Неметаллические полезные ископаемые.

Глава 9. Барит и витерит.

Природный сульфат бария - барит или тяжелый шпат (BaSO₄) встречается в виде зернистых масс и хорошо оформленных кристаллов нередко крупных размеров. Изредка попадаются очень крупные кристаллы оптического барита, однако чаще они замутнены газово-жидкими включениями и микротрещинами. Для минерала характерны белый и серый цвет, стеклянный или перламутровый блеск, неровный излом и совершенная спайность. В качестве примесей в барите присутствуют кальций и стронций, иногда встречаются разновидности, содержащие свинец и радий. Его теоретическому составу соответствует 65.7% ВаО и 34,3% SO₃.

Основным технологическим свойством минерала является высокая плотность (4,3-4,6 г/см³), заметно снижающаяся однако с увеличением в нем примесей и включений; в сочетании с химической инертностью, малой абразивностью, обусловленной низкой твердостью (2,5-3,5), и сравнительно невысокой стоимостью это предопределяет основную область использования барита как наилучшего утяжелителя промывочной жидкости при бурении глубоких скважин: около 75% из более чем 7 млн т ежегодной мировой добычи минерала используется с этой целью.

Из других свойств существенны высокое содержание бария, высокая адсорбционная способность к рентгеновскому излучению, нерастворимость в воде и слабых кислотах, прозрачность крупных кристаллов, ядовитость бариевых соединений. Перечисленные свойства обусловили применение остальных 25% барита в качестве белого наполнителя бумаги, в производстве жестких сортов резины, гидравлического бариевого цемента, специальных штукатурок и тяжелых бетонов, изолирующих рентгеновское излучение, в производстве керамики и специальных стекол, в химической и лакокрасочной промышленности для получения красок, бариево-цинковых белил, всевозможных солей и препаратов бария, включая инсектициды (ядовитые соединения, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с грызунами и др.), в черной металлургии в качестве раскислителя. Молотый барит в смеси с латексом и горячим асфальтом применяется для покрытия взлетно-посадочных полос и обычных дорог, обеспечивая получение прочного и гибкого слоя. Крупные бездефектные прозрачные кристаллы барита используются как пьезооптическое сыре. Сплавы с участием бария употребляют для изготовления газопоглотителей, типографских и антифрикционных изделий, а его соединения - в производстве сегнетоэлектриков и материалов для защиты от радиоактивного и рентгеновского излучения.

Другой промышленный минерал бария - природный карбонат витерит (ВаСО₃) по своим физическим свойствам близок бариту, отличаясь несколько большей твердостью и сравнительно хорошей растворимостью в воде и слабых кислотах. Значительно меньшая распространенность в природе резко сужает возможность его практического использования.

Руды барита и витерита обычно всегда требуют обогащения. Наиболее легко обогатимыми являются песчано-баритовые и глинисто-баритовые руды. Труднее обогащаются барит-кварцевые и барит-флюоритовые руды (особенно при тонком взаимном прорастании этих минералов), их переработка рентабельна при содержании барита более 35-40%. Наиболее трудно обогащаются руды, содержащие оксиды железа. Для витеритовых руд, используемых главным образом в химической промышленности, содержание витерита должно превышать 36%. Товарный барит может представлять гравитационный и флотационный концентраты, тонкоизмельченный (молотый) и грубоизмельченный (кусковый) барит.

Качество баритового концентрата определяется его принадлежностью к различным классам и маркам (табл. 11). Концентрат класса <А> как наполнитель и сырье для получения солей бария используется в химической, лакокрасочной, цементной, строительной и др. отраслях промышленности, а концентрат класса <Б> (марки КБ-3, КБ-5, КБ-6) как утяжелитель идет на нужды нефте- и газодобывающей промышленности.

В связи с все расширяющимся перечнем областей использования барита, а главное с ростом объема глубокого бурения на нефть и газ, его добыча и потребление в целом возрастают. В настоящее время при общей мировой добыче барита свыше 7 млн т/год лидирующее положение занимают КНР (до 3,5 млн т), США (до 0,7 млн т), Индия (до 0,5 млн т) и Марокко (0,35 млн т), оставшаяся часть приходится в основном на Мексику, Иран, Таиланд, Болгарию, Германию, Испанию, Северную Корею и Турцию. В России максимум добычи составил 0,16 млн т (1996 г.), в Казахстане - 0,135 млн т (1994 г.), в Грузии - 0,012 млн т (1995 г.).

