Введение
В рамках научного проекта МИГ «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспечения производства высокотехнологичного базальтового волокна» были отобраны и исследованы пробы габбродолеритов усьвинского комплекса из даек, расположенных в Горнозаводском районе Пермского края. Пробы отобраны из 11 даек – Хмелевской, Ольховской, Бисерской, Воронковской, Нововильвенской, Вижайской, Сарановской, Першинской, дайки г. Дублинский Камень, дайки водораздела рр. Койва-Березовка, дайки левого борта р. Хмели – всего 21 проба. В статье приводятся краткая сводка по геологии и распространенности пород усьвинского комплекса по результатам предшествующих геолого-съемочных работ и литературным данным, результаты петрографических исследований, анализ полученных петрохимических данных, дана предварительная оценка их пригодности для производства базальтового волокна.
Геологическая характеристика и распространенность
Усьвинский комплекс (νβD1us) представлен габбродолеритами, редко трахидолеритами, встречающимися в дайковой форме на всей территории Центрально-Уральского поднятия. В Пермской серийной Легенде возраст габбродолеритов принимается как раннедевонский. Вмещающими для усьвинского комплекса являются породы не моложе нижнего силура включительно [6]. Абсолютный возраст дайкового комплекса оценивался по единичным K-Ar определениям, последние из которых составляли 332 млн. лет [2].
Положение даек контролируется крутопадающими субмеридиональными нарушениями, вблизи Висимского синклинория ориентировка даек часто меняется на северо-восточную. Дайки распределены неравномерно по площади и группируются в рои тел протяжённостью от 10 до 100км. Количество интрузивных тел отдельных роёв колеблется от 10 до 70-80 [1]. На Среднем Урале наблюдается постепенное нарастание концентрации даек с юга на север. Всего на Среднем Урале на протяжении 200км от бассейна р.Межевая Утка до верховий р.Косьва выделено 17 пучков (роёв) даек и два пучка силлов [1].
Дайки габбродолеритов образуют хорошо выраженные в рельефе гребни или уступы (рис. 1) и сопровождаются крупными элювиальными развалами. Мощность даек варьируется от 2 до 200 м, при протяженности от 100 м до 18 км (Бисерская и Хмелёвская дайки). Иногда отмечаются ветвящиеся дайки. От крупных даек отходят многочисленные апофизы, причем как правило, с восточной стороны [7].
Рис. 1 Выходы Хмелевской дайки.
Дайки преимущественно имеют однородное строение, на контактах наблюдается зона закалки до 1-5 см. Контакты резкие секущие, крутопадающие. Ширина контактовых ореолов зависит от мощности дайки и состава вмещающих пород и составляет от нескольких см до 40 м, из них роговиков до 7 м (Ольховская дайка). Роговики представлены обычно низкотемпературной фацией, чаще всего кремнистого состава с новообразованиями кварца, серицита, хлорита, эпидота и лейкоксена. На контакте даек с карбонатными породами развиты мраморизованные известняки. Очень часто в контактовых зонах отмечаются жилы кварца, альбита, сульфидная минерализация. Все породы комплекса претерпели автометаморфические изменения на гидротермальной, реже пневматолитовой стадии, на которые наложены метаморфические изменения низов зеленосланцевой фации [1].
Габбродолериты усьвинского комплекса в целом безрудные, часто используются в качестве щебня для дорожного строительства (Ломовское месторождение на г. Дублинский Камень).
Петрохимические характеристики габбродолеритов усьвинского комплекса соответствуют толеитовым базальтам траппов древних платформ и сходны с аналогичными породами востока Русской платформы [5].
Петрографическая и петрохимическая характеристика
Породы усьвинского комплекса практически однородны по минеральному и химическому составу, структурам и характеру вторичных изменений. Все породы обладают массивной текстурой и различными вариациями офитовой структуры (рис. 2). Резкий идиоморфизм плагиоклазов по отношению к пироксенам и мелко-среднезернистые структуры, полное замещение пироксенов и основных плагиоклазов, позволяют называть описанные породы метадолеритами, за исключением дайки г. Дублинский Камень, по структуре переходной от долеритов к габбро.
Рис. 2. Шл. 16 Пойкилоофитовая структура метадолерита. Псевдоморфозы бесцветного уралита по пироксену, соссюрита по плагиоклазу (темно-серое). Ширина фотографии – 2,6 мм. Слева – николи //, справа – Х.
