ON ORIGIN OF PRECAMBRIAN IRON-ORE PRODUCTS OF KMA

О ПРОИСХОЖДЕНИИ ДОКЕМБРИЙСКИХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ КМА

Научная статья

Ревинский Ю.А. *

ORCID: 0000-0003-2611-8990,

Южный федеральный университет, Ростов-н-Дону, Россия

* Корреспондирующий автор (pratera[at]mail.ru)

Аннотация

В статье на примере Михайловского месторождения рассмотрен ряд гипотез образования железистых кварцитов Курской магнитной аномалии. Рассматриваются терригенно-осадочная, вулканогенно-осадочная, метасоматическая, магматогенная, а также и космогоническая гипотезы образования железистых горизонтов докембрия. В статье излагаются результаты изучения генетических условий происхождения железистых кварцитов путём проведения вакуумно-декриптометрических исследований и утверждается, что железистые кварциты имеют полигенное происхождение.

Ключевые слова: кварцит, гипотеза, декриптограмма, газовыделение, вакуум.

ON ORIGIN OF PRECAMBRIAN IRON-ORE PRODUCTS OF KMA

Research article

Revinsky Yu.A. *

ORCID: 0000-0003-2611-8990,

Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia

*Corresponding author (pratera[at]mail.ru)

Abstract

The paper presents a number of hypotheses on the formation of ferruginous quartzites of the Kursk Magnetic Anomaly (KMA) on the example of the Mikhailovsky field. Terrigenous-sedimentary, volcanogenic-sedimentary, metasomatic, magmatogenic, and cosmogonic hypotheses of the formation of glandular precambrian glandular horizons are considered. The article presents the results of a study of the genetic conditions of the origin of ferruginous quartzites by conducting vacuum-deciptometric studies. According to the results, it is revealed that ferruginous quartzites are of polygenic origin.

Keywords: quartzite, hypothesis, decriptogram, gas emission, vacuum.

За всю более чем столетнюю историю изучения Курской магнитной аномалии (КМА) исследователями было предложено несколько гипотез, которые наиболее удачно объясняют причину генезиса железистых горизонтов докембрия: терригенно-осадочная, вулканогенно-осадочная, метасоматическая, магматогенная и космическая. [1, С. 21].

Терригенно-осадочная гипотеза с той или иной степенью детальности рассмотрена в работах Н. И. Свитальского, П. П. Пятницкого, Н. М. Страхова, А. Д. Архангельского, Н. А. Плаксенко [1, С. 18], А. А. Илларионова, Я. Н. Белевцева, B. C. Домарева, И. Н. Щеголева [2, С. 45]., и др. Названные авторы на основании общегеологических факторов и детальных исследований вещественного состава, геохимических, физических и других особенностей железных руд и вмещающих их пород, а также физико-химических экспериментов считают, что рудные и нерудные вещества первичных железистых пород мобилизовывались при процессах интенсивного выветривания древнейших материнских пород, транспортировались поверхностными водами в бассейны и при благоприятных условиях среды осаждались на дно.

Вулканогенно-осадочной гипотезе формирования железорудных масс докембрия отдают предпочтение Н. П. Семененко, М. С. Точилин, Ю. И. Половинкина, Г. С. Дзоценидзе, А.А. Предовский [3, С. 116].  и др. По данным этих исследователей, железистые кварциты сформировались за счет продуктов, поступающих в бассейны седиментации из вулканических очагов.

Гидротермально-метасоматическая гипотеза образования железистых кварцитов была выдвинута А. А. Полкановым для части рудопроявлений, залегающих среди гиперстеновых диоритов Кольского полуострова. Аналогичная возможность образования железных руд рассмотрена по Алданскому щиту Л. И. Шабыниным[4, С. 95], по Кольскому региону М. Т. Козловым  В. В., Ждановым[5, С. 29] и Т. П. Малковой, по Тараташскому рудному полю Урала В. К. Ермаковым, по Украинскому щиту Г. И. Князевым и др. По их мнению, железорудные толщи образовались за счет метасоматического изменения основных и ультраосновных пород, а также при гранитизации кристаллических сланцев и гиперстеновых гнейсов.

Магматическая гипотеза происхождения железорудных образований была высказана впервые в 1916 г. И. И. Танатаром. По его мнению, железистые кварциты образовались в результате послойного инъекционно-магматического внедрения рудного вещества между кварцевыми прослоями. С 70-х годов текущего столетия М. С. Точилин пришел к выводу о формировании джеспилитов за счет спилит (диабаз) – кератофировой магмы.

Позже гипотезу магматического происхождения железистых кварцитов стал защищать В. Н. Гусельников [6, С. 44]. Он рассматривал природу образования большей части железорудных толщ докембрия, как результат дифференциации основной и ультраосновной магмы с отщеплением при благоприятных условиях железисто-кремнистых расплавов. Данная точка зрения подвергалась критике в литературе и на многих совещаниях. Недостаточно обоснованными рассуждениями В.Н. Гусельников не приблизил, а значительно удалил читателей от истинной геологической обстановки и постарался представить Курский регион как особенный, не сравнимый с другими аналогичными крупнейшими железорудными провинциями мира. Главная методологическая ошибка В. Н. Гусельникова заключается, видимо, в том, что все главнейшие геохимические закономерности железистых кварцитов рассматриваются им только с позиций магматизма.

С космической концепцией происхождения железистых кварцитов докембрия выступили М. И. Калганов и др., которые отмечают, что основное количество железа поступило на поверхность Земли из космического пространства. На наш взгляд с позиций космической гипотезы генезиса железистых кварцитов трудно объяснить следующее. При попадании огромного количества пылевидных частиц на водную поверхность и последующей их седиментации должны образоваться железистые пласты с явными признаками космического происхождения. В то время уже существовала атмосфера и с довольно плотной оболочкой. Поэтому частицы железа должны были бы иметь округлую или каплевидно-вытянутую форму с гладкой поверхностью. Среди железорудных толщ аналогичные компоненты не встречены. Но в терригенно-осадочных песчаниково-сланцевых породах нижней и верхней свит курской, а также оскольской серий встречены «космические пришельцы». Представлены они исключительно правильными магнитными шариками (криоконит), иногда каплевидно-вытянутой формы. Поверхность их гладкая с сильным металлическим блеском. Однако содержание криоконита в породах незначительное и размеры его 0,3-0,05 мм. Отсутствие повышенных концентраций никеля в железорудных формациях докембрия, по мнению М.Н. Доброхотова [7, С. 85], также основательно уменьшает вероятность космического источника железа.

Таким образом, в настоящее время нет достаточных доказательств причин накопления громадных масс докембрийских железных руд у сторонников магматического, метасоматического и космического происхождения. Наоборот, появляется все больше данных, которые значительно укрепляют позиции исследователей, отстаивающих первично-осадочное их образование.

В зависимости от их геолого-структурного положения, аутигенно-минералогической зональности, геохимических особенностей, ассоциации с вмещающими породами и формирования континентальных кор выветривания железорудные формации докембрия Курского бассейна и их стратиграфические аналоги в главнейших железорудных провинциях мира можно отнести по происхождению к вулканогенно-осадочному и терригенно-осадочному типу.

Вакуумно-декриптометрические исследования эффектов газовыделения неокисленных и окисленных железистых кварцитов курской серии Михайловского месторождения КМА, проведенные на декриптографе ВД-5 по методике разработанной В. Н. Труфановым [8, С 56 – 62], [9, С. 3 – 10]. с сотрудниками кафедры месторождений полезных ископаемых ЮФУ, показали, что эффекты газовыделения связаны с декриптацией флюидных включений и с разложением отдельных минералов. Конфигурация кривых газовыделения при их нагревании в значительной мере зависит от характера и степени вторичных изменений. Вакуумно-декриптометрический метод базируется на регистрации эффектов газовыделения, возникающих при деструкции систем «минерал-флюид» в вакуоле, вследствие резкого возрастания давления в вакуолях включений после достижения температуры гомогенизации.

По вакуумным декриптограммам неокисленных и окисленных железистых кварцитов определялись температуры максимумов газовыделения и рассчитывались энергетические F-показатели флюидоактивности пород по формуле:

F=ΔPV/Td

где ΔP – приращение давления в капсуле прибора ВД-5 с анализируемой пробой за счет выделения газовой фазы; V – ее объем; Td – температура максимума декриптации.

В соответствии с законом Менделеева – Клапейрона (PV=nRT) и кинетическим уравнением состояния газов (P=2/3Mu²) величина F пропорциональна количеству грамм-молей газа n, выделившегося при термодеструкции пробы, и квадрату скорости его молекул. Поэтому F-показатель является энергетической характеристикой исследуемых проб, так как он отражает относительный вклад флюидной фазы в общий уровень энергонасыщенности системы «минерал-флюид».

Значения F-показателя определялись для каждого температурного максимума газовыделения в отдельности (F1, F2 и т.д.), что дало возможность оценить как среднюю величину энергоактивности всей системы «минерал-флюид», как и значения этой величины для различных структурных ее фрагментов, подвергавшихся термодеструкции в конкретном интервале температур. Последнее позволяет оценивать не только склонность пород к разрушению, но и делать некоторые выводы об их структуре и формах нахождения флюидных компонентов.

Неокисленные железистые кварциты характеризуются сложной вакуумной декриптограммой, на которой выделяются низко, средне и высокотемпературный эффекты дегазации (рис. 1.1).

Рис. 1 – Декриптограмма неокисленного железистого кварцита (КМА), 100 мг, -0,5+0,2 мм

Интервал температур для 1 эффекта 40 – 120^ºС; F₁ = 20 у.е.

Интервал температур для 2 эффекта 230 – 340^ºС; F₂ = 81 у.е.

Интервал температур для 3 эффекта 390 – 680^ºС F₃ = 415 у.е.

F_об. = 516 у.е.

Данные результаты свидетельствуют о многостадийности формирования этого типа руд, заключающегося в их высоком метаморфизме с последующим наложением гидротермального метасоматического процесса и слабо проявленного окисления.

Окисленные железистые кварциты по результатам вакуумно-декриптометрических анализов резко отличаются от неокисленных руд присутствием одного интенсивного низкотемпературного эффекта газовыделения (рис. 1.2).

Рис. 2 – Декриптограмма окисленного железистого кварцита (КМА), 100 мг, –0,5+0,2 мм

 

Интервал температур 150 – 250^ºС; F₁ = 752 у.е.

Очевидно, что эти руды претерпели интенсивное эпигенетическое воздействие, в результате которого все признаки их высокометаморфизованности могут ликвидироваться [10, С. 234]. Следы этих первичных процессов в данном случае очень слабо проявлены в высокотемпературном эффекте газовыделения.

Интервал температур 570 – 760^ºС; F₂ = 18 у.е.

F_об. = 770 у.е.

Таким образом, из всех рассмотренных гипотез образования железных руд Михайловского месторождения, по нашим данным, наиболее вероятной представляется гипотеза их полигенного происхождения с начальной стадией высокого метаморфизма и последующей стадией гидротермального метасоматического изменения и процессов окисления, которые фактически трансформировали руды из оксидов преимущественно в гидроксиды железа. По-видимому, вопрос преобладания той или иной стадии генезиса этих руд должен решаться конкретно с учётом всех особенностей их вещественного состава, технологических свойств, геофизических показателей и других параметров при более детальном рассмотрении данной проблемы.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Плаксенко Н. А. Главнейшие закономерности железорудного осадконакопления в докембрии / Н. А. Плаксенко. – Воронеж, 1966. – 263 с.
2. Щеголев И.Н. Железорудные месторождения докембрия и методы их изучения / И.Н. Щеголев. – Москва: Недра, 1985. – 195 с.
3. Предовский А. А. Реконструкция условий седиментогенеза и вулканизма раннего докембрия / А.А. Предовский. – Ленинград: Наука, 1980. – 152 с.
4. Шабынин Л. И. Рудные месторождения в формации магнезиальных скарнов / Л. И. Шабынин. – М: Недра, 1974. – 288 с.
5. Жданов В. В. Железорудные скарны и железистые кварциты / В. В. Жданов // Отечественная геология. – 1993. – № 4. – С. 25–32.
6. Гусельников В. Н. Генетические проблемы железорудных формаций КМА / В. Н. Гусельников. – М: Наука, 1972. – 249 с.
7. Доброхотов М. Н. Некоторые вопросы геологии докембрия КМА/ М. Н. Доброхотов // Материалы по геологии и полезным ископаемым центральных районов европейской части СССР. – М.: Издательство Мингео РСФСР, 1986. – Вып. 1. – С. 80–93.
8. Труфанов В. Н. Роль вакуума в процессах эндогенного рудообразования / В. Н. Труфанов // Научная мысль Кавказа СКНЦ ВШ, Ростов н/Д.– 1999. – №4. – С. 56–62.
9. Труфанов В.Н. Энергетический анализ природных систем «минерал-флюид» методами термобарометрии/ В. Н. Труфанов // Известия СКНЦ ВШ. Естественные науки. Ростов н/Д.– 1990. – №1. – С. 3–10.
10. Реддер Э. Флюидные включения в минералах. Т.2 Использование включений при изучении генезиса пород и руд/ Э Реддер. – М.: Мир, 1987. – 632 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Plaksenko N. A. Glavnejshie zakonomernosti zhelezorudnogo osadkonakoplenija v dokembrii [The main patterns of iron ore sedimentation in Precambrian] / A. Plaksenko. – Voronezh, 1966. – 263 s. [in Russian
2. Shchegolev I. N. Zhelezorudnye mestorozhdenija dokembrija i metody ikh izuchenija [Precambrian iron ore deposits and methods for their study] / N. Shchegolev. – Moskva: Nedra, 1985. – 195 s. [in Russian
3. Predovskij A. A. Rekonstrukcija uslovij sedimentogeneza i vulkanizma rannego dokembrija [Reconstruction of the conditions of sedimentogenesis and early Precambrian volcanism] / A. A. Predovskij. – Leningrad: Nauka, 1980. – 152 s. [in Russian]
4. Shabynin L. I. Rudnye mestorozhdenija v formacii magnezial'nykh skarnov [Ore deposits in the formation of magnesian skarns] / I. Shabynin. – М: Nedra, 1974. – 288 s. [in Russian]
5. Zhdanov V. V. Zhelezorudnye skarny i zhelezistye kvarcity [Iron ore skarns and ferruginous quartzites] / V. V Zhdanov // Otechestvennaja geologija [Domestic geology]. – 1993. – № 4. – S. 25–32. [in Russian
6. Gusel'nikov V. N. Geneticheskie problemy zhelezorudnykh formacij KMA [Genetic problems of iron ore formations KMA] / V.N. Gusel'nikov. – M: Nauka, 1972. – 249 s. [in Russian]
7. Dobrohotov M. N. Nekotorye voprosy geologii dokembrija KMA [Some questions of geology of Precambrian KMA] / N. Dobrohotov // Materialy po geologii i poleznym iskopaemym central'nykh rajonov evropejskoj chasti SSSR [Materials on geology and minerals of the central regions of the European part of the USSR]. –М.: Izdatelstvo Mingeo RSFSR, 1986. – Vyp. 1. – S. 80–93. [in Russian
8. Trufanov V. N. Rol' vakuuma v processakh jendogennogo rudoobrazovanija [The role of vacuum in the processes of endogenous ore formation] / V. N. Trufanov // Nauchnaja mysl' Kavkaza SKNC VSh [The scientific thought of the Caucasus SKNTS VS], Rostov n/D. – 1999. – №4. – S. 56–62. [in Russian
9. Trufanov V. N. Jenergeticheskij analiz prirodnykh sistem «mineral-fljuid» metodami termobarometrii [Energy analysis of natural systems "mineral-fluid" methods of thermobarometry] / Trufanov V. N. // Izvestija SKNC VSh[News SKNTS VS.]. Estestvennye nauki [Natural Sciences]. Rostov n/D. – 1990. – №1. – S. 3–10. [in Russian
10. Redder Je. Fljuidnye vkljuchenija v mineralakh [Fluid inclusions in minerals]. T.2 Ispol'zovanie vkljuchenij pri izuchenii genezisa porod i rud [The use of inclusions in the study of the genesis of rocks and ores] / M.: Mir, 1987. – 632 s. [in Russian]