Сырьевая база баритдобывающей промышленности представлена как собственно баритовыми, так и комплексными месторождениями. По минеральному составу в первых могут быть монобаритовые, барит-витеритовые, кварц-баритовые и кальцит-кварцево-баритовые руды, а в комплексных месторождениях - барит-флюоритовые, редкометалльно-барит-флюорит-железорудные, барит-колчеданные и барит-полиметаллические. В России и Казахстане по промышленным запасам и добыче преобладают месторождения сульфидно-баритовых руд (барит-колчеданные и барит-полиметаллические), среди которых могут появляться обособленные тела собственно баритовых руд (например, на месторождении Кварцитовая Сопка в Хакассии - одном из главных разрабатываемых объектов в России).

Генетически подавляющее большинство баритовых и комплексных баритсодержащих месторождений являются гидротермальными (в том числе гидротермально-осадочными), реже - делювиальными и элювиальными россыпными. Дело в том, что в процессе магматической дифференциации барий, поступающий из глубинного очага, рассеивается, изоморфно замещая калий в породообразующих и акцессорных минералах (микроклине, ортоклазе, гиалофане, цельзиане, некоторых слюдах и др.), не давая промышленных скоплений. В гидротермальном процессе, наоборот, происходит концентрация бария с образованием собственных минералов - барита и витерита. Кристаллизация этих минералов из гидротермальных растворов (природа которых часто дискуссионна) подтверждается в частности присутствием в них газово-жидких включений, гомогенизирующих в широком интервале температур (по данным различных авторов от 380°до 50°C). Считается, что минералообразование происходит в обстановке повышенного парциального давления кислорода. В условиях гипергенеза при выветривании горных пород содержащийся в их минералах барий переходит в раствор и переносится в область седиментации, накапливаясь там преимущественно в глинистых осадках. Кроме того, в область седиментации (морской либо озерный бассейн) могут поступать барийсодержащие гидротермальные растворы - дериваты магматической (чаще вулканической) деятельности и отлагать в соответствующих условиях барит и другие минералы. Если в зону выветривания попадает плохо растворимый барит, то он способен образовать значительные элювиально-делювиальные скопления за счет разрушения и выноса сопутствующих минералов окружающих пород.

Все многообразие собственно баритовых месторождений, имеющих существенное практическое значение, может быть сведено к трем основным геолого-промышленным типам: жильному, стратиформному и песчано-валунчатому в корах выветривания. Ведущими являются первые два. Жильные месторождения по запасам обычно мелкие (до 100 тыс. т сульфата бария), но чаще сложены богатыми рудами (более 75% сульфата бария); получаемое при их отработке сырье используется в отраслях, предъявляющих высокие требования к его качеству. Стратиформные месторождения как правило крупные (свыше 1 млн. т сульфата бария), простой морфологии, легкие в разработке (часто возможна открытая добыча); в основных баритодобывающих странах они обеспечивают более 80% добычи, а сырье, получаемое при их отработке, используется в качестве утяжелителей буровых растворов.

Жильный тип объединяет определенно эпигенетические гидротермальные жилы, неправильные тела, линзы и зоны брекчирования, сформировавшиеся путем отложения барита из гидротермальных растворов в полостях секущих разломов, межслоевых трещин, зон брекчирования, в пустотах растворения и пр. среди осадочных, изверженных и метаморфических пород. Отдельные жилы прослеживаются по простиранию на 1-2 километра; мощности жил и линз как правило изменчивы, варьируя от сантиметров до метров - первых десятков метров; предельная глубина развития баритового оруденения в жилах не установлена. Минерализованные зоны брекчирования выполнены обломками вмещающих пород, сцементированными баритом и витеритом (так называемые баритовые брекчии). В зависимости от минерального состава выделяют баритовые, барит-витеритовые, барит-сидеритовые, кварц-баритовые, кальцит-баритовые и кварц-кальцит-баритовые жилы и другие тела этого типа. Классическими примерами баритовых месторождений жильного типа являются Арпакленское и Елы-Су в Туркмении, Чордское и Кутаисская группа в Грузии, Дрождяк, Златник и Запаленица в Чехии, ряд месторождений Германии, Болгарии, Турции, Греции, Марокко и др. стран. В России к этому типу относится месторождение Туманный перевал на Дальнем Востоке.