Отмечено небольшое преобладание содержаний плагиоклаза над пироксеном, в соотношении примерно 55 на 45%, повсеместное присутствие титаномагнетита в количестве 1-6 % и апатита в редких зернах. Наблюдается одинаковый характер вторичных изменений – соссюритизация плагиоклаза, уралитизация и хлоритизация пироксена, причем замещение первичных минералов полное, без сохранения реликтов, за исключением шл. 11 и 116-1 где клинопироксен сохраняется частично, в виде реликтов. Характерно, что продукты замещения пироксена – уралитовый амфибол, актинолит и хлорит бесцветные, либо очень слабо окрашены. Титаномагнетит частично или полностью лейкоксенизирован, причем в зернах всегда наблюдаются реликты структур распада твердых растворов, за счет сохранения магнетитовой составляющей, а в полных псевдоморфозах – за счет неоднородности агрегатов лейкоксена (рис. 3).
Рис. 3. Шл. 102-1 Псевдоморфоза лейкоксена по титаномагнетиту с реликтами структур распада твердых растворов. В нижней части зерно замещается хлоритом, в котором наблюдаются решетки игольчатого рутила. Ширина фотографии – 1,3 мм. Слева – николи //, справа – Х.
Особенностью долеритов во всех дайках, кроме Ново-Вильвенской, г. Дублинский Камень и водораздела рр. Березовка-Койва, является присутствие позднемагматического кварца в количестве 1-10%. Кварц выполняет интерстиции породообразующих минералов (рис. 2), иногда образует микропегматитовые срастания со щелочным полевым шпатом (рис. 4).
Содержание кварца даже в одном дайковом теле сильно варьируется. Так, из трех проб, отобранных на Ломовском карьере, в пробе 17 кварц отсутствует, в пробе 16 его содержание составило 1 %, в пробе 15 – 8 %. Очевидно, что количество кварца в одном теле меняется как по простиранию, так и по направлению от контактов к центральным частям.
Текстуры пород массивные, неориентированные, за исключением дайки левого борта р. Хмели, где наблюдается слабое рассланцевание.
Степень метаморфических изменений пород низкая, ее можно оценить как переходную от метагенеза к низам зеленосланцевой фации.
Рис. 4. Шл. 102-1 Микропегматитовый сросток кварца и пелитизированного щелочного пш (в центре) в интерстиции породообразующих. Справа внизу – агрегаты хлорита и актинолита по пироксену, слева – соссюрит по плагиоклазу, вверху – лейкоксен по титаномагнетиту. Ширина фотографии – 2,6 мм. Слева – николи //, справа – Х.
Определение химического состава проводилось с использованием программы Silicates, составленной на основе калибровочных кривых на рентгенофлюоресцентном спектрометре последовательного типа действия S8 TIGER фирмы «BRUKER» (ФРГ). Результаты приведены в таблице 1.
Анализируя химический состав изучаемых пород, можно сказать, что метадолериты обладают однообразным составом и, в целом, средними для габброидов содержаниями макрокомпонентов. На классификационной диаграмме TAS фигуративные точки составов пород занимают очень компактную область, попадают в поле основных пород нормально-щелочного ряда (рис. 5). На диаграмме AFM метадолериты усьвинского комплекса попадают в поле толеитовых серий (рис. 5)
Рис. 5. Точки составов габбродолеритов усьвинского комплекса на диаграммах TAS (слева) и AFM (справа).
Таблица 1
Химический состав габбродолеритов усьвинского комплекса по данным РФА (%)
Прим.: Мк – модуль кислотности
Оценка пригодности габбродолеритов для производства базальтового волокна
Породы усьвинского комплекса обладают постоянными химическим и минеральным составами, что отвечает одному из главных требований к базальтовому сырью [3]. Положительными факторами также являются широкая распространенность и высокая степень обнаженности пород, а также их доступность – наличие дорог и подъездов к выходам даек.
Наиболее распространенным показателем, определяющим пригодность сырья для производства базальтового волокна и его качества, является модуль кислотности Мк:
Мк сырья для производства различных видов изделий из базальтов находится в интервале 1,2 – 6,5. Причем для производства непрерывного волокна применяется сырье с показателями Мк от 3,2 до 6,5, но эти границы строго не регламентированы [4]. Мк метадолеритов усьвинской свиты варьирует в интервале 2,68-5,34, в среднем – 3,34, т. е. большинство проб соответствуют этим требованиям.
Отрицательным фактором является присутствие в большинстве исследованных проб метадолеритов кварца (1 - 10 %), как минерала с высокой температурой плавления. По некоторым оценкам количество кварца не должно превышать 3 %.
В настоящий момент отобраны технологические пробы для получения базальтового волокна на экспериментальной установке. Планируется провести исследования процессов, протекающих при плавке проб, и качества полученного волокна, которые дадут более точную информацию о пригодности пород усьвинского комплекса в качестве сырья для производства базальтового волокна.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования Пермского края (научный проект МИГ «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспечения производства высокотехнологичного базальтового волокна»).
Рецензенты:
Осовецкий Б.М., д.г.-м.н., профессор кафедры минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г.Пермь.
Наумов В.А., д.г.-м.н., директор Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета, г.Пермь.