получением медного и кобальт-пиритного концентратов. И если с производством медного концентрата боль­ших осложнений не возникает, так как медь находится в рудах в виде легкообогатимого минерала – халькопирита, то с кобальтовыми концентратами дела обстоят намного сложнее. Выявлено, что подавляющая часть кобальта находится в магнетите и сульфидах железа и меди. Техно­логическими же испытаниями установлено, что кобальт экономически выгодно извлекать лишь из сульфидов. Следовательно, рудные тела или их участки, где компонент связан с магнетитом, являются малоперспективными для получения кобальт-пиритного концентрата.

Рецензенты:

Ибламинов Рустем Гильбрахманович, доктор геолого-минералогических наук, зав. кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.

Наумова Оксана Борисовна, доктор геолого-минералогических наук,  зав. кафедрой поисков и разведки полезных ископаемых Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.