К стратиформному типу месторождений относятся согласные пластовые и линзовидные залежи барита в разрезах осадочных и вулканогенных пород. Размеры этих залежей могут достигать нескольких квадратных километров, а мощности 15-20 и более метров. Среди них имеются как гидротермально-метасоматические образования, сформировавшиеся путем метасоматического замещения благоприятных пород гидротермальными растворами (как, например, Апшринское месторождение в Грузии), так и хемогенно-осадочные, становление которых связано с отложением барита в бассейне осадконакопления (месторождение Чиганак в Казахстане). Особое место занимают вулканогенно-осадочные залежи, также сформировавшиеся на или близ поверхности морского дна при осаждении здесь барита в результате смешивания восходящих барийсодержащих гидротермальных растворов с морской водой, обогащенной сульфат-ионом (месторождения о-ва Хоккайдо в Японии).

Стратиформный тип месторождений является ведущим: с ним связана основная доля запасов и добычи в мире. Значительные масштабы месторождений и простая морфология их рудных тел с достаточно высоким содержанием в них барита (50-95%) позволяют широко использовать современные горную технику и технологию, что делает разработку этих месторождений экономически весьма эффективной. К рассматриваемому типу принадлежат наиболее крупные осадочные месторождения на юге Китая, приуроченные к нижнепалеозойской формации черных сланцев (Синьхуан, Лайбинь и др); пластовые месторождения в девонских кремнисто-сланцевых толщах штатов Невада (Грейстон и др.), Джорджия, Арканзас и др. в США; крупнейшее в мире месторождение Мамгампет (штат Андхра-Прадеш, Индия), две пластовые согласные залежи которого в протерозойских витрокластических туфах имеют длину 750 м и 200 м при максимальных мощностях 40 м и 12 м соответственно, а содержания барита в рудах достигают 94%; одно из крупнейших месторождений Европы - Баллино близ Сильвермайнса (Ирландия); уже упоминавшиеся месторождения Апшринское (Грузия) и Чиганак (Казахстан); ряд месторождений Франции, Таиланда и др. стран. В России стратиформный тип представлен Хойлинским (Коми), Толчеинским (Хакасия) и другими месторождениями.

В последнее время китайскими геологами выделен стратиформно-жильный подтип рассматриваемого типа, для месторождений которого свойственно сочетание пластовых и жильных промышленных залежей барита. Считается, что первично пластовые согласные баритовые тела были преобразованы в комбинированные пластово-жильные в ходе единого этапа минерализации, по-разному проявившегося в различных структурно-тектонических условиях. Обычно жильные тела локализованы под горизонтом стратиформных руд. Характерным представителем этого подтипа является месторождение Лайбинь (провинция Гуаньси).

Тип песчано-валунных месторождений кор выветривания включает остаточные залежи элювиальных и делювиальных глин с обломками барита, образовавшимися за счет подстилающих пород (чаще всего доломитов). Величина баритовых обломков варьирует от песчанистых до валунных и глыбовых. Размер самих залежей также различается от небольших до значительных. Их близповерхностное залегание, легкость отделения обломков от неконсолидированной глинистой массы делают эти месторождения чрезвычайно привлекательными для разработки даже при небольших (менее 10%) содержаниях в них барита. Еще сравнительно недавно месторождения этого типа в штатах Миссури и Джорджия были главным источником получения барита в США. В нашей стране данный тип представлен Медведевским месторождением на Урале, а в Казахстане - Джалаирским. Месторождения этого типа имеются в ЮАР.

Арпакленское барит-витеритовое месторождение в Туркмении

Арпакленское барит-витеритовое месторождение находится на юге Туркменистана в западных отрогах хребта Копет-Даг. Площадь месторождения сложена глинами, песчаниками, глинистыми сланцами и известняками мелового и третичного возраста. Слабо наклонное (8-10°) залегание домиоценовых пород обусловлено наличием куполовидных складок, разбитых сбросо-сдвиговыми разрывными нарушениями северо-западного и субмеридионального направлений. Основной рудоконтролирующей структурой месторождения является мощная (25-30 м) зона брекчирования вдоль меридионального сброса, прослеживающегося на расстояние свыше 4 км, среди меловых песчаников, известняков и глинистых сланцев. В составе этой зоны разведано 15 жилообразных, линзовидных и неправильной формы рудных тел мощностью от 0,2 до 8,0 м с четкими контактами без признаков изменений вмещающих пород. Одно из таких самых крупных тел находится на фланге зоны брекчирования; оно имеет жилообразную форму, протяженность в 30 м и мощность 1-1,5 м.

