Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 6. Слюды.

Слюды представляют группу сложных алюмосиликатов щелочных и щелочно-земельных металлов, обладающих рядом специфических особенностей. Все они кристаллизуются в моноклинной сингонии, обладают совершенной спайностью по пинакоиду [001], что позволяет расщеплять их на тончайшие гибкие эластичные пластинки; их окраска варьирует от бесцветной до зеленовато-коричневой, почти черной, плотность 2,7-3,1 г/см³; твердость 2-3. Несмотря на широкое распространение в природе различных слюд, в том числе биотита (магнезиально-железистая слюда), лепидолита, циннвальдита (литиевые слюды) и других, наибольшее промышленное значение имеют мусковит (калиево-алюминиевая слюда) и флогопит (калиево-магнезиальная слюда).

Мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH,F)₂ в качестве примесей содержит Fe 1-4%, Mg 0,2-1,1%, Na 0,1-0,7%, а также незначительные количества Mn, Rb, Cs, Li, Ba, Ca, W, Ti, V; его цвет в тонких пластинках - бесцветный и прозрачный, в толстых - зеленый, дымчатый, красноватый (так называемая <рубиновая> слюда). Мелкочешуйчатая разновидность мусковита - жильбертит (диаметр пластинок первые мм), а тонкочешуйчатая - серицит (диаметр пластинок - десятые и сотые доли мм). Натровым аналогом мусковита является парагонит.

Флогопит K(Mg,Fe)₃[AlSi₃O₁₀](OH,F)₂ окрашен в зеленовато-коричнево-янтарные (до черного) цвета, очень редко бесцветен. В качестве примесей в нем отмечаются Na, Mn, Rb, Cs, Ba, Li.

Важнейшими свойствами мусковита и флогопита, определяющими их промышленное использование, помимо способности к расщеплению на тонкие, упругие и гибкие пластинки являются: 1) высокая механическая прочность (прочность на разрыв у мусковита 330-480, у флогопита 220-480 МПа; сопротивление сжатию соответственно 420-530 и 200-260 МПа); 2) относительно высокая химическая стойкость, особенно у мусковита (под действием щелочей, соляной и серной кислот практически не разлагается); 3) термическая стойкость (жароупорность, то есть способность сохранять при нагревании физические свойства, у мусковита достигает 500-600°С, а у флогопита - 1000°С); 4) высокая электрическая прочность, определяемая напряжением, при котором происходит пробой диэлектрика (при толщине пластинок в 0,5 мм она составляет у мусковита 4,9 кэВ, у флогопита - 4,6-6,1 кэВ; она существенно понижается у мусковита при нагревании свыше 300°С, у флогопита - свыше 400-700°С); 5) небольшие диэлектрические потери, за меру которых принимают угол диэлектрических потерь (при напряжении 2000 В и частоте 50 Гц тангенс этого угла для мусковита составляет всего лишь 0,002-0,003, а для флогопита - 0,006-0,093); 6) высокое удельное объемное сопротивление в направлении, перпендикулярном к плоскости спайности, составляющее 10¹⁴-10¹⁵ ом^.см у мусковита и 10¹³-10¹⁴ ом^.см у флогопита (оно снижается вдвое при температуре свыше 250°С и до 10⁸-10⁹ ом^.см при относительной влажности 90-100%).

Перечисленные свойства слюды снижаются при наличии природных дефектов ее кристаллов: волнистости и морщинистости, зажимистости (сплетение слоев, затрудняющих их расщепление), ельчатости (волнистость и трещиноватость в радиальных направлениях от центра кристалла к середине его граней), трещиноватости, пятнистости, обусловленной наличием различных минеральных включений между плоскостями спайности, задиристости (чешуйчатый характер поверхности раскола), клиновидности (постепенное утолщение кристалла к одной из граней), присутствия газово-жидких включений.

Помимо собственно слюд (мусковита и флогопита) большое промышленное значение имеет гидрослюда - вермикулит (Mg,Fe⁺²,Fe⁺³)₃^.[(Si,Al)₄O₁₀]^.(OH)₃^.4H₂O, характеризующийся переменными количествами Fe, Mg и Al; в нем может быть существенная примесь Ca, немного Mn и Ti, а также следы Na, K, F, Ni, Cr и Ba. Цвет бронзовый желтовато-коричневый до темного, блеск яркий до перламутрового. Твердость минерала 2,1-2,8, плотность 2,5 г/см³. В промышленности к вермикулиту относят также промежуточные разновидности между биотитом и вермикулитом (гидробиотит), флогопитом и вермикулитом (гидрофлогопит).

Главным промышленным свойством вермикулита является его способность интенсивно вспучиваться при нагревании свыше 200°С с увеличением объема в 8-12 раз (предельно в 30 раз); этот процесс, сопровождаемый дегидратацией минерала, заканчивается при температурах 800-1000°С. Вспученный вермикулит является прекрасным тепло- и звукоизолятором, неплохим огнеупором, химически стоек и обладает малой плотностью. Имея в виду его термальную обработку близ места потребления, вермикулит чрезвычайно выгодно транспортировать в сыром виде.

Кристаллы слюды (мусковита и флогопита), отделенные от горной массы, с размерами пластин в плоскости спайности не менее 4 см² называются забойным сырцом. Его количество определяет запасы месторождения. На горных предприятиях в результате очистки забойного сырца от поверхностных загрязнений получают так называемый промышленный сырец - кристаллы произвольного контура любой толщины (но не менее 0,1 см), имеющие с каждой стороны полезную (бездефектную) площадь не менее 3 см². Выход промышленного сырца от забойного обычно составляет 30-50%.

По общей площади промышленный сырец подразделяют на следующие размеры: <Р.100> (100 см² и более), <Р.50> (от 50 до 100 см²), <Р.25> (от 25 до 50 см²) и <Р.4> (от 4 до 25 см²). Помимо этого, промышленный сырец по степени волнистости и легкости расслоения разделяется на два сорта: первый - кристаллы пластинчатого строения, пригодные для производства радиодеталей и других ответственный изделий, второй - остальные кристаллы, используемые в основном для производства щипаной слюды. Из первосортной крупноразмерной слюды (<Р.100> + <Р.50>) получают телевизионные (ТП), часть конденсаторных (КП) подборов и подборы для обрезных пластин. Выход ТП от исходного забойного сырца в среднем не превышает 0,02-0,2%, а выход КП - 2-5%.

