Геохимические особенности железных руд Бакчарского месторождения (западная Сибирь)

ВЕСТНИК ТОМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

№ 305 Декабрь 2007

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 553.31

Е.М. Асочакова, С.И. Коноваленко

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД БАКЧАРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Бакчарское месторождение является одним из крупнейших месторождений железной руды в России и мире. Изучение распределения элементов-примесей в оолитовых рудах и сопутствующих им породах с одновременным рассмотрением поведения в них петрогенных оксидов способствует наиболее полному пониманию процессов осадочного минералообразования.

Оолитовые железные руды Бакчарского месторождения, расположенного в юго-восточной части Западно-Сибирской низменности, относятся к прибрежноморскому типу осадочных сидерит-гидрогетит-лепто-хлоритовых руд. Они открыты и предварительно изучены в 50-х гг. XX в. Месторождение находится на территории Бакчарского района Томской области в междуречье Андорма и Икса, являясь составной частью огромного по площади Западно-Сибирского железорудного бассейна (рис. 1). В пределах томской части бассейна выделяются пять рудных узлов - Бакчарский, Колпашевский, Парабельский, Чузикский и Парбиг-ский. Бакчарский узел с одноименным месторождением приурочен к верхнемеловым и палеогеновым отложениям, перекрытым довольно мощной толщей (160200 м) неоген-четвертичного возраста. Железные руды данного объекта связаны с несколькими горизонтами:

нарымским, колпашевским, тымским и бакчарским. Мощность продуктивных пластов колеблется от 2 до 40 м. Железорудные горизонты прослеживаются на всей площади месторождения, а также за ее пределами, разделяясь безжелезистыми или слабожелезистыми породами и нередко с размывом перекрывают друг друга. По своим структурным особенностям, химическому и минералогическому составу руды месторождения подразделяются на шесть типов: 1) плотные гети-то-гидрогетитовые руды с сидеритовым цементом; 2) рыхлые гетито-гидрогетитовые руды; 3) лептохло-ритовые руды с хлорито-сидеритовым цементом; 4) конгломератовидные лептохлоритовые руды с крупными оолитами; 5) сидеритовые руды; 6) глауконитовые руды с сидеритовым цементом. Среднее содержание железа в указанных типах руд меняется от 30 до 46% [1, 2].

Рис. 1. Западно-Сибирский железорудный бассейн [2].

Условные обозначения: 1 - горное обрамление; 2 - разведанные участки бассейна

Несмотря на значительное количество работ по геологии, литологии и генезису оолитовых железных руд Западно-Сибирской низменности, их петрохимические и геохимические исследования в литературе освещены довольно слабо. Вместе с тем в период интенсивного изучения железорудных объектов бассейна в разных источниках было опубликовано множество данных по валовому химическому анализу оолитовых железных руд и вмещающих их пород. Эта аналитика и легла в основу нашего анализа петрохимических особенностей руд. На первом этапе для всех петрогенных оксидов выборки были оценены параметры распределения: среднее арифметическое, стандартное отклонение и др. (табл. 1). Судя по собранным данным, содержание оксидов железа Бе203 и Бе0 колеблется в рудах в значительных пределах, составляющих 13,4-65,70% и 2,4437,5% соответственно. Еще в большей степени варьируется количество 8Ю2 (7,62-70,04%), коррелируясь с объемами примеси в рудах кварца и в меньшей степени силикатов. Гораздо слабее изменяется содержание А1203 (0,79%-13,76%), зависящее от объема глинистого и лептохлоритового цемента, а также состава оолитов. Постоянные примеси в рудах ТЮ2 (0,09-1,12%), по-видимому, связаны с обломочными минералами, а самые высокие его концентрации типичны для тонкой фракции [3]. Сложнее интерпретировать вариации содержания в рудах Mg0 (до 3,75%) и МпО (до 0,70%). Оба соединения могут входить в состав лептохлоритов, карбонатов и гидрооксидов железа. Однако марганец в осадочных железных рудах связывают прежде всего с железом, считая, что основная масса этого элемента осаждается вместе с ним. В ряде анализов показаны очень высокие содержания СаО (до 14,3%), частично коррелирующие с повышенной концентрацией магния. Очевидно, они обусловлены наличием в рудах карбонатов, в первую очередь кальцита. Кроме указанных элементов в анализах постоянно присутствуют Р205 (до 6,71%), Н2О (до 7,03%), а также У2О5 (до 0,56%) и 8 (до 1,68%).

