Охарактеризованы пирофиллитсодержащие метасоматиты Чистогоровского месторождения. Приводится минералого-петрографическое описание их разновидностей по данным рентгенофазового, химического анализов и метода оптической микроскопии. По предварительным термобарогеохимическим данным оценены параметры образования синрудного кварца. Химический состав сырья Чистогоровского месторождения соответствует требованиям огнеупорной и керамической промышленности, что дает возможность рассматривать его как потенциальное для разработки пирофиллитового сырья.
ПИРОФИЛЛИТОВОЕ СЫРЬЕ ЧИСТОГОРОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Пирофиллитовые месторождения широко распространены в Уральской палеоостровдужной системе. К таковым относится и Чистогоровское месторождение, которое находится на северном окончании Западно-Магнитогорской островной дуги в 20 км к юго-западу от г. Миасс. История изучения месторождения до начала 90-х годов прошлого века дана В.Н. Удачиным [1988]. В последние годы на месторождении начата оценка термобарогеохимических условий формирования месторождения и была отобрана технологическая проба для исследования возможности использования пирофиллитового сырья в производстве керамических изделий.
Месторождение расположено в западном борту Круглогорской синклинали, ограниченной одним из швов Главного Уральского разлома. Крылья синклинали сложены вулканогенными породами, относимыми к ирендыкской андезито-базальтовой формации, и представлены лавами и туфами андезито-базальтового, реже риолитового состава, с небольшими линзами известняков и фтанитов. Ядерная часть синклинали прорвана гипабиссальной интрузией габбро-диоритов. В бортах синклинали отмечаются многочисленные дайки базальтов и гранит-порфиров. Вдоль тектонических швов развиты тела гипербазитов линзовидной и лентовидной формы, превращенные зачастую в тальк-карбонатные породы.
Непосредственно на месторождении вмещающие породы претерпели метаморфизм зеленосланцевой фации, в зоне разлома интенсивно перемяты и рассланцованы. Сложнодислоцированный комплекс пород сечется разноориентированными кварцевыми жилами.
Тело пирофиллитсодержащих метасоматитов расположено среди базальтов и андезито-базальтов в пределах зоны разлома, к которому южнее рудного поля приурочены тела серпентинитов (рис.1). Оно имеет северо-восточное простирание и падает на северо-запад под углом 70-75°. В плане это линза протяженностью 200 м при средней мощности 15 м с постепенным выклиниванием на флангах. В разрезах по пяти разведочным линиям при увязке данных поверхностных выработок с данными бурения подтверждается выклинивание рудного тела на флангах. В лежачем боку присутствуют линзовидные тела актинолит-хлорит-эпидотовых метасоматитов, кварц-хлоритовых сланцев. В висячем боку развиты кварц-хлоритовые метасоматиты по афировым базальтам и линзы талькитов. Они имеют мощность 1-2 м и образовались при гидротермально-метасоматических процессах в контакте интрузий гранит-порфиров с серпентинитами.
Кварц-пирофиллитовые сланцы – тонко- и груборассланцованные породы светло-серого, серого цвета. Двумя основными минералами являются пирофиллит и кварц, в виде акцессорных минералов разными авторами установлены альбит, апатит, рутил, пирит, серицит и хлорит в количестве до 5%. Структура породы характеризуется неправильной полосчатостью и неоднородной сланцеватостью. Последняя обусловлена частым чередованием существенно пирофиллитовых и кварцевых слойков в зоне повышенных дислокаций и подчеркивает характерную картину кливажа разлома. Неравномерная полосчатость выражается в том, что размеры чешуек пирофиллита в пределах одного слойка примерно одинаковые, в соседних же наблюдаются другие размеры, а также в том, что в тонкозернистом базисе наблюдаются быстро выклинивающиеся прожилки крупночешуйчатого пирофиллита. В обоих случаях размер чешуек варьирует от 0,01 до 0,2 мм. Химический состав метасоматитов приведен в таблице 1.
Пирофилитовые сланцы – листовые породы белого, светло-серого цвета, с примесью кварца 1-2 % (редко до 10%). Они не образуют самостоятельно выдержанных тел и встречаются в виде полос линзовидной формы мощностью от 5 до 40 см в кварц-пирофиллитовых сланцах. На плоскостях рассланцевания отмечаются многочисленные параллельные валики и бороздки, но ориентировка их на соседних плоскостях меняется вплоть до взаимно перпендикулярного положения, что свидетельствует о многократных подвижках при виде напряженного состояния, меняющегося от одноосного растяжения до одноосного сжатия.
Пирофиллитовые кварциты в виде будин присутствуют как в кварц-пирофиллитовых, так и в пирофиллитовых сланцах. Форма их линзовидная, реже - овальная, размеры (0,1-0,5) х (0,3-0,8) м. Сложены темно-серым кварцем, рассекаемым прожилками средне-крупночешуйчатого пирофиллита мощностью не более 1-2 мм. Структура основной ткани гранобластовая с участками гранолепидобластовой, размер зерен кварца 0,05-0,04 мм, угасание агрегатов мозаичное.
Пирофиллит во всех типах пород подтвержден комплексом методов (рентгеновским, инфракрасной спектроскопии, термическим, оптическим, химическим). Представлен крупночешучатыми (0,01-0,2 мм) агрегатами, окрашенными в серые и темно-серые цвета. Химический состав монофракции Чистогоровского пирофиллита (химическая лаборатория Ильменского заповедника, аналитик Л.А.Ганеева, обр. 2315-12, в мас.%):
SiО2 – 65,08
FeО – вкл. в Fe2О3
K2О - < 0,20
ТiО2 – 1,29
MnО – не обн.
Na2О - < 0,20
Аl2О3 – 27,47
MgО – не обн.
H2О - 0,36
Fe2О3 - 0,13
CaО – не обн.
П.п.п. – 5,06
Кристаллохимическая формула – (Аl1,94Тi 0,06)2,00[Si3,97Аl0,03]4,00О9,98(ОH)2,06
Судя по характерному минеральному составу (кварц, пирофиллит, серицит, редко - хлорит) (таблица 2) и реликтовым порфиробластовым структурам, установленным в шлифах, пирофиллитсодержащие метасоматиты образовались по вулканогенным породам кислого состава.
Кварц в кварц-пирофиллитовых сланцах представлен тремя морфоструктурными разновидностями:
1. реликтовый кварц в виде вкрапленников овальной, реже – неправильной формы в поперечнике 1-3 мм;
2. «фоновый» кварц, равномерно распределенный в массе породы;
3. кварц в форме чечевиц, расплющенных зерен в просечках, в тонких прожилках в ассоциации с чешуйками пирофиллита, ориентированными по плоскости рассланцевания.
Предварительные результаты, полученные при замере температур эвтектики (Тэвт. –21.7…–22.0 °C) флюидных включений в зернах синрудного кварца показали, что в составе раствора присутствует многокомпонентная водно-солевая система: NaCl-Na2SO4 и NaHCO3. Температуры плавления последнего кристаллика льда во включениях находятся в пределах - 8,3…–6.0 °C, что свидетельствует о концентрациях солей в растворе 4-9 мас. % NaCl-экв. Температура гомогенизации варьирует от 210 до 270 °C.
Технологическими исследованиями пирофиллитовое сырье Чистогоровского месторождения изучено как компонент керамических масс [Федосеев, Уваров, 1936]. Доказано, что это сырье пригодно для производства тонкой керамики и дает возможность получить фарфор и глазури высокого качества без изменения технологического процесса. Пирофиллит заменяет каолин и кварц и его вводят совместно с полевым шпатом (30 %) и глиной (15-18 %). Это заключение подтверждено в 1955-57 гг. результатами испытаний лабораторных технологических проб [Дорофеева, 1957]. Проведенные лабораторные исследования показали применимость чистогоровского пирофиллитового сырья и в производстве огнеупоров. Испытания по обжигу показали повышение его прочности с увеличением температуры обжига: при температуре 1300 ºС - 1085 кг/см2, 1380 ºС - 1825 кг/см2, 1430 ºС - 2178 кг/см2 [Оминин, 1936]. При этом положительным качеством является незначительное объемное расширение пирофиллита при его обжиге (не более 3 %). Позднее испытания кварц-пирофиллитовых сланцев Чистогоровского месторождения были выполнены в Уральском политехническом институте [Огарков, 1962]. Была использована связка из пирофиллита и часовъярской глины. Опытные образцы формовали как из пластичных (65-70 % пирофиллита), так и полусухих масс (85 % пирофиллита). Кажущаяся пористость после обжига при 1300 °С составляла 15-18 %. По результатам испытаний сделан вывод о преимуществе масс с сырым пирофиллитом (по сравнению с обожженным), обладающих меньшей усадкой и более высокой температурой начала деформаций.
В 80-х годах XX века проводилось минералого-технологическое картирование карьера Чистогоровского месторождения [Удачин, 1988] с целью отбора проб и проведения технологических испытаний пирофиллитового сырья. Аналогичные работы проводились на месторождениях Куль-Юрт-Тау (Башкирия) и Гайское (Оренбургская обл.), в результате установлена возможность их использования в огнеупорной и керамической отраслях промышленности [Синяковская, Зайков, 2010]. Однако, технологическое изучение сырья Чистогоровского месторождения в те годы не было проведено по причинам нестабильности в экономике страны в период перестройки.
Пирофиллитовое сырье в России не получило широкого применения в промышленности по двум причинам. Во-первых, количество крупных месторождений высококачественного пирофиллита ограничено, во-вторых, недостаточно изучены его технологические свойства и преимущества перед традиционно используемым сырьем. В случае с Чистогоровским месторождением можно говорить о достаточно крупном для промышленного использования месторождении пирофиллитового сырья. По данным подсчета запасов [Дорофеева, 1957], балансовые запасы пирофиллит-кварцевых сланцев Чистогоровского месторождения равны по категориям: А2 = 109.9 тыс. тонн; В = 572.3 тыс. тонн; С1 = 242.1 тыс. тонн (всего - 924.3 тыс. тонн).
По химическому составу сырье Чистогоровского месторождения соответствует требованиям фарфоро-фаянсовой, огнеупорной и керамической промышленности (табл.1, рис. 2), что дает возможность рассматривать его как потенциальное для разработки пирофиллитового сырья. Отобранная в 2010 году проба проходит в Харьковском политехническом институте испытания на предмет возможности использования в производстве керамических изделий.
Итак, по своим запасам, качеству сырья и техническим условиям эксплуатации Чистогоровское месторождение можно считать ценным промышленным объектом. Горно-экономические условия, а также условия залегания полезного ископаемого благоприятны для его эксплуатации. С целью доизучения строения рудного тела и получения детальной качественной характеристики пирофиллитового сырья на площади месторождения необходимо проведение детальной разведки. Для выделения типов сырья по пригодности его использования в огнеупорной, керамической и других отраслях промышленности необходимо параллельно вести минералогическое и технологическое картирование изучаемого участка.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 11-05-96033).
ЛИТЕРАТУРА
Огарков А.Ф. Чистогоровский пирофиллит как огнеупорное сырье // Труды УПИ. Свердловск, 1962. Т.117. С.22-29.
Оминин Л.В. Пирофиллитовые каменные массы и возможность применения их в электротехнической керамике // Керамика и стекло. 1936. № 12. С.28-30.
Синяковская И.В., Зайков В.В. Пирофиллитовое сырье месторождения Куль-Юрт-Тау (Башкортостан). Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 154 с.
Удачин В.Н. Чистогоровское пирофиллитовое месторождение (Урал) // Минералогия техногенеза и минерально-сырьевые комплексы Урала. Свердловск: УрО АН СССР, 1988. С.141-145.
Федосеев А.Д., Уваров А.К. Пирофиллит Чистогоровского месторождения как сырье для огнеупоров и фарфора // Минеральное сырье. 1936. № 12. С. 22-28.
ФОНДОВАЯ
Дорофеева З.Д. Отчет о геолого-разведочных работах, проведенных в районе Чистогоровского месторождения кварцево-пирофиллитовых сланцев в 1954-1955 гг.. Свердловск: Уралгеолнерудтрест, 1957. 254 с.
