Геохимическая зональность рудного тела Кия-Шалтырского месторождения

(Кузнецкий Aлатау)

Сазонов А.М., Вульф М.В., Леонтьев С.И.

Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

mvulf@sfu-kras.ru

 

По геологическим и геохимическим признакам выявлены скрытая протополосчатость уртитового тела, линзы и жилы сульфидов в уртитах, что объясняется дифференциацией и ликвационной природой расслоения магмы на силикатную и сульфидную составляющие. Выводы об элементах протополосчатости нашли своё выражение в цифровом виде, подтверждены результатами проведённого геохимического моделирования, определены числом и мерой, что открывает новые возможности для научного анализа и прогноза.

 

Изучение геохимической зональности Кия-Шалтырского месторождения выполнено по данным о химическом составе руд. База данных включает около 100 тысяч проб (горизонты с I по XX) и характеризует рудное тело уртитов от поверхности до глубины 150 – 200 м, расстояние между пробами в горизонтальном сечении 5 – 7 м и более, между горизонтальными сечениями – 10 метров.

Фактический материал – это данные о качестве нефелиновой руды, полученные в процессе эксплуатации месторождения. Качество руды определяется силикатным анализом по содержанию 9-ти компонентов: Al₂O₃, Na₂O, К₂О, SiO₂, Fe₂O₃, СаО, SO₃ , MgO и ппп (потери при прокаливании). Главные компонент руды – глинозем и по его содержанию выделяют три сорта руд: высокоглиноземистые (более 28 %), рядовые (28 - 26,5 %) и низкоглиноземистые (26,5 – 24 %).

Исходная база данных обработана методами математической статистики, результаты представлены на графиках распределения основных компонентов руды по глубине (рис. 1).

Рис. 1 Распределение компонентов руды по глубине

Анализ графиков свидетельствует о ритмичном распределении элементов и подтверждает существование элементов расслоенности, выделенных методами многомерного регрессионного моделирования и вейвлет-преобразования геохимических данных об уртитовом теле.

На графиках можно выделить циклы разного уровня и масштаба от 20-30 до 50-60 и 120-130 метров. Некоторые элементы имеют похожие тенденции и по результатам корреляционного анализа они объединены в две группы: 1) Al₂O₃, Na₂O, К₂О и SiO₂; 2) Fe₂O₃, СаО, SO₃, MgO и ппп. Элементы первой группы (глиноземистой) входят в состав главного рудного минерала нефелина и связаны с богатыми рудами. Элементы второй группы (железистой) входят в состав титанавгита, сульфидов и карбонатов и связаны с бедными рудами. По этим группам элементов рассчитаны комплексные показатели и построены графики (рис. 2). Комплексный показатель рассчитан по формуле: ,

где - комплексный показатель, - содержание j-го элемента в i-той точке, - среднее арифметическое содержание j-го элемента, - среднеквадратическое отклонение j-го элемента, m – число комплексированных элементов.

Рис. 2 Глиноземистый и железистый комплексные показатели

 

Геохимическая модель месторождения показывает периодичность распределения главных компонентов руд в вертикальном сечении. Общие тенденции заключаются в ритмичной смене максимумов суммарных концентраций по железистой ассоциации (Fe₂O₃, СаО, SO₃, MgO) и глиноземистой ассоциации (Al₂O₃, Na₂O, К₂О, SiO₂). В целом концентрация глиноземистых компонентов снижается по глубине рудного тела (от 930 до 780 горизонта), а железистых – увеличивается. Границы ритмов можно выделить на отметках 790-800, 850-860 и 920-930 м.

Геологический смысл ритмичной смены глиноземистых и железистых ассоциаций элементов связан с процессами дифференциации. Признаки дифференциации проявлены неоднократно на всех уровнях геологического строения изучаемого объекта.

Во-первых, дифференциация в глубинных магматических резервуарах, в результате которой сформировалась щелочно-базальтовая магма и щелочные интрузии Кузнецкого Алатау.

Во-вторых внутриочаговая дифференциация сформировала Кия-Шалтырский массив из ряда интрузий единой магматической серии: мезократовое габбро – лейкократовое габбро – уртиты – дайки ийолитов и нефелиновых сиенитов - жилы и линзы сульфидов.

В третьих, тело уртитов имеет зональное строение, как по глубине, так и по простиранию и вкрест простирания. Эта ритмичность показана ранее на графиках (см. рис. 1 и 2).

В четвертых, дифференциация широко проявляется в минералах: агпаитовая текстура уртитов, каплевидные вкрапления сульфидов в уртитах и структуры распада твердого раствора в рудных минералах (магнетит – ильменит, пирротин – пентландит).

Высокое содержание летучих компонентов в магме (серы, углеводородов, углекислоты, фтора, хлора и воды) способствовали более полному протеканию процессов дифференциации и формированию агпаитовой структуры уртитов. Рассчитана средняя величина коэффициента агпаитности по горизонтам рудного тела равная 0,78, которая плавно увеличивается с глубиной.

По величине коэффициента агпаитности кия-шалтырские уртиты относятся к миаскитовым нефелиновым сиенитам (Na₂O+K₂O/Al₂O₃≤1). В таких породах пироксены должны быть идиомофнее нефелина. В данном случае это правило нарушается: нефелин идиомрфнее пироксена, т.е. порядок кристаллизации породообразующих минералов соответствует агпаитовым породам, в которых коэффициент агпаитности больше единицы (Na₂O+K₂O/Al₂O₃>1). Такое возможно только при повышенных (до 3 %) содержаниях летучих компонентов, которые определяются в руде как потери при прокаливании (ппп). Под влиянием летучих компонентов резко изменяется очень важная характеристика силикатных расплавов – вязкость.

В уртитах Кия-Шалтырского месторождения от 1 – 3 до 10 % летучих компонентов, которые могут служить катализаторами процессов дифференциации и обеспечить возможность кристаллизации агпаитовых магм за счет увеличения интервала кристаллизации, понижения вязкости и более полного протекания дифференциации.

Кроме того, каплевидные вкрапления сульфидов, преимущественно пирротина, в количестве 1-3 % наблюдаются во всем объеме тела уртитов глубже горизонта 920 – 930 м, а иногда образуют линзы и жилы сульфидов с массивной и густовкрапленной текстурой.

Таким образом, процессы дифференциации и ликвации отчетливо проявилась при формировании Кия-Шалтырского массива и рудного тела уртитов. Основными катализаторами жидкостного расслоения магматического расплава были флюиды, несущие значительное количество легко растворимых в них металлов.