2361

Минералогия и петрография кианитсодержащих пород Борисовских сопок (Ю. Урал)

2 слайд. Борисовские сопки – это геологический памятник природы, который расположен в 18 км юго-западнее города Пласт в Кочкарском районе Челябинской области и в 1,5 км к югу от поселка Борисовка (рис.1). Представлены сопки невысокими горами – останцами, около 6 км в длину, шириной до 1,5 км вдоль реки Каменки.

На Борисовских (кианитовых, Соколиных) сопках находится одно из уникальных месторождений ярко-синего кианита, постоянно пополняющего коллекции минералогических музеев.    Борисовское месторождение кианита входит в группу месторождений Урала, разведанных на глиноземистое сырье.

Минералы группы силлиманита характеризуются высокой температурой плавления, кислотоустойчивые, обладают хорошими огнеупорными свойствами. На их основе создаются высокоглинозёмистые огнеупоры, керамика, фарфор.

            Выделяются промышленные типы кианитовых руд: волокнисто-игольчатые, конкреционные и порфиробластические.

            Распространение порфиробластических кианитовых руд ограничено узкими протяженными зонами контактов кианитовых сланцев с интрузивными телами метабазитов, локализованных в протяженных надвиговых шовных зонах (Коротеев и др., 2010).

            Продуктивная дистеновая толща тянется по оси Борисовских сопок вдоль всей сланцевой полосы и имеет ширину около 200 м. В ней встречаются тела кианитсодержащих сланцев, находящихся в коренном залегании, а также и элювиальные и делювиальные россыпи, образовавшиеся за счет коренных залежей.

            Несмотря на то, что кианиты Борисовских сопок изучались еще с 1868 года и были исследованы различные виды кианитсодержащих пород, из цепи детального описания кианитовых сланцев выпали светлые мусковит-кианитовые сланцы. Поэтому основой для данного исследования послужили, прежде всего, образцы порфиробластовых разностей, представленные сланцами и кварцитами.

3 слайд.      Целью работы является выяснение особенностей минералогического и петрографического состава кианитсодержащих пород Борисовских сопок, определение их фациальной принадлежности.

1.      Изучение минерального состава и характер взаимоотношения минералов, выявление последовательности их образования.

2.      Изучение микроструктурных особенностей кианитсодержащих пород, петрографическое исследование кианитовых сланцев и кианитовых кварцитов.

3.      Проведение сравнительного анализа и обобщение по фациальной принадлежности двух видов кианитсодержащих пород.

            Работы проводились на Геологическом факультете Южно-Уральского государственного университета и в Институте минералогии Уральского отделения РАН.

            Материал для исследований был отобран во время прохождения преддипломной практики.

            В рамках работ были изучены 15 образцов кианитсодержащих пород, 20 шлифов, проведен рентгеноспектральный микроанализ 2 пластинок (аналитик Чурин Е.И.) и рентгенофазовый анализ пробы слюды (аналитик Хворов П.В).

4 слайд. С середины 19 века кианит известен на Южном Урале со времен добычи россыпного золота на приисках Кочкаря. А. Арцруни и Н. Высоцкий предположили источниками минерала дистеновые жилы к северу от реки Каменки. Скоро нашли коренные породы кианитов – кристаллические серицитовые сланцы.

В 30-е годы 20 века кианитом как полезным ископаемым заинтересовались металлурги. По поручению ММК Уралгеомин приступил к заготовке партии кианита (Колисниченко, 2010).

В 1929 году на Борисовском месторождении проводились предварительные разведочные работы. Всего пройдено 420 выработок. В 1930–31 годах детальные геологоразведочные работы были проведены Уральским отделением института Прикладной минералогии. Проводилось бороздовое опробование. Запасы по коренным залежам составили 121,6 тыс.т. (Коротеев, 2008). В 1932 году рудопроявление опоисковано A.H.Игумновым. По его наблюдениям Борисовское месторождение образовалось в результате воздействия на кварцево-слюдяные сланцы продуктов остаточной гранитной магмы.

В 1930 году прошли полупромышленные испытание получения полуконцентрата на Верх–Нейвинской обогатительной фабрике. В 1938-1941 г.г. на рудах Борисовского месторождения проведены лабораторные и полупромышленные испытания различных технологий обогащения на той же фабрике.

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

В 1987 г. Южно-Уральская ГРП по заявке Министерства чёрной металлургии начала поисковые работы на высокоглинозёмистое сырьё в пределах Борисовского проявления кианита (Савичев, 2009).

К концу 20 века кианитом вновь заинтересовались металлурги ММК и ученые-геологи. Теперь геологоразведочные работы направлены на эффеля отработанных золотоносных россыпей. В 1997 году под руководством Г.Г. Лепезина работала экспериментальная обогатительная установка по извлечению кианита из песков. (Колисниченко, 2010). В настоящее время в районе Борисовского проявления кианита ООО «Мингрупсил» проводит геологоразведочные работ на кианит в пределах Андрее-Юльевского участка техногенных россыпей.

5 слайд.Геологическое строение рассматриваемого региона является весьма сложным. Многие исследователи изучали  геологию Кочкарского района. Район Борисовских сопок включает 5 толщ Кочкарского метаморфического комплекса

1.        благодатская

2.        еремкинская (PR₃er).

6.        кукушкинская (O?)

7.         карбонатная (_C1v–n)

Рассматриваемый район включает 4 интрузивных комлекса.

1-Западнокочкарский плутонический комплекс (тела ультрабазитов)

2-Пластовский плутонический комплекс

3-Борисовский магматический

4-Санарский магматический комплекс

ü      микроскопическое изучение с применением бинокулярного микроскопа МБС-9;

ü       микроскопическое изучение в шлифах на поляризационном микроскопе ПОЛАМ Р-312;

ü       фотографирование шлифов на микроскопе OLIMPUSBX 51 c цифровой камерой DP 12;

ü       рентгенофазовый анализ на дифрактометре ДРОН-2.0, CuKa-излучение;

ü       рентгеноспектральный микроанализ выполнен на электронно-зондовом микроанализаторе JEOL Superprobe 733.

7 слайд.В Борисовских сопках различают первую сопку – северную, вторую – среднюю, к югу от р. Топкой и третью – южную, наиболее высокую со скалистой вершиной (Игумнов, 1935). Образцы кианитсодержащих пород были отобраны с северной и средней сопок (рис. 3).

     Кианитсодержащие породы Борисовских сопок по результатам петрографического изучения, по минеральному и особенностям химического составов разделяются на мусковит-кианитовые сланцы и кианитовые кварциты.

8 слайд. Мусковит-кианитовые сланцы– порода от серебристо-серого до красно-бурого цвета. Окраска обусловлена выделениями кианита серого цвета и мелкопластинчатого мусковита в гематитизированной основной ткани породы. Текстура породы сланцеватая, подчеркнутая ориентированным кристаллам кианита. Внешне структура породы порфиробластовая, обусловленная крупными кристаллами кианита серого цвета с синеватым оттенком размером до 0,7×3 см (обр. № Б1.10) (рис. 5).

Породы в целом содержат до 10% гематита, который развивается равномерно вплоть до образования магнетит-гематитовых прослоев черного цвета (обр. № Б1.6). Мощность слоев не выдержана и достигает 1,5 мм (рис. 6). Сланцы трещиноваты (обр. № Б-1). В сланцах макроскопически кианит наблюдается как в виде удлиненно-призматических кристаллов, так и в виде радиально-лучистых агрегатов (рис. 7).

9 слайд + состав. Микроскопически порода обладает порфиробластовой структурой (рис.8) благодаря крупным выделениям кианита, которые отчетливо видны на фоне лепидогранобластовой структуры основной ткани (рис. 9).

10 слайд.   Кианит наблюдается в шлифе в виде бесцветных удлиненно-призматических, столбчатых, иногда уплощенных кристаллов, которые в сечениях дают прямоугольные разрезы. Удлинение кристаллов совпадает со сланцеватостью. Размеры зерен колеблются в широких пределах от 0,05×0,1 до 9×30 мм. Контуры большинства зерен неровные, отдельные зерна раздроблены. Отчетливо развиты две системы спайности: одна совершенная по (100) и повторяется чаще, чем вторая по (010). В зернах кианита наблюдаются включения кварца, размер которых достигает до 0,5 мм, включения рутила размером до 0,3 мм. Также имеются включения ксенотима, монацита и магнетита размером до 0,1 мм (шлиф № Б110) и тонких пластинок мусковита размером до 0,1 мм. Включения составляют от 5 до 25% и распределяются в большинстве случаев согласно удлинению зерен кианита. Границы между зернами кианита и кварца извилистые (рис. 8). Наблюдается прямое погасание кристаллов кианита в сечениях с четкой спайностью и косое – в сечениях с плохо проявленной спайностью. Удлинение положительное, минерал отрицательный.

            С помощью электронно-зондового микроанализатора было проведено измерение химического состава кристалла кианита по профилю (пластинка № D1, D2) (табл. 2, 3).

11 слайд. Мусковит образует тонкие пластинки размером до 0,5×1 мм, которые составляют основную ткань породы. Удлиненно-пластинчатые зерна располагаются согласно со сланцеватостью (рис. 9). Отдельные тонкие пластинки размером до 0,1 мм развиваются по кварцевым зернам, а также в виде включений присутствуют в кианите.

            По данным рентгеноспектрального микроанализа(точка анализа В5, пластинка № D2) был установлен химический состав мусковита (в мас. %): SiO₂ – 43,802, Al₂O₃-33,236, FeO-8,965, K₂O-7,405, Na₂O-1,825, MgO-0,988, TiO₂-0,535, V₂O₅-0,247, СаО-0,094, Σ-97,097. Формуламусковита: K_0,637, Na_0,239Mg_0,099Fe_0,506 Ti_0,027V_0,011 Al_2,641 Si_2,953 O₁₀(OH)₂

            В шлифах достаточно отчетливо наблюдается замещение агрегатных чешуек биотита мусковитом и последующая хлоритизация того и другого минерала. Данные рентгенофазового анализа подтвердили присутствие биотита и хлорита. Рентгенофазовый анализ показал, что слюда относится к биотитовому ряду (рис. 10), что соответствует диагностическому отражению плоскости (060). Для мусковита данное значение 1,50 ангстрем. график

12 слайд. Андалузит представлен бесцветными зернами призматического облика размером до 2×4 мм с шагреневой поверхностью (шлиф № Б17). Контуры зерен извилистые. В зернах присутствуют округлые включения кварца размером до 0,3 мм, которые составляют около 15% (рис.11).

Кварц в породе представлен ІІ генерациями. І – значительно преобладает в структуре основной ткани, образует бесцветные зерна в основном изометричной, округлой, иногда угловатой формы размером до 2 мм. В структуре породы размер зерен в основном 0,6-0,8 мм. ІІ генерация представлена мелкими (до 0,5 мм) зернами «лапчатой» формы, обычно с волнистым угасанием. Она развивается по трещинкам в кианите и пустотах андалузита.

             Кварц в породе распределен равномерно. Крупные зерна кварца имеют от волнистого угасания до блокования (рис. 8). Гематит развивается по зернам кварца вплоть до образования каемок.

            Гематит представлен пластинками ярко-оранжевого цвета размером до 0,5 мм, которые развиваются неравномерно в породе. Местами в структуре основной ткани породы образуют крупные скопления с магнетитом.

            Магнетит наблюдается в породе в виде пылеватого агрегата, а также в виде изометричных зерен размером до 1 мм. Образуют с пластинками гематита крупные скопления. В виде включений размером до 0,1 мм присутствует в кристаллах кианита.

13 слайд. Рутил в породе представлен длиннопризматическими кристаллами (рис. 12), также изометричными зернами коричневого цвета различных оттенков размером 0,01-0,1 мм. Отдельные зерна рутила непрозрачны, и только края просвечивают рыжим оттенком. Интерференционная окраска высшего порядка, окраска минерала не изменяется. Характерен высокий рельеф и большая сила двойного лучепреломления. Рутил находится как в виде включений в кристаллах кианита, так и в основной кварцевой массе.

            Монацит наблюдается в виде табличек слабо окрашенных в бурый цвет (шлиф № Б111, Б17, Б110, Б16). В сечениях дают прямоугольные разрезы с пирамидальными с обоих концов ограничениями. Размер зерен достигает до 0,05-0,1 мм. Зерна монацита встречены в основной ткани породы.

            Ксенотим образует длиннопризматические зерна желтоватого цвета с пирамидальными ограничениями с обоих концов, размер зерен достигает до 0,3-0,5 мм (шлиф № Б110, Б5, Б17, Б111). От монацита отличается прямым погасанием.

            Апатит представлен бесцветными удлиненными, столбчатыми и игольчатыми кристаллами, нередко образует изометричные зерна (шлиф № Б5, Б15-1, Б111). Размер зерен апатита достигает до 0,05 мм. Минерал образует включения в зернах кварца.

            Циркон наблюдается в породе в виде бесцветных или желтоватых короткостолбчатых кристаллов размером до 0,02 мм с пирамидальными ограничениями с обоих концов. Угасание прямое. Высокие цвета интерференции третьего и четвертого порядка. Циркон наблюдается в зернах кварца (шлиф № Б15-1, Б17).

            Таким образом, по минеральному составу, характеру взаимоотношения минералов и по текстурно-структурным особенностям мусковит-кианитовые сланцы относятся к амфиболитовой стадии регионального метаморфизма, андалузит-кианит-ставролитовой субфации.

14 слайд. Кианитовые кварциты – порода бурого цвета, равномерная окраска обусловлена развитием гематита и магнетита по всей породе. Текстура породы массивная (рис 13). Структура породы от нематогранобластовой до порфиробластовой. В породе видна трещиноватость, которая не имеет какой-либо ориентировки. Особенность породы – кристаллы кианита размером до 0,8×2,5 см радиально лучистого строения (рис. 14), от серого до бурого цвета за счет развития гематита. В разрезе породы кианит серый с синеватым оттенком.

15 слайд. Микроскопически структура породы от нематогранобластовой до порфиробластовой с лепидогранобластовой основной тканью (рис. 15).

            Кварц впороде представлен ІІ генерациями. І – образует зерна изометричной, округлой и угловатой формы размером до 1,5 мм и более мелкие кристаллы с пирамидальными ограничениями размером до 0,2 мм (шлифы № Б19-1, Б19-2)

В структуре породы преобладают зерна размером 0,6-0,7 мм. Данная генерация переполнена изометричными и округлыми зернами магнетита размером до 0,5 мм (шлифы № Б91, Б92) (рис. 17). ІІ генерация представлена зернами «лапчатой» формы размером до 0,6 мм. Она наблюдается в основной кварцевой массе среди изометричных зерен.

            Кианит наблюдается в виде бесцветных удлиненно-призматических кристаллов, иногда с голубоватым оттенком, а также в виде сноповидных радиально-лучистых агрегатов (рис. 16). Размеры зерен колеблются в широких пределах от 0,05×0,1 до 0,7×25 мм. Характерна резкая шагреневая поверхность. Зерна кианита не ориентированы, некоторые раздроблены. В зернах кианита наблюдаются включения кварца, размер которых достигает до 0,2 мм. Также имеются включения рутила, ксенотима и монацита размером до 0,05 мм. Включения составляют около 5%.

16 слайд. Магнетит наблюдается в породе в виде непрозрачных октаэдров, изометричных зерен размером до 1,5 мм и в виде пылеватого агрегата. Зерна магнетита образуют скопления в кварцевой основной массе породы, а также представлены в виде включений кварца (рис. 17).

            Гематит представлен пластинками рыжего цвета размером до 0,3 мм, которые развиваются равномерно в породе, как по трещинам спайности кианита, так и по промежуткам между зернами кварца. Пластинки гематита в породе также образуют крупные скопления с магнетитом размером до 1,5 мм.

            Мусковит образует тонкие пластинки размером до 0,1 мм в длину, которые развиваются по кварцевым зернам неравномерно в породе. Наблюдается замещение агрегатных чешуек биотита мусковитом и последующая хлоритизация того и другого минерала. Данный биотит-хлоритовый агрегат заполняет отдельные промежутки между кианитовыми зернами.

            Касситерит представлен в виде пирамидальных, короткопризматических кристаллов и округлых зерен размером до 0,05 мм. Встречаются коленчатые двойники размером до 0,04 мм. Цвет минерала буроватый, иногда наблюдается зональная окраска зерен. Встречен касситерит в кварцевых зернах (шлифы № Б91, Б92). Таким образом, кианитовые кварциты отличаются от мусковит-кианитовых сланцев по количественно-минералогическому составу. В составе кианитовых кварцитов преобладает кварц.

17 слайд. Фациальная принадлежность кианитсодержащих пород Борисовских сопок. По минеральному составу мусковит-кианитовых сланцев Борисовских сопок породы можно отнести к амфиболитовой фации регионального метаморфизма (рис. 19), андалузит-кианит-ставролитовой субфации (рис. 20).

            Исходными породами, подвергшиеся метаморфизму, мусковит-кианитовых сланцев являются пелиты (табл. 5). В богатых глиноземом слюдяных сланцах образуются полиморфные модификации Al₂SiO₅ – андалузит, силлиманит и кианит, определяющие их фации глубинности.

18 слайд.На фациальной диаграмме (рис. 21) примерно определены Р-Т условия образования кианит-мусковитовых сланцев (Т – 420-580°С, Р – 4-8 кбар). Отнесение мусковит-кианитовых сланцев Борисовских сопок к андалузит-кианит-ставролитовой субфации позволяет отсутствие силлиманита, для которого температура образования значительно выше кианита. Это хорошо видно на диаграмме, где поле распространения кианит-мусковитовых сланцев попадает в данные Р-Т условия.