Рудные тела выполнены баритом (до 90%) и витеритом, содержание которого изменяется в широких пределах, достигая 15% и более. Кроме того, присутствуют кварц и кальцит, а также пирит, халькопирит, галенит, сфалерит, иногда киноварь. Вкрапленность сфалерита тяготеет к зальбандам тел, захватывая вмещающие песчаники, тогда как зерна галенита появляются ближе к центральным частям.

Барит белый, желтоватый или бледно-розовый, нередко раздробленный, содержит большое количество газово-жидких включений. Витерит чаще встречается в центральных частях рудных тел; он образует крупные идиоморфные и мелкие ксеноморфные кристаллы, а также псевдоморфозы по бариту. В отдельных телах витерит представлен радиально-лучистыми агрегатами кристаллов медово-желтого цвета.

Считается, что образование рудных тел происходило из гидротермальных растворов путем отложения в открытых полостях вначале сульфидов, затем барита и, наконец, витерита. Последний формировался метасоматическим путем по бариту с участием углекислых растворов. Источник гидротермальных растворов неясен: в районе месторождения изверженных пород не установлено.

Рис. 52. Структурно-литологическая схема Чордского баритового рудного поля (по В.В.Надирадзе) и схематизированный геологический разрез в центральной части (по материалам геологов Чордской ГРП). 1 - песчаники, глинистые сланцы, верхний лейас;2-5 - вулканогенная свита, байос; 6 - глины, глинистые песчаники, келловей-оксфорд; 7 - рифогенные известняки, оксфорд; 8 - известковистые песчаники, глины, известняки, киммеридж; 9 - песчаники, чокрак; 10 - баритовые жилы; 11 - тектонические нарушения.

Чордское месторождение барита в Грузии

Типичным представителем жильных месторождений барита является Чордское в Закавказье (Грузия). Оно расположено на водоразделе рек Джеджора и Чордула и приурочено к зоне разломов северо-западного простирания, осложняющей юго-западное крыло Чордско-Сохтинской антиклинали субширотного направления. Антиклиналь сложена отложениями юры, палеогена и неогена. Ее ядерная часть выполнена лейасовыми кварцево-слюдистыми песчаниками и глинистыми сланцами общей мощностью около 0,5 км. Баритовая минерализация локализована главным образом в байосских туфобрекчиях, туфоконгломератах и кислых эффузивах так называемой порфиритовой свиты мощностью около 1 км и в киммериджских известняках.

Рудоносная зона, включающая серию параллельных и сопряженных с ними (по оперяющим разломам) жил, представляет полосу шириной 250-300 м, вытянутую с северо-запада на юго-восток на расстояние 3,5 км. Падение жил - восточное и северо-восточное под углами от 15 до 80° (рис. 52). Они имеют сложную форму, характеризующуюся многочисленными раздувами, пережимами и апофизами. Всего на основных участках месторождения Лесора и Гвалвана выявлено и разведано 15 жил с многочисленными апофизами. Протяженность жил по простиранию от 150 до 300 м, по падению они прослежены до 230 м. Мощность жил от 0.3 до 3.5 м, увеличиваясь в раздувах до 12-15 м.

Главными минералами жил являются барит (20-96%), кальцит (5-40%) и иногда кварц. В зависимости от соотношения между ними выделятся три типа руд: баритовые (более 50% BaSO₄), кальцит-баритовые (25-50% BaSO₄) и брекчиевые кварц-кальцит-баритовые. Изредка отмечается витерит. В незначительном количестве присутствуют пирит, марказит, галенит, сфалерит, халькопирит, киноварь, а также вторичные минералы: лимонит, малахит, ковеллин, церуссит, куприт, халькозин, гидроксиды марганца. Указывается на наличие марганцовистого кальцита и цеолитов.

Перечисленные руды проявляются в жилах незакономерно. Широко развитые баритовые и кальцит-баритовые руды могут сменять друг друга на коротком расстоянии. Брекчиевые кварц-кальцит-баритовые руды играют подчиненную роль. Доминирующий в рудах барит подразделяется на крупнокристаллический (1-я генерация) и мелкокристаллический (2-я и 3-я генерации). Кальцит подобно бариту образует три генерации: первые две в виде прожилков и линз приурочены к зальбандам жил.

Околожильные изменения вмещающих вулканогенных пород проявлены неравномерно и выражены каолинизацией, хлоритизацией, серицитизацией, пиритизацией и окварцеванием. В тектонически осложненных контактах жил появляются глинки трения, жирные на ощупь и рассыпающиеся при высыхании.

Подземными горными выработками установлено пересечение пород келловея и лузитана Главной жилой месторождения, на основании чего возраст баритового оруденения определяется в пределах поздней юры - третичного времени. Среди геологов, изучавших месторождение, нет разногласий относительно отложения баритовых и барит-кальцитовых жил из гидротермальных растворов в полостях рудовмещающих трещинных структур в байосских вулканитах. По данным гомогенизации газово-жидких включений в барите (Учамейшвили и Малинин) температура его кристаллизации находится в пределах 115-40°C, однако в некоторых образцах кварца, ассоциирующего с баритом, двухфазовые включения гомогенизировали при температуре 230-250°C. Вопрос об источнике гидротермальных растворов решается неоднозначно: по Г.Дзоценидзе это еще не вскрытые эрозией батские интрузивы, по Н.Шония - гипотетические гранитные инрузии, залегающие на глубине и обусловившие рудные процессы с послераннемелового по постэоценовое время.

В 80-х гг. минувшего столетия месторождение разрабатывалось подземным способом. Обогащение руды проводилось по комбинированной схеме с получением гравитационного и флотационного концентратов. Получаемый из бессульфидных руд баритовый гравитационный концентрат имел высокую степень белизны и использовался как сырье в лакокрасочной промышленности. Проводились успешные испытания по утилизации сульфидсодержащих и бедных кальцитсодержащих руд; в первом случае разрабатывалась технология по магнитной сепарации пирит-баритового гравитационного концентрата с целью его очистки от пирита, во втором - получение двухкомпонентного барит-кальцитового продукта, также пригодного для лакокрасочного производства.

Рис. 53. Схема геологического строения Хойлинского месторождения: А - план , Б - разрез (по Н.В.Лютикову). 1 - терригенные отложения граувакковой формации (яйюсская свита C1-2jj); 2 - отложения перекрывающей (надрудной) известняково-глинисто-кремнисто-сланцевой (пестросланцевой) формации (няньворгинская свита D3-C1nv); 3-7 - отложения рудоносной кремнисто-кварцито-сланцевой формации (пагинская свита D2-3pg): 3-5 - верхняя терригенная пачка (I): 3 - нерасчлененная; 4 - глинистые, алевроглинистые сланцы; 5 - алевролиты и песчаники кварцевые, кварцитовидные; 6 - средняя кремнисто-сланцевая пачка (II); 7 - нижняя терригенная пачка (III); 8 - рудные залежи; 9 - тектонические нарушения; 10 - разведочные профили.

Хойлинское месторождение

Месторождение расположено на западном склоне Полярного Урала в 50 км к юго-западу от ж/д станции Елецкая в Республике Коми. Геологически оно находится в северной части Лемвинской структурно-формационной зоны с широким развитием в ней палеозойских кремнисто-терригенно-сланцевых комплексов пород. Стратиформные рудные залежи приурочены к верхам песчано - сланцевой толщи пагинской свиты (D_2-3pg), перекрываясь углисто-глинисто-кремнистыми сланцами няньворгинской свиты (D₃-C₁nv). Породы смяты в субкоробчатые складки и находятся в перевернутом залегании; они осложнены разломами северо-восточного направления с амплитудами перемещения до 500 м (рис. 53).

Первоначально единая пластообразная рудная залежь протяженностью в несколько километров смята в складки и разделена разломами на три самостоятельных, пространственно разобщенных рудных тела (Восточное, Центральное и Западное) с господствующим юго-восточным падением (35-65°) и выходом на поверхность под маломощный (2-4 м) покров рыхлых отложений. Рудное тело Восточное прослежено по простиранию на 1,5 км, по падению более чем на 0,5 км, при изменчивой мощности от 0,3 до 17,5 м. Центральное рудное тело с раздувом и многочисленными безрудными прослоями в центральной части (суммарная мощность около 40 м) при средней мощности около 6,4 м прослежено по простиранию на 0,4 км. Тело Западное протяженностью в 0,9 км имеет среднюю мощность до 5,5 м. Суммарные балансовые запасы руд этих рудных тел по категориям В и С1 составляют около 2,2 млн т при среднем содержании барита 85,4%.

Рудные тела сложены существенно баритовыми, карбонