О фрустумации (свойстве первичной кусковатости, агрегативности) горных пород и её влиянии на дробимость и возможность крупнокускового обогащения щелочных гранитов и карбонатитов

Поваренных М.Ю.

Отдел Геологической литературы БЕН РАН, Москва, povar@igem.ru

Многочисленные попытки некритично взятого из минералогии формально-симметрийного подхода к изучению строения горных пород, а также рассмотрение минерального зерна в качестве единственного подлинного элемента системы ╚горная порода╩ не привели к сколько-нибудь значащим теоретическим петрографически-классификационным результатам.

Как было показано нами [6,7], первичным элементом объект-системы ╚горная порода суть природный минеральный парагенезис╩ следует считать не минеральное зерно (даже для мономинеральной породы !), а некий минимальный по размерам агрегат зёрен √ её так называемая ╚элементарная ячейка╩ (или ╚фрустум╩ √ кусок, по Латыни, а явление предлагается назвать фрустумацией).

В этом случае подлинным элементом (компонентом) породы или подсистемой объект-системы ⌠горная порода■ будет некий минимальный по размерам агрегат зерен минералов - её ⌠элементарная ячейка■, тот кирпичик, ⌠размножение■ которого при помощи симметрийных (или гомологических) операций будет достаточным для воспроизведения всей породы целиком.

Одним из первых подобная идея была высказана В.И.Драгуновым и В.А.Черепановым (1971). Правда, ими тогда не были намечены основные задачи, которые вытекают из данного утверждения, главной из которых представляется задача визуализации (или выявления) элементарных ячеек в самых разнообразных горных породах. В этом отношении работы С.М.Бескина, И.С.Делицина, В.И.Индутного, А.Г.Жабина приобретают именно смысл частичной визуализации элементарных ячеек гранитов и других горных пород [4, ссылки в 6,7].

Интересно сопоставить, как эти выводы перекликаются с результатами, полученными академиком М.А.Садовским и его коллегами в 1970-80-х годах XX века по изучению гранулометрических анализов частиц торфа, песчано-гравелистой почвы, дроблёной взрывом горной породы и наблюдению спектров акустических колебаний горной породы. Ими установлена естественная кусковатость (блочность) горной породы - существование ╚преимущественных╩ (╚фиксированных╩) размеров отдельностей, образующихся при её расчленении. Для уровня горной породы эти фиксированные размеры составляли 3-5, 20-25 и 450-500 мм. Любопытно, что эта иерархическая шкала кусковатости во многом совпадает с той, что была известна индусским натурфилософам согласно ведической Энциклопедии Абхидхармы [ссылки в 6, 7].

В докладе представлены первые шаги по выявлению и визуализации фрустумов, которые были предприняты в ходе макрофизиографического петрографического анализа ряда горных пород.

Фрустумация горных пород (свойство кусковатости, агрегативности или образования элементарных ячеек) была нами впервые выявлена при воздействии коротковолнового ультрафиолетового излучения (длина волны λ=254 нанометра) на некоторые образцы Каррарского статуарного мрамора и ещё на ряд образцов горных пород различного генезиса [8,9]. Люминесцентные исследования были проведены с использованием ртутно-кварцевой лампы высокого давления СВД-120 (λ = 365 нанометра) как источника возбуждения. Фрустумы в Каррарском и Кибик-Кордонском мраморе, карбонатите из Большетагнинского месторождения и амазонит-альбитовом Этыкинском редкометалльном граните были визуализированы по ярко-голубому свечению люминесценции с полосой в районе 490 нм, которое может быть приписано [1 и Gotzee.a., 1999] излучению дефектных кислородных комплексов. Интенсивность люминесценции в соседних фрустумах (тёмно-фиолетового цвета) в этих образцах горных пород была в 2-3 раза меньше, чем у фрустумов, визуализированных по ярко-голубому свечению. Фрустумы в датолитовом скарне Дальнегорского месторождения визуализированы по светло-жёлтому свечению люминесценции двухвалентного европия с полосой в районе 445 нанометра и трёхвалентного церия с двумя полосами в районе 350 и 370 нанометров.

При вращении образцов ни интенсивность люминесцентного свечения, ни границы зон (фрустумов) с различной её интенсивностью не изменялась.

Механическая обработка (распиловка для приготовления шлифов алмазным инструментом и шлифовка абразивными порошками) также не влияла на положение границ зон с раличной интенсивностью люминесцентного свечения (фрустумов).

Отрезка алмазной пилой пластины для толстого шлифа от образца амазонит-альбитового Этыкинского редкометалльного гранита, для которого ранее была установлена фрустумация, сопровождалась разламыванием пластины по границе фрустумов (поэтому впоследствии пришлось склеивать обломки для приготовления шлифа).

Характерные размеры и форма фрустумов в исследованных горных породах существенно различаются. Наименьшие по числу их составляющих минеральных зёрен √ это фрустумы из мономинеральных горных пород - датолитового скарна, галита, силицитового кварцевого ядра пегматита и мраморов: около 25-50 зёрен в сечении (1-2 см²) и около 125-300 зёрен в объёме. Фрустумы в безрудном кальцитовом карбонатите Большетагнинского месторождения содержат 50-70 зёрен кальцита в срезе (2-3 см²) и около 300-450 зёрен в объёме. Около 300-500 минеральных зёрен содержат фрустумы из щелочного гранита Зашихинского месторождения и липарита Тырныауза (в срезе 3-4 см²или около 1000-1500 зёрен в объёме). Самые крупные фрустумы также зафиксированы в полиминеральных горных породах - амазонит-альбитовом и пегматоидном альбит-амазонитовом гранитах Этыкинского месторождения, и содержат более 1500 минеральных зёрен калиевого полевого шпата, кварца, альбита, литиевой слюды и акцессорных колумбит-танталита и циркона в срезе (6-10 см²) и более 5000-6000 зёрен в объёме.