Слюда, которую перед употреблением раскалывают на пластины или подвергают щипке, принято называть листовой (sheet mica). Мелкая слюда как отходы производства листовой слюды называется скрапом (ground mica). Кроме того, чешуйки мелкой слюды могут являться предметом самостоятельной либо попутной (например, с металлами) добычи. Фабрикатами листовой слюды являются так называемые подборы (пластины произвольной формы толщиной 100-400 мкм), обрезная слюда (прямоугольные пластины толщиной 5-650 мкм), щипаная слюда (пластины произвольной формы толщиной 5-45 мкм) и фасонные изделия (различной формы штампованные детали толщиной 50-100 мкм). Рудничный и фабричный скрап переводят в дробленую (диаметр частиц 160-15000 мкм) и молотую (диаметр частиц до 315 мкм) слюду.

Основными потребителями листовой слюды являются электропромышленность, радио- и телетехника, электроника и др. (85-90%). Это всевозможные электро- и теплоизолирующие прокладки в различных электронных приборах, крепежные детали, диэлектрические основы телевизионных трубок, вакуумных и полупроводниковых приборов, элементы в электростатических запоминающих устройствах ЭВМ и пр. В меньшем количестве (около 10%) она используется в качестве вставок в окна плавильных печей, бытовых приборов, в очках. Тонкие листочки щипаной слюды склеиваются между собой с помощью изолирующего клея и используются как более дешевый изолятор (так называемые миканиты: микафолии, микаленты, микалексы, слюдопласты).

Товарный скрап, дробленая, молотая слюда и чешуйки применяются для производства слюдинита и слюдопласта как заменителей миканитов, а также для изготовления огнестойких материалов, точильных камней, красок, смазок, в производстве обоев, цемента, пластмасс, рубероида и кабелей, как наполнитель в резине, в качестве инертных наполнителей буровых и цементных растворов и др.

Вспученный вермикулит широко используется в строительстве как наполнитель звуко- и теплоизоляционных штукатурок и легких бетонов. Его фильтрующие и сорбционные свойства находят применение для очистки промышленных вод и улавливания газов. В измельченном виде вспученный вермикулит является хорошим наполнителем кислотостойких масс, огнеупорного картона и бумаги, пластмасс, резины, красок и лаков, удобрений и ядохимикатов. Он добавляется в почву для улучшения ее структуры и аэрационных свойств.

Максимум мирового производства слюдяной продукции (363 тыс т) пришелся на 1990 год. Основная причина последовавшего затем спада - развал СССР, являвшегося мировым лидером по производству слюды. Около 90% мирового производства слюды приходится на мусковит и только около 10% - на флогопит. Основная часть слюдяной продукции, производимой в мире, представлена дезинтегрированной слюдой и только очень небольшое количество - высококачественными листовыми полуфабрикатами, производимыми главным образом в Индии, а также в Бразилии, Аргентине, Малагасийской Республике (мусковит); листовый флогопит получают в Канаде и Малагасийской Республике. Крупнейшим мировым производителем скрапа и чешуйки являются США (порядка 125 тыс т/год). В России добыча листовой слюды и скрапа производится в Мамско-Чуйском, Гута-Бирюсинском и Карело-Кольском районах (мусковит), Ковдорском и Алданских месторождениях (флогопит). Острый дефицит в природной листовой слюде привел к промышленному синтезу преимущественно фтор-флогопита в отдельных странах.

Мировая добыча вермикулита находится на уровне 500 тыс т. Основные производители - ЮАР и США, на которые приходится более 80% мировой добычи. Остальная часть приходится на долю Бразилии, Аргентины, Индии, Кении, Египта и других стран.

Как мусковит, так и флогопит являются продуктами эндогенных процессов, характеризующихся высокими температурами, большими давлениями и различными химическими средами. В обстановке высокой активности глинозема происходило образование мусковита, а в условиях высокой активности магния и железа - флогопита и биотита. При кристаллизации различных магматических пород образуются обычно мелкочешуйчатые слюды. В настоящее время среди такого рода образований промышленное значение имеют лишь мелкочешуйчатый мусковит в телах аляскитовых гранитов: его содержания здесь могут достигать 15% и более. Помимо этого важными промышленными источниками мелкочешуйчатого мусковита являются слюдистые сланцы, образующиеся при региональном метаморфизме амфиболитовой фации, а также некоторые глины, в которых накапливается мусковит, сравнительно устойчивый при выветривании.

Крупнокристаллический листовый мусковит формируется исключительно в составе тел гранитных пегматитов, развитых в полях метаморфических докембрийских толщ амфиболитовой фации регионального метаморфизма. Среди этих пегматитов, как плагиоклазовых, так и плагиоклаз-микроклиновых, выделяются тела в толщах биотитовых, гранат-биотитовых, амфибол-биотитовых парагнейсов и сланцев часто без видимой связи с гранитными интрузиями и тела альбитизированных редкометалльных пегматитов в контактовых ореолах гранитных интрузий.