Т а б л и ц а 1 Основные статистические характеристики оолитовых железных руд, масс %

Оксиды Количество Среднее Стандартное

анализов значение значение

8І02 121 23,85 12,73

ТІ02 113 0,49 0,58

А1203 117 6,20 2,22

Бе203 121 40,96 19,05

Бе0 94 12,43 9,46

МпО 68 0,30 0,15

М^О 121 1,15 0,51

СаО 117 2,16 2,66

V 2О5 29 0,19 0,14

№20+^0 49 0,88 0,48

о: си 110 1,31 0,97

8О2 34 0,26 0,35

Н20 42 3,57 1,78

Данные валового химического анализа оолитовых железных руд Бакчарского месторождения были изучены с помощью кластерного анализа в программе 8ТАТ18Т1СА. При кластерном анализе осуществляется непосредственная корреляция между изучаемыми хи-

мическими элементами, позволяющая устанавливать петрогенетический характер накопления. Тип анализа иерархический, метод расчета расстояний - коэффициент корреляции Пирсона.

Дендрограмма, построенная по результатам кластерного анализа основных петрогенных оксидов (рис. 2), позволила выявить следующие закономерности:

1. Отчетливо обособились две главные группы компонентов: I. 8Ю2, ТЮ2, Бе203, У2О5, А1203, №20+К20; II. Бе0, Са0, Р205 и Mg0. Первая группа, на наш взгляд, определяет силикатную и окисленную часть оолитовых железных руд, а вторая - фосфатную. Отрицательная корреляция между двумя группами, по-видимому, указывает на их разную генетическую природу, поскольку одни образуются в ходе осадконакопления вместе с тер-ригенными компонентами, а другие появляются во время диагенетического преобразования осадка.

2. Наиболее сильные связи в первой группе устанавливаются между Бе203, ТЮ2 и У2О5. Эта подгруппа характеризует рудный состав оолитов. Оставшиеся компоненты 8Ю2, А1203 и №20+К20 указывают на терригенно-хемогенную и глинистую составляющую оолитовых руд.

3. Группа II объединяет аутигенные минеральные компоненты. Тесная связь Са0 и Р205 подчеркивает присутствие в рудах фосфатов группы апатита, а в комбинации с Бе0 и Mg0 - виванита, керченита, коллинсита.

ЇІОЗ-------------------------------------------------------------1

Т((И--------------------------------

гйш----------------------------------------------

УІОІ-------------------------------- -------------

Д1ІОІ-------------------------------------------- —

.">чао і к: о-------------------------------------------------------

™----------------------------------------

с*о--------------------------------------

вд--------------

и*о“---------------------------------------------

ал *,1 <£ «.і й,* 0.4 л,т а.ч

Рис. 2. Дендрограмма кластерного анализа для основных петрогенных оксидов

Количественным спектральным анализом изучен состав микроэлементов в образцах оолитовых железных руд Бакчарского месторождения из коллекции минералогического музея ТГУ (табл. 2). Для наглядности представления результатов построены гистограммы содержания элементов-примесей в рудах, которые сравниваются с их кларком в осадочных породах [3] (рис. 3). Установлено, что геохимической спецификой проанализированных руд является их обогащенность 2п, 8г, Ьа, а также элементами группы железа: N1, Мп и V. Указанные элементы по имеющимся на сегодняшний день данным не образуют собственных минеральных фаз и присутствуют, скорее всего, в адсорбированном состоянии и частично в виде изоморфной примеси (8г, Ьа, Мп) в фосфатах, карбонатах и других минералах. Содержание в проанализированных рудах Со, Сг, Сё, У, 8п меньше или на уровне кларков в осадочных породах [3], а УЬ, Ві, Т1, Ве, Мо - очень низки и лежат за пределами порога обнаружения спектральным методом.

Распределение микроэлементов в оолитовых рудах и безрудных образованиях, г/т

Элемент V гп N1 Сг Со Ті Мп Си Ва гг Оа У РЬ 8г Ьа А8

Предел обнаружения

№ проб 5 30 3 10 10 3 3 3 200 30 3 5 3 100 30 0,1

5 150 150 90 26 14 1000 2570 28 - 370 5 28 9 160 120 0,7

6 230 140 22 28 11 800 790 12 223 106 8 16 8 - 70 0,1

7 60 80 25 10 10 390 3670 6 - 50 3 10 7 156 - -

8 130 130 95 16 13 100 >3000 35 214 740 8 43 10 169 100 0,4

9 100 400 85 13 19 420 2000 70 205 357 8 26 17 215 80 0,5

10 20 130 23 10 11 250 1000 180 205 102 8 23 7 - - -

11 130 70 30 10 11 400 >3000 100 292 884 9 10 6 173 220 0,1

12 260 110 20 23 12 500 560 4 - 91 5 10 7 157 450 0,2

13 190 74 20 20 10 800 390 8 270 108 8 9 9 157 150 0,4

14 320 74 16 32 10 750 630 7 220 108 8 9 11 157 130 0,5

15 180 80 17 12 10 400 1230 4 - 87 5 7 7 169 600 0,4

Примечание. 1. Предел обнаружения - минимальная концентрация, которую можно обнаружить данным методом; 2 «-» - элемент не обнаружен; 3-5, 7 - фракция 0,25-0,5, гизингеритовые бобовины; 6 - кремнисто-бобовая компонента песчаников (без цемента); 8 - фракция <0,25 гизингеритовая с мелкими бобовинами; 9, 10 - глинистая фракция окисленной оолитовой руды; 11 - неокатанная тонкообломочная, кремнисто-гидрогематитовая руда, 12 - бобовая руда с сильноокисленным гизингерит-шамозитовым цементом (скв. 3, глуб. 187,7 м); 13 - глауконитовые рудные микроолиты, бобовины и обломки; 14 - песчаник олигомиктовый с оолитовой рудой (скв. 18а, глуб. 184 м); 15 - оолито-бобовая руда с крупными неокатанными обломками кварца. Спектральный анализ выполнен в лаборатории НИЛ ЭПМ ТГУ, аналитики Е.Д. Агапова, Е.М. Цымбалова.

Г-| _ Кларк

5 6 7 8 9 10

№ образца

5 6 7 8 9

№ образца

50

45

40

35 30 •{= 25 20 15 10 5 0

ІД

П П П П п

1 2 3 4 5 6 7

№ образца

9 10 11

№ образца

— Кларк " П п г-,

11x1 м Им м п

5 6 7 8 9 10 11

№ образца

500

400

300

200

а

Ид

Я

яд

1 2 3 4 5

9 10 11

№ образца

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

П П П П

8 9 10 11

№ образца

V

Мп

/п

/г

У

Ьа

/г

3 4

Рис. 3. Гистограммы распределения микроэлементов относительно кларков их содержания в осадочных породах [3].

Номера образцов соответствуют табл. 2

Оценка характера распределения элементов-примесей по разным гранулометрическим фракциям железных руд и разным их минеральным типам показала, что высокие содержания N1 характерны для мелкой фракции (0,25-0,5 мм) гизингеритовых оолитов и глинистой фракции (<0,25 мм) окисленной руды. Высокие концентрации V и Мп типичны для всех образцов, а 2п в основном для тонкой фракции <0,25 мм. На гистограммах распределения редкоземельных элементов наблюдаются высокие содержания: У до 43 г/т -фракция <0,25 мм, Хх до 884 г/т в неокатанной тонкообломочной кремнисто-гидрогематитовой руде, Ьа до 600 г/т в оолито-бобовой руде с крупными неокатан-ными обломками кварца и УЬ до 5 г/т - также в тонкой глинистой фракции.

Нами предпринята попытка оценить по геохимическим особенностям руд фациальную обстановку их формирования. Среди большого круга элементов-индикаторов палеофациональной обстановки выбран Мп, высокие концентрации которого обнаружены во всех проанализированных пробах. Согласно [4] высо-

кие содержания Mn в осадочных железных рудах обычно характеризуют либо окислительные мелководные обстановки, либо глубоководные, в которых Mn имеет конкреционную природу накопления. Поскольку в анализированных пробах высокие концентрации элемента сочетаются с повышенными содержаниями Zr, Ti, Ba, следует говорить только о мелководных окислительных обстановках [4].

Полученные данные по геохимии и петрохимии руд Бакчарского месторождения пока носят предварительный характер, т.к. основаны на небольшом объеме аналитических исследований с ограниченной рудоносной площади. Однако совместное рассмотрение геохимии и петрохимии руд на взгляд авторов весьма перспективно, поскольку оно позволяет более полно представить процесс осадочного рудообразования. Мы убеждены, что корректные выводы об обстановках осадконакоп-ления могут делаться только с учетом всей совокупности данных по распределению как петрогенных, так и примесных элементов в рудах с обязательным учетом их минерального состава.

ЛИТЕРАТУРА

1. Западно-Сибирский железорудный бассейн. Новосибирск: СО РАН СССР, 1964. 447 с.

2. Николаева И.В. Бакчарское месторождение оолитовых железных руд. Новосибирск: АН СССР, 1967. 129 с.

3. Справочник по геохимии / Г.В. Войткевич, А.В. Кокин, А.Е. Мирошников, Г.В. Прохоров. М.: Недра, 1990. 480 с.

4. Интерпретация геохимических данных: Учеб. пособие / Под ред. Е.В. Склярова. М.: Интермет Инжиниринг, 2001. 288 с.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 6 ноября 2007 г.