Морфология фрустумов в исследованных образцах весьма прихотливая, и для её описания, возможно, придётся применять теорию фракталов. Подход к решению с неизбежностью возникающих при их описании симметрийных задач выявления закономерностей их пространственного расположения (выполнения горнопородного тела) намечается через использование 11 возможных сеток Кеплера-Шубникова-Делоне и 28 разбиений пространства Андреини.

Сравнение фракционного состава руд Зашихинского редкометалльно-гранитового и Большетагнинского редкометалльно-карбонатитового метсорождений [2,3,10] и преобладающего в них размера фрустумов показано в таблице 1 (образцы руды и данные паспортов проб для анализа любезно предоставлены сотрудниками ВИМСа, Москва). Заранее предсказанное нами преобладание в раздробленных рудах фракций кусков, коррелирующих с наиболее распространёнными в них размерамами фрустумов (более 50%), подтвердилось даже с лучшими показателями (59.9 и 61.02 %%, соответственно для руд Зашихинского и Большетагнинского месторождений). Это свидетельсвует о наличии ослабленных зон пограницам фрустумов в этих горных породах.

Отмечено также, что наложенные процессы (альбитизация и окварцевание в гранитах, развитие рудной минерализации √ циркона, колумбит-танталита, пирохлора и торита - в щелочном граните Зашихинского месторождения) наследуют границы фрустумов в качестве ослабленных зон в них (См. Рис. 1 и Табл. 1) и в какой-то степени подчёркивают их своим преимущественным распространением.

Эти проявленные закономерности фрустумационного строения могут быть использованы после их соответствующего предварительного исследования как при прогнозе дробимости, так и для возможного крупнокускового обогащения и видоизменения схем гравитационного обогащения руд из этих месторождений.

Литература

1. Акчурин М.Ш., Галиулин Р.В. Антисимметрия пластической деформации // Кристаллография. 1998. Т. 43. ╧ 3. С. 493 √ 495.

2. Архангельская В.В., Шурига Т.Н. Геологическое строение, зональность и оруденение Зашихинского тантал-ниобиевого месторождения // Разведка и охрана недр. 1997. ╧ 12. С. 7 √ 10.

3. Дергачёв В.Б., Анникова И.Ю. Онгонитоподобные дайки Зашихинского редкометального месторождения (Восточные Саяны) // Доклады Академии наук. 1993. Т. 332. ╧ 5. С. 614 √ 617.

4. Жабин А.Г. Синнезис и дифференциация течения в магматических расплавах // ЗВМО. 1971. Ч. С. Вып. 5. С.578-589.

5.Поваренных М.Ю. Новые данные о некоторых редкометальных минералов из карбонатитов Черниговской зоны // Новые данные о минералах. М.: Наука. 1985. N 32. СС. 82-90.

6.Поваренных М.Ю. О пространственной регулярности (⌠элементарной ячейке■) горных пород //Биохимические карбонаты антропогеновых озер и источников. Пермь.1989.С. 138-151.

7.Поваренных М.Ю. К созданию естественной классификации горных пород на основе теоретико-системной концепции ╚элементарных ячеек╩ // Система Планета Земля. Мат.VIII науч. семинара, Геологический факультет МГУ. М., РОО Гармония строения Земли и планет, 2000. С.73- 83.

8.Поваренных М.Ю. Переход от зёренного к ансамблевому (агрегативному, фрустумационному) представлению горных пород // Сб. тез. докл. Межд. Научн. Конф. ╚Фёдоровская сессия √ 2006╩. С.-Птб., 2006. С. 35 √ 37.

9. Поваренных М.Ю. Фрустумация (кусковатость, агрегативность или образование ╚элементарной ячейки╩) √ впервые выявленное свойство горных пород // Сб. тез. докл. IV Межд. Минералог. семинара. Сыктывкар, 2006. С. 65 √ 67.

10. Фролов А.А., Багдасаров Ю.А. Большетагнинский массив ультраосновных-щелочных пород и карбонатитов //Советская геология. 1967. ╧ 12. С. 80-93.

Таблица 1

Сравнение фракционного состава руд и преобладающего в них размера фрустумов

Гранулометрический состав гранитов Зашихинского месторождения после дробления в щековой дробилке до √ 100 мм (преобладающий размер фрустумов 60 мм в диаметре)
Класс крупности, мм

-100
+75
-75
+50
-50
+30
-30
+20
-20
Всего
Выход класса, %%
0
59.9
29.8
7.0
6.3
100.0

Гранулометрический состав кальцитовых карбонатитов Большетагнинского месторождения после дробления в щековой дробилке до √ 50 мм (преобладающий размер фрустумов +35 мм в диаметре)

Класс крупности, мм

+50
-50 +25
-25
Всего
Выход класса, %%
8.01
61.02
30.97
100.00

зеркало на сайте "Все о геологии"