Образование крупных кристаллов мусковита в пегматите одни исследователи связывают с поздними стадиями раскристаллизации магматического расплава при участии летучих и водных компонентов, другие полагают, что такие кристаллы являются продуктом воздействия постмагматических пневматолито-гидротермальных флюидов, метаморфизовавших пегматиты с разрушением полевых шпатов и появлением так называемого кварц-мусковитовго комплекса. Развитие такого комплекса за счет гидролиза полевых шпатов может, в частности, соответствовать следующим реакциям:

3KАlSi3O8	+ H2O →	H2KAl3Si3O12	6SiO2	K2O
ортоклаз	вода	мусковит	кварц	раствор

2NaAlSi3O8	+ KАlSi3O8	+ H2O →	H2KAl3Si3O12	+ 6SiO2	+ K2O
альбит	ортоклаз	вода	мусковит	кварц	раствор

Помимо чешуйчатых слюд в слюдоносных пегматитах выделяют три разновидности крупнокристаллического мусковита: 1) пегматоидную, представленную крупными (до 1,5 м) клиновидными, пластинчатыми, толстотаблитчатыми часто ельчатыми кристаллами по периферии кварцевого ядра зональных плагиоклазовых и плагиоклаз-микроклиновых пегматитов и являющуюся (пластинчатые кристаллы) главным источником крупной первосортной листовой слюды; 2) как продукт замещения полевых шпатов, находящуюся в тесной ассоциации с кварцем (в объемном соотношении ~ 1:1) и представленную ровными, пластинчатыми и столбчатыми, хорошо ограненными бездефектными сравнительно некрупными (до 10-15 см в поперечнике) кристаллами; 3) так называемую <трещинную> слюду в виде пластин разной величины, образующуюся, вероятно, по биотиту и имеющую чаще невысокое качество. Как правило, эти разновидности не встречаются обособленно, а сопровождают друг друга в различных сочетаниях.

Скопления крупнокристаллического флогопита устанавливаются в составе последокембрийских карбонатитовых комплексов - сложных магматогенно-метасоматических образований ультраосновных-щелочных пород, а также среди докембрийских метаморфических (скарновых?) высокомагнезиальных пород, интрудированных гранитоидами.

Формирование промышленной флогопитовой минерализации, связанной с массивами ультраосновных-щелочных пород, как полагают, происходило в третий этап становления этих массивов путем инфильтрационного (?) замещения ранних (первый этап) ультрабазитовых пород - измененных оливинитов ядра и окружающих его магматических метасоматитов - флогопитоносных (с мелким флогопитом) пироксеновых пород - продуктов замещения ультрабазитов при внедрении щелочных магм второго этапа. Щелочные дайки и карбонатитовые тела массивов, фиксирующие поздние этапы их становления, накладываются на крупнокристаллическую флогопитовую минерализацию.

Образование флогопитовой минерализации среди докембрийских метаморфических высокомагнезиальных пород, интрудированных гранитоидами, понимается по-разному. В общем случае полагают, что разнообразные диопсидовые породы, широко представленные на этих месторождениях, образовались за счет магнезиальных осадочных пород (доломитов, мергелистых известняков) в ходе регионального либо контактового метаморфизма. В последующем за счет перекристаллизации этих пород, содержавших мелкие кристаллы флогопита, появляется промышленная крупнокристалличекая минерализация. Постоянно наблюдаемый парагенезис флогопита с диопсидом, кальцитом, скаполитом, апатитом и другими минералами позволяет относить такие месторождения к группе скарновых.

Вермикулит образуется в результате гипергенной гидратации флогопита и биотита, при формировании коры выветривания. Его промышленные скопления могут возникать как за счет промышленных залежей флогопита, преимущественно связанных с карбонатитовыми комплексами, так и за счет слюдистых гнейс-амфиболовых и гнейсо-сланцевых комплексов.

В настоящее время мировыми геолого-промышленными типами месторождений слюд являются следующие.
1. Штокообразные, дайковые, линзовидные и пластовые тела аляскитовых гранитов с рассеянной мелкочешуйчатой мусковитовой минерализацией; значительные размеры этих тел (первые километры) и их близповерхностное залегание позволяют вести разработку открытым способом (месторождение Спрус Пайн в США и др.).
2. Согласные пластовые и четковидные залежи, секущие трубообразные, жильные и неправильной формы тела мусковитоносных плагиоклазовых и плагиоклаз-микроклиновых гранитных пегматитов, обычно зональные, в древних высокометаморфизованных толщах, имеющие размеры по удлинению до сотен-первых тысяч метров, по мощности в метры-десятки метров и несущие неравномерную минерализацию крупнокристаллического мусковита; они являются также промышленным источником полевого шпата и кварца, иногда редких металлов, некоторых драгоценных и поделочных камней (месторождения Мамско-Чуйской и Карело-Кольской провинций в России, Бихар, Раджастан и Андхра-Прадеш в Индии, месторождения Бразилии, Зимбабве и других стран).
3. Линзы, трубы, гнезда, жилы, неправильной формы метасоматические залежи крупнокристаллического флогопита в ассоциации с оливином, диопсидом, магнетитом, кальцитом и другими минералами в карбонатитовых комплексах ультраосновных-щелочных пород; размер залежей десятки-сотни метров; наряду с флогопитом они могут быть источником апатита, магнетита, бадделеита, а также вермикулита и других видов минерального сырья (месторождения Ковдор, Гулинское, Маган и другие в России, Лулекоп в ЮАР, Якупиранга в Бразилии, месторождения Канады, Малагасийской Республики и других стран).
4. Жилы, линзовидные, пластообразные, гнездовые, столбообразные, седловидные и другие залежи крупнокристаллического флогопита в ассоциации с диопсидом, кальцитом, апатитом, шпинелью и другими минералами среди диопсидовых, кварц-диопсидовых, скаполит-диопсидовых пород, пироксен-роговообманковых сланцев, доломитов, кальцифиров в составе древних высокометаморфизованных гранито-гнейсовых комплексов; протяженность залежей десятки-первые сотни метров, мощность метры-десятки метров; в отдельных случаях помимо флогопита промышленный интерес приобретает апатит (месторождения Алданской слюдоносной провинции в России, Памирской - в Таджикистане, ряд месторождений Канады и др.).
5. Пластовые, линзовидные, жило-, гнездо- и штокообразные залежи вермикулита, залегающие в корах выветривания массивов ультраосновных (пироксенитовых) и ультраосновных-щелочных пород, развивающиеся за счет непромышленных скоплений биотита и промышленной флогопитовой минерализации (месторождения Либби в США, Лулекоп в ЮАР, Ковдор в России и др.).

Помимо этого значительная часть добычи мелкочешуйчатого мусковита в нашей стране принадлежит грейзеновым месторождениям, где он является попутным компонентом редкометалльных руд.

Месторождение мелкочешуйчатого мусковита Спрус Пайн в США

В штате Северная Каролина добывается 60% всей слюды США. Одним из главных ее поставщиков является месторождение Спрус Пайн, расположенное в горах Блу Ридж к северо-востоку от Ашвилла.

Район месторождения сложен слюдистыми и амфиболовыми гнейсами и сланцами, а также подчиненными доломитовыми мраморами предположительно докембрийского возраста. Все эти породы рассечены небольшими палеозойскими телами дунитов, аляскитов и пегматитов. Более молодые (триасовые?) образования представлены базальтовыми силлами и диабазовыми дайками.

Промышленно интересными являются многочисленные тела аляскитов размерами около 3 х 1,5 км (в плане). Порода состоит из олигоклаза (40%), кварца (25%), обычно пертитового микроклина (20%) и мусковита (15%). Акцессорные минералы не превышают 5% и представлены биотитом, апатитом, гранатом, эпидотом и пиритом. Средний размер зерен составляет 1-1,5 см, причем наблюдается постепенный переход от крупно-грубокристаллических и пегматоидных структур в центральных частях тел к средне- и мелкокристаллическим в их эндоконтактах. Краевые части аляскитовых тел, как правило, обнаруживают ксенолиты вмещающих гнейсов и сланцев; в зоне экзоконтакта в свою очередь среди этих пород отмечаются согласные пластовые тела аляскитов и пегматитовых аляскитов мощностью до 30 м.

Аляскиты, более устойчивые к выветриванию по сравнению с окружающими метаморфическими породами, образуют положительные формы рельефа. В то же время они участками могут быть интенсивно каолинизированы до глубины 15-17 м (в единичных случаях до 30 м и более). Все это существенно облегчает проведение открытых горнодобычных работ без использования какой либо дорогостоящей техники.

Крепкие невыветрелые аляскиты после дробления разделяются на мусковитовый, полевошпатовый и кварцевый концентраты. Каолинизированные аляскиты, представляющие рыхлую массу каолинита с резко подчиненным галлуазитом, зернами частично измененного плагиоклаза и пертитового микроклина, а также эернами кварца и чешуйками мусковита, отмучиваются в воде с получением каолина и побочных продуктов - кварца и слюды.

Запасы мелкочешуйчатого мусковита на месторождении, оцененные до глубины около 15 м (50 футов), составляют 50 млн т, а полевого шпата - 200 млн т. Ежегодная добыча каолина находится на уровне 15 тыс т. Основная масса мелкочешуйчатого мусковита, получаемого на месторождении Спрус Пайн, используется в качестве инертных наполнителей промывочных жидкостей при бурении скважин.

Рис. 36. Районы распространения слюдоносных пегматитов Индии (по Р.Л.Бейтсу).

Мусковитовые месторождения Индии

Индия является лидирующей страной в мире по добыче листовой слюды (мусковита). Она дает большую часть этого сырья, поступающего на мировой рынок. Месторождения мусковита сосредоточены в трех главнейших рудных районах (рис. 36): Бихар (около 60% национальной добычи), Андхра-Прадеш (около 25%) и Раджастан (более 12%). За исключением небольшого количества флогопита, добываемого в районе Андхра-Прадеш, здесь получают исключительно мусковит, который по цвету разделяют на рубиновую и зеленую разновидности. Первая предпочтительнее для использования в электротехнической промышленности, вторая - в оптической.

Геологическая позиция месторождений в указанных районах идентична: все они представляют собой пегматитовые тела, ассоциирующие с гранитами, прорывающими архейские гнейсы и кристаллические сланцы Индийского щита. Из общего числа нескольких тысяч известных пегматитовых тел лишь около 2% являются промышленно слюдоносными. Слюдоносные пегматитовые тела различаются по форме, условиям залегания, размерам. Наиболее крупные из них характеризуются пластообразной или линзовидной формой при мощности до 30 м и более. Крупные тела, как правило, зональны: центральное кварцевое ядро окружено агрегатом полевого шпата и слюды.

Рудный район Бихар находится в северо-восточной части страны к северо-западу от Калькутты. Он представляет слюдоносный пояс шириной 25-30 км, вытянутый в субширотном направлении на 120 км. Пояс сложен слюдяными сланцами, переходящими в слюдяные гнейсы, кальциево-силикатными гранулитами, слюдистыми кварцитами и конгломератами. Встречаются также роговообманковые и кварцевые сланцы. Все эти породы прорваны гранитами и телами пегматитов.

Тела слюдоносных пегматитов залегают среди слюдяных сланцев и слюдистых кварцитов; обычно это линзовидные и жилообразные залежи, параллельные слоистости вмещающих пород субширотного направления. Преобладают тела мощностью 3-5 м, длиной по простиранию до 100-120 м. Падение самое разнообразное: наблюдаются почти горизонтальные залежи, крутопадающие и вертикальные. Многие из крупных пегматитовых тел обнаруживают зональность и дают обильную слюду высокого качества. Пегматиты, залегающие в гранитах и роговообманковых сланцах, не содержат промышленного мусковита.

Пегматиты состоят из кварца и плагиоклаза, содержат также микроклин и биотит, турмалин, апатит, гранат, редко берилл. В единичных случаях устанавливаются танталониобаты. Мусковит в пегматите встречается в виде пачек средним размером по наибольшему измерению 15-30 см и толщиной 8-10 см; единичные пачки могут достигать 1 м, тяготея обычно к краевым частям (либо к одной из них) пегматитовой залежи. По простиранию пегматитового тела зоны ослюденения прослеживаются прерывисто без какой-либо закономерности. Слюду иногда можно встретить во вмещающих породах вблизи пегматитового тела либо в ксенолитах этих пород внутри него.

Продуктивность большинства разрабатываемых пегматитовых тел составляет около 180 кг рубиновой слюды-сырца на 1 м³ жильной массы.

Рудный район Раджастан находится в северо-западной Индии к юго-западу от Нью-Дели. Здесь пегматитовый пояс шириной около 100 км вытянут более чем на 300 км от Джайпура на северо-востоке до Удайпура на юго-западе. Вмещающие пегматитовые тела породы те же, что и в районе Бихар; дополнительно к кристаллическим сланцам, гнейсам, гранулитам, кварцитам и конгломератам здесь появляются доломиты, кальциево-силикатные породы и амфиболиты. Среди мусковитоносных пегматитовых тел преобладают пологопогружающиеся согласные линзы, нередко осложненные раздувами и расщеплениями. Отдельные тела характеризуются однородным строением, другие обнаруживают зональность. Последние нередко содержат берилл, локализующийся по периферии кварцевого ядра.

Распределение мусковита в пегматитах - аналогичное описанному для района Бихар, однако большая часть добываемой здесь слюды - с темными пятнами; она также рубиновая, но указанная пятнистость, трещиноватость и изогнутость снижают качество получаемого сырья. В наиболее крупных пегматитовых телах близ Джайпура найдено много больших пластин рубиновой слюды, но, как правило, сильно трещиноватых. Однако зеленая слюда здесь высокого качества. Хорошее качество слюды свойственно также месторождениям близ Кишангарха.

Рудный район Андхра-Прадеш, расположенный к северу от Мадраса, включает знаменитый слюдоносный пегматитовый пояс Неллор, имеющий серповидную форму длиной около 100 и шириной 12-15 км. Вмещающими пегматитовые тела породами являются слюдяные, биотитовые, роговообманковые и хлоритовые сланцы, простирающиеся в меридиональном и северо-западном направлениях. Большинство слюдоносных пегматитов находится среди биотитовых сланцев, реже - среди амфиболовых и в единичных случаях - в кварцево-слюдяных, полевошпат-биотитовых и хлоритовых сланцах. Пегматитовые тела представлены согласными с вмещающими их породами жилами и линзами. Простирание их север-северо-западное и север-северо-восточное, падение близкое к вертикальному на восток или запад; горизонтальные или пологопадающие тела, как правило, отсутствуют. Длина промышленных слюдоносных пегматитовызх тел колеблется от десятков до первых сотен метров, мощность - от 1-2 до 15 м; иногда встречаются раздувы до 60 м. Пегматиты обычно имеют центральное кварцевое ядро округлой, овальной или неправильной формы в плане, окруженное кварц-полевошпатовой породой, содержащей пачки слюды. В крупных телах размер кварцевого ядра в поперечнике может превышать 30 м.

Соотношения главных минералов в пегматитах - кварца, альбита, ортоклаза, микроклин-пертита и мусковита - могут меняться. В продуктивных телах содержание альбита и микроклин-пертита выше, чем ортоклаза и микроклина. Нередко широко распространен биотит. Гранат, турмалин, апатит и берилл - обычные акцессории. Среди редких минералов встречаются ильменит, магнетит, колумбит-танталит, рубеллит, автомолит, алланит и цитролит. Зафиксированы единичные находки самарскита.

Мусковит образует в пегматитах пачки размером в поперечнике от 15 до 30 см и толщиной около 15 см. В исключительных случаях встречаются пачки размером в поперечнике до 1,5 м. Мусковит пояса Неллор светло- и палевозеленый. Известны и месторождения рубиновой слюды, а также переходной между зеленой и светло-рубиновой, называемой <медовой>. В целом слюда пояса Неллор обычно пятнистая. Чистые разновидности встречаются редко.

Распределение промышленной слюды в пегматитах крайне неравномерное. Обычно она сосредоточена возле лежачего или висячего бока тела, однако известны случаи ее нахождения в центре пегматитовых тел. Там, где есть центральное кварцевое ядро, отмечается концентрация слюды по его границам среди полевошпатовой оболочки.

В верхней части коры выветривания слюда с пятнами железистых включений и мягкая; ниже ее качество улучшается.

Геологи, изучавшие слюдяные месторождения Индии (Д.А.Дуни, С.Кришнасвами, В.С.Рой и др.), образование пегматитов связывают с гранитной магмой, интрудировавшей в дислоцированные докембрийские толщи и давшей начало различного типа гнейсам. Вслед за гранитной интрузией в сланцы по плоскостям рассланцевания проникали остаточные магматические растворы с образованием кварцевых жил и пегматитов. Растворы содержали большое количество летучих, в том числе воды, лития, бора, фтора и бериллия; проходя сквозь граниты они обогащались калием и кремнием, а за счет сланцев - натрием. Изменение состава растворов происходило и во время отложения составляющих их компонентов. Отложение и кристаллизация мусковита из растворов определялись в первую очередь соотношением в них калия, натрия и алюминия. Крупная слюда кристаллизовалась на ранней стадии формирования пегматитов, когда растворы были обогащены калием; позднее, после образования пегматитов, обогащенные натрием растворы мигрировали вдоль трещин и отлагали мелкую слюду в участках, где они локально обогащались калием.

Рис. 37. Схема геологического строения пегматитовой жилы 7 месторождения Луговка (по А.Г.Бушуеву и О.В.Казадаевой). 1 - пегматит мелкозернистый гранитовидный; 2 - пегматит крупнозернистый; 3 - блоковый плагиоклаз; 4 - пегматит графической структуры; 5 - блоковый микроклин; 6 - кварцевое ядро; 7 - известково-силикатные кристаллические породы (скарноиды); 8 - биотитовые гнейсы; 9 - контакты пегматитового тела; 10 - границы минеральных зон.

Мамско-Чуйские месторождения мусковита

Эти месторождения связаны с гигантским поясом докембрийских кристаллических гнейсов и сланцев, окаймляющих Иркутский амфитеатр. Они сосредоточены в полосе шириной около 20 км и длиной до 150 км на севере Иркутской области от верховьев р. Большой Патом (на северо-востоке) до излучины р. Чуи (на юго-западе). Эта полоса флишоидного чередования разнообразных верхнепротерозойских кристаллических пород, вмещающих тела мусковитоносных пегматитов, зажата между массивами гранито-гнейсов, гранитов и мигматитов: Чуйским на северо-западе и Верхнемамским на юго-востоке. Помимо пегматитов в пределах рассматриваемой полосы широко проявлены дайки гранит-аплитов и аплитов.