            Кианит из кварцитов Борисовских сопок имеет метасоматическое происхождение. Он развивается в тектонически ослабленной зоне с образованием отчетливой метасоматической зональности. Распространение кианитовых кварцитов рассматривают как процесс кислотного выщелачивания в шовных зонах (Огородников, 2004).

            Среди порфиробластовых типов кианитсодержащих породвыделены были 2 вида по количественно-минеральному составу и петрографическим особенностям: 1-мусковит-кианитовые сланцы и 2 – кианитовые кварциты.

            Мусковит-кианитовые сланцы обладают сланцеватой текстурой и порфиробластовой структурой. Для них характерна ассоциация кварца, кианита, мусковита, андалузита, также магнетита, гематита, акцессорных минералов – рутила, ксенотима, циркона, монацита и апатита.

            По данной ассоциации минералов мусковит-кианитовые породы относятся к амфиболитовой фации регионального метаморфизма, андалузит-кианит-ставролитовой субфации. Отметим, что в породах отсутствует ставролит.

            Взаимоотношение минералов кианита и кварца в мусковит-кианитовых сланцах указывает на совместное образование минералов.

            Данные рентгеноспектрального анализа кианита мусковит-кианитовых сланцев показывают зональность кристаллов. Во внешней зоне кристалла в состав кианита входят Тi, Na и Mg. В центральной части кианита данные компоненты отсутствуют.

            Кианитовые кварциты обладают массивной текстурой, нематогранобластовой и порфиробластовой структурами.

            Кварц в двух видах пород представлен ІІ генерациями. Ігенерация – ранняя, значительно преобладает в структуре основной ткани. ІІ генерация – это более поздний (низкотемпературный) кварц. Крупные зерна кварца имеют от волнистого угасания до блокования, что указывает на пластичные деформации породы.

            Определенные трудности возникали при петрографическом исследовании слюдистых минералов, которые представлены мелкопластинчатыми, чешуйчатыми зернами. Отмечалось замещение агрегатных чешуек биотита мусковитом и последующая хлоритизация того и другого минерала. Сложность состояла еще в том, что все эти минералы бледно-окрашенные и в шлифах почти бесцветны. Данные рентгеноструктурного анализа подтвердили присутствие в породах смеси биотита с хлоритом. В мусковит-кианитовых сланцах и кианитовых кварцитах наблюдаются процессы автометаморфизма.

            Петрографическое исследование кианитсодержащих пород Борисовских сопок, изучение их структурно-текстурных особенностей и минерального состава позволяет сделать следующие выводы:

1.      Кианитсодержащие породы Борисовских сопок разделились на два разных вида, которые различаются по структурно-текстурным особенностям и количественно-минералогическому составу пород: а) мусковит-кианитовые сланцы и б) кианитовые кварциты.

2.      Для мусковит-кианитовых сланцев характерно содержание кианита в пределах 45-55%, кварца 20-50%.

3.      Кианитовые кварциты, в отличие от мусковит-кианитовых сланцев, содержат кианита 25-40%, кварца 45-65%.

4.      По структурно-текстурным особенностям: мусковит-кианитовые сланцы – сланцеватая текстура и порфиробластовая структура, обусловленная ориентированными, крупными кристаллами кианита.

5.      Кианитовые кварциты имеют явное различие в текстуре – массивной и структуре – порфиробластовой и радиально-лучистом строении агрегатов.

6.      Акцессорные минералы в обоих видах пород одинаковые.

7.      Мусковит-кианитовые сланцы – являются типичными метаморфическими породами, образовавшимися в стадию регионального метаморфизма, амфиболитовую фацию, андалузит-кианит-ставролитовую субфацию.

8.      Кианитовые кварциты Борисовских сопок являются продуктом метасоматического происхождения, которые расположены локально в виде линз в шовных структурных зонах.

9.      Из двух видов пород порфиробластового типа руд наиболее перспективным являются мусковит-кианитовые сланцы. Также высокое содержание кианита в мусковит-кианитовых сланцах, неустойчивых в процессе выветривания, обусловило повышенное содержание кианита в ареале размещения мусковит-кианитовых сланцев в пониженных участках рельефа. Это служит поисковым признаком для обнаружения россыпей кианита, пригодных для промышленных целей.а