Среди вмещающих пегматиты пород наиболее часто встречаются кварциты, биотитовые, гранат-слюдяные, кианит-гранат-слюдяные плагиогнейсы и сланцы, известково-силикатные кристаллические породы, скаполитовые и графитовые сланцы, реже появляются мраморы. Все эти породы смяты в многочисленные брахиформные и линейные складки общего северо-восточного направления, иногда опрокинутые. В северо-западной части полосы широко развиты флексурообразные изгибы и многочисленные разломы типа сдвигов, а в ее центральной части - несколько крупных мигматитовых куполов, вытянутых на северо-восток и сложенных мигматитами и гранито-гнейсами.

Пегматитовые тела обычно располагаются в складках, оси которых совпадают с генеральным северо-восточным простиранием пород; как правило, они сложены плагиоклазовыми пегматитами, связанными с наиболее древними гранитоидами. В поперечных флексурообразных изгибах, более поздних по отношению к основной складчатости, чаще локализуются тела плагиоклаз-микроклиновых пегматитов, формирование которых происходило позднее плагиоклазовых. Морфология как тех, так и других пегматитовых тел разнообразна (рис. 37): это всевозможные согласные и секущие жилы, линзы, штоки, неправильные тела, размеры которых могут достигать сотен метров в длину при мощности в метры-десятки метров. С апикальными частями крупных мигматитовых куполов связаны тела гигантомигматитов (по терминологии Н.В.Петровской) неправильной формы, приближающейся к седловидной, и обнаруживающие параллельно-полосчатое и линзовидно-ячеистое внутреннее строение, осложненное многочисленными останцами вмещающих метаморфических пород; размер этих сложных тел по удлинению может составлять несколько километров.

Отдельные тела пегматитов могут быть однородными, но чаще встречаются сложные зональные образования, выполненные пегматитами с различными количественными соотношениями слагающих минералов и текстурно-структурными характеристиками.

Минеральный состав слюдоносных пегматитов включает плагиоклаз (олигоклаз, олигоклаз-андезин), микроклин-пертит, кварц, биотит и мусковит. В резко подчиненном количестве присутствуют апатит, турмалин, гранат, магнетит, гематит, ортит, дистен. По соотношению плагиоклаза и микроклина выделяют плагиоклазовые и плагиоклаз-микроклиновые пегматиты.

Распределение мусковита в пегматитах крайне неравномерное, а размеры и качество его кристаллов различные. В пегматитах блоковой (пегматоидной) структуры обычен крупнокристаллический мусковит-I с размерами кристаллов по диаметру пластин от десятков см до 1-1,5 м. Такие кристаллы практически всегда обнаруживают ельчатость, зональность, ленточную трещиноватость и другие дефекты.

По границам зон в пегматитовом теле, либо в виде отдельных гнезд, появляется мусковит-II, принадлежащий к так называемому кварц-мусковитовому комплексу. Его кристаллы пластинчатой и столбчатой формы сравнительно невелики (до 15-20 см), однако они обладают высоким качеством и поэтому являются наиболее ценным промышленным сырьем. Наконец, иногда выделяется еще одна разновидность - мусковит-III, или так называемая трещинная слюда, образующаяся по биотиту и характеризующаяся невысоким качеством.

Содержание забойного сырца в участках, обогащенных мусковитом-I, достигает 100-300 кг/м³, а мусковитом-II - 5-30 кг/м³. Промышленная значимость мусковитоносных пегматитов существенно повышается, если принять во внимание, что постоянно содержащийся в них полевой шпат является ценнейшим и весьма дефицитным керамическим сырьем.

По существующим представлениям Г.Г.Родионова, Б.М.Роненсона и других, Мамско-Чуйский слюдоносный район находится в пределах протерозойской миогеосинклинали, выполненной терригенными осадками флишевого типа. Эти толщи осадочных пород в период замыкания геосинклинали были смяты в линейные складки северо-восточного направления и подвержены региональному метаморфизму кианитового типа. Синорогенный гранитоидный магматизм в первую фазу обусловил образование плагиоклазовых гранитов и сопровождающих их слюдоносных плагиопегматитов, а во вторую, позднеорогенную, - более поздних плагиомикроклиновых гранитов и пегматитов. По данным Ю.М.Соколова, А.В.Спиридонова и других, слабомусковитоносные плагиоклазовые пегматиты датируются в 1900 млн лет, а плагиоклаз-полевошпатовые пегматиты, содержащие основную промышленную мусковитизацию, - в 800 млн лет.

Несмотря на дискуссионность проблемы генезиса мусковитоносных пегматитов района, господствующими являются представления о том, что преобладающая их часть является магматическими инъекционными телами, измененными как аллометасоматическими, так и (реже) автометасоматическими процессами постмагматических этапов. Кристаллизация магматических пегматитов происходила из остаточных расплавов, близких к эвтектике, при температурах 650-700°С и давлении 7-8 кбар. Постмагматическое преобразование пегматитов происходило при температурах 500-370°С и давлениях 5-2 кбар под воздействием богатых углекислотой растворов (Б.М.Шмакин).

Алданские месторождения флогопита

Многочисленные (более ста) месторождения флогопита, расположенные в верховьях р. Алдан и ее правых притоков Тимптон, Куранах, Чуга и Учур (Южная Якутия), объединяются в крупнейшую Алданскую флогопитоносную провинцию. Все месторождения этой провинции сложены интенсивно дислоцированными архейскими метаморфическими породами, гранитами и метасоматитами того же возраста. На некоторых из них пенепленизированный докембрийский комплекс пород перекрыт субгоризонтально залегающими кембрийскими доломитами и в редких случаях прорван мезозойскими интрузиями.

Наиболее широко распространенные метаморфические породы представлены разнообразными гнейсами и кристаллическими сланцами различных фаций глубинности биотит-гранатового, биотитового, гиперстенового, биотит-амфиболового, пироксен-амфиболового, двупироксенового составов, отличающихся по своей кислотности и железистости. Им свойственны грубополосчатые, сланцеватые, реже массивные текстуры. Меньшим развитием пользуются доломитовые и кальцитовые мраморы, а также форстеритовые, диопсид-флогопитовые и другие кальцифиры, широко представленные, однако, на отдельных месторождениях.

Среди архейских изверженных пород преобладают согласные и секущие тела аляскитов, их субщелочные фации - диопсидовые граниты, а также плагиоклазовые и калишпатовые гранит-пегматиты. Меньшим развитием пользуются наиболее ранние небольшие тела плагиогранитов.

Взаимодействие гранитоидов и метаморфических архейских пород различного состава обусловило широкое развитие гранитизации с образованием различных мигматитов и гранито-гнейсов, магматических и постмагматических метасоматитов, представленных пластообразными залежами и линзами магнезиальных (шпинель-пироксеновых, пироксеновых, флогопит-пироксеновых, пироксен-паргаситовых и др.) и редко известковых (пироксен-гранатовых и гранат-волластонитовых) скарнов. Магнезиальные скарны и сопровождающие их околоскарновые породы (пироксен-скаполитовые, пироксен-полевошпатовые, кальцифиры) локализуются в контактах магнезиальных (доломитовые мраморы) и алюмосиликатных (гнейсы, кристаллические сланцы, граниты, пегматиты) пород, развиваясь по обеим из них.

Весь архейский комплекс пород интенсивно дислоцирован с образованием системы складок северо-западного направления, осложненные крупными куполовидными структурами и многочисленными разрывными нарушениями.

Промышленная флогопитовая минерализация находится среди высокомагнезиальных диопсидовых сланцев, шпинель-паргаситовых, скаполит-диопсидовых и других пород. Она проявляется в виде крупных минерализованных зон, либо отдельных жил.

Минерализованные зоны - линзовидные, пластообразные, седловидные и другой формы метасоматические, существенно диопсидовые залежи - имеют среднюю протяженность около 70 м, а мощность - около 8 м. Распределение в них флогопита неравномерное, обычно гнездовое, с размерами последних от долей до 3-4 м в поперечнике. Флогопит темнобурый, образует кристаллы пластинчатой и короткопризматической формы максимальной величины в 40-60 см. В ассоциации с ним находятся диопсид, паргасит, скаполит, кальцит и апатит, реже плагиоклаз, магнетит и форстерит.

Флогопитовые жилы встречаются реже, залегая в различных метаморфических и метасоматических породах. Их обычные размеры: длина 2-4 м, мощность 0,2-0,3 м. Иногда они группируются в серию так называемых лестничных жил, локализованных в пределах единого благоприятного горизонта по системе параллельных поперечных или диагональных трещин; флогопит в них тяготеет к зальбандам, окружая кальцит-скаполитовую центральную часть. Известны единичные крупные жилы, находящиеся в алюмосиликатных породах, длиной до 150 м при мощности в 3-5 м; они как правило имеют симметрично-зональное строение: центральная часть сложена флогопит-диопсидовым и паргасит-диопсидовым агрегатом, находящимся в окружении диопсид-скаполитовой и диопсид-плагиоклазовой массы.

Флогопит алданских месторождений маложелезистый, с высокими электроизоляционными свойствами. Для пластово-гнездового типа минерализации выход промышленного сырца составляет десятки, а для жильного типа - сотни кг/м³.

Многолетняя продолжающаяся дискуссия относительно образования флогопитовых месторождений Алдана сводится к генезису флогопитоносных диопсидовых пород, вмещающих и образующих рудные залежи. Существует три группы взглядов на возникновение этих пород: в результате регионального метаморфизма гранулитовой фации кремнисто-карбонатных осадочных пород (диопсидовые сланцы - скарноиды), как продукт реакционного взаимодействия доломитовых мраморов и силикатного вещества в ходе мигматизации метаморфических пород в условиях амфиболитовой фации (существенно диопсидовые скарны), как естественные члены в ряду постмагматических метасоматитов (диопсидовые скарны). О возможной гетерогенности всех этих указанных в скобках и реально существующих групп диопсидовых пород свидетельствуют результаты термобарогеохимических исследований (Громов А.В., Филипшин Ф.Л.): пласты диопсидовых сланцев формировались при температуре 820-900°С, давлении 500-730 МПа; диопсид-флогопитовые сланцы магматического этапа кристаллизовались при температуре 700-830°С и давлении 400-680 МПа; температура образования диопсида из флогопитоносных метасоматитов составляет 500°С, давление 350-400 МПа. Слабощелочные и существенно кальциевые минекралообразующие флюиды при формировании диопсидовых сланцев были фтор-хлор-бикарбонатными, скарнов - хлоридно-бикарбонатными и флогопитоносных метасоматитов - бикарбонатно-сульфатными.

Рис. 38. Геологическая схема Ковдорского массива (по В.И.Терновому, Б.В.Афанасьеву, Б.И.Сулимову, О.М.Римской-Корсаковой, А.А.Кухаренко и др.).

Ковдорское месторождение флогопита и вермикулита

Расположенный в юго-западной части Кольского полуострова Ковдорский массив щелочных-ультраосновных пород является чрезвычайно сложным по своему геологическому строению (рис. 38). Морфологически это вертикальное трубообразное концентрически-зональное тело, прорывающее интенсивно дислоцированные архейские кристаллические гнейсы и сланцы Беломорской серии, с площадью выхода на поверхность около 40 км². По данным абсолютной геохронологии возраст массива определяется в 338-426 млн лет (поздний силур-ранний карбон).

Формирование массива было многофазовым, причем внедрение и кристаллизация последующих порций магмы сопровождалось образованием контактово-реакционных метасоматитов. В первую фазу произошло внедрение оливинитов, сохранившихся в виде центрального ядра площадью 10-12 км² и реликтов в восточной и южной частях массива. Вторая фаза - кольцевая интрузия ийолит-мельтейгитов и ийолит-уртитов - сопровождалась образованием зоны магматических метасоматитов по оливинитам мощностью 1,5-2 км и ореола фенитизации во вмещающих массив гнейсах и мигматитах. Зона магматических метасоматитов представлена последовательно сменяющими друг друга образованиями (в направлении оливинитов): щелочными пироксенитами - слюдяно-пироксеновыми породами и бурыми флогопитовыми слюдитами - пироксенизированными оливинитами; в случае, если щелочная интрузия имела ийолит-уртитовый состав, то указанный ряд метасоматитов приобретает другой вид: мелилитовые породы - монтичеллиты - оливиниты, частично замещенные мелилитом и монтичеллитом. В составе всех этих метасоматических пород отмечается большое количество мелкочешуйчатого флогопита.

Перечисленные магматические интрузивные и метасоматические породы подверглись воздействию постмагматических флюидов с образованием постмагматических метасоматитов, представленных гранат-амфибол-везувиан-диопсид-кальцитовыми скарнами, развивающимися по оливинитам и магматическим метасоматитам, а также еще более поздними флогопит-диопсид-оливиновыми породами (флогопитовый комплекс) и апатит-магнетитовыми рудами. Флогопитовый комплекс содержит крупные кристаллы слюды и является рудой. Он образует полукольцевую зону в северной части массива, развиваясь по оливинитам, магматическим и всем предшествующим постмагматическим метасоматитам.

Породы флогопитового комплекса секутся дайками полевошпатовых ийолитов третьей фазы внедрения. Еще более молодыми образованиями являются карбонатиты, слагающие жилы и неправильные тела, встречающиеся во всех породах массива и в прилегающих к нему архейских метаморфических толщах. В верхней части массива в основном по оливинитам и флогопитовым породам развита доледниковая кора выветривания мощностью до 100-150 м.

Рис. 39. Геологический разрез через Главную флогопитовую залежь Ковдорского месторождения (по Б.В.Афанасьеву и Б.И.Сулимову). 1 - четвертичные отложения; 2 - кора выветривания слюдоносных пород (зоны: а - вермикулитовая, б - гидрофлогопитовая); 3 - дайки полевошпатовых ийолитов; 4 - оливиновые породы с флогопитом, гигантозернистые; 5 - флогопит-оливиновые породы, гигантозернистые; 6 - флогопит-диопсидовые породы, гигантозернистые с оливином; 7 - флогопит-диопсид-оливиновые породы мелко-и среднезернистые; 8 - флогопит-диопсид-оливиновые породы крупнозернистые; 9 - флогопитизированные и диопсидизированные оливиниты; 10 - мелилитовые породы; 11 - гранатовые скарны.

Промышленная зона флогопит-диопсид-оливиновых пород с крупнокристаллической слюдой огибает с севера оливинитовое ядро в виде подковы длиной 8-10 км и мощностью до 1 км. В составе пород этой зоны флогопит, оливин и диопсид, составляющие до 95%, находятся в разных соотношениях. Второстепенные минералы: магнетит, апатит, кальцит, кроме того, тремолит, монтичеллит, амфибол; акцессорные: бадделеит и др. Флогопитовые рудные тела в этой зоне имеют линзовидную и жилообразную формы; самое крупное из них - Главная залежь - пологопадающая на северо-запад слепая линза мощностью 10-100 м, прослеживающаяся на несколько сотен метров (рис. 39). Центральная часть Главной залежи мощностью до 20 м сложена пегматоидными и гигантозернистыми флогопит-оливиновыми породами, а ее краевые (периферические) части мощностью 5-20 м - пегматоидными флогопит-диопсидовыми либо мономинеральными флогопитовыми и диопсидовыми образованиями.

Флогопит в рудах распределен неравномерно: он образует практически мономинеральные гнезда, крупные кристаллы, карманы размером до 10-20 м. Промышленный флогопит - темно-зеленый, железистый в виде толстотаблитчатых кристаллов нередко мозаичного строения, с обилием пятен, закрытых участков расслоения, волокнистостью и трещиноватостью, мелкими включениями апатита, кальцита, диопсида и магнетита. Наиболее крупные кристаллы могут достигать размеров в несколько метров. Средний выход промышленного сырца по месторождению составляет 46,6%.

По В.И.Терновому и другим, образование крупнокристаллического флогопита на месторождении происходило метасоматическим путем главным образом за счет слюдяно-пироксеновых пород и мелилитизированных оливинитов по следующей схеме:

8Ca2Mg(SiO7) +	2NaCaAl(Si2O7) +	4(Mg,Fe)2(SiO4) + 2H2O + K2O + 10CO2 →
скерманит	Na-мелилит	оливин

→ 2K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2 +	9Ca(Mg,Fe)(SiO3)2 +	8СaCO3 +	(Ca,Mg)(CO3)2 +	Na2O;
флогопит	диопсид	кальцит	доломит	раствор

Промышленная вермикулитовая залежь месторождения связана с линейно-площадной корой выветривания флогопит-диопсид-оливиновых пород (флогопитовый комплекс) и в меньшей степени флогопитсодержащих оливинитов. Максимальная мощность коры (свыше 100 м) устанавливается в центральной части массива, вдоль пересекающего его разлома. В разрезе коры выделяются три зоны (сверху вниз): сунгулит-гидрохлоритовая (мощность 50-100 м), вермикулитовая (1-60 м) и гидрофлогопитовая (5-35 м); ниже следует зона дезинтеграции(1-150 м) флогопит-диопсид-оливиновых пород. Все три верхние зоны коры содержат промышленные руды сунгулит-вермикулитового, вермикулитового и гидрофлогопитового состава. Содержание вермикулита варьирует от 5 до 30%. Руды с содержанием вермикулита более 20% считаются богатыми при условии, что свыше 70% вермикулитовых чешуек имеют размер более 0,5 мм. Вермикулитовые и гидрофлогопитовые руды обогащаются хорошо с получением вермикулитового концентрата 90-98%. Сунгулит-вермикулитовые руды трудно поддаются обогащению из-за обилия глинистых минералов; полученный из них концентрат содержит до 50% вермикулита.

По М.Н.Чуевой и В.И.Терновому, превращение флогопита в вермикулит состояло в непрерывной его гидратации, выносе калия и окислении двухвалентного железа. Переход вермикулита в сунгулит заключался в разрушении трехслойной решетки вермикулита, выносе железа и алюминия и образовании минерала типа лизардита. Дальнейшее развитие процесса выветривания вело к замещению лизардита сепиолитом. Таким образом, сунгулитовая порода представляет смесь лизардита, сепиолита и вермикулита и образуется за счет вермикулита, который в свою очередь представляет продукт изменения флогопита.

Назад | Содержание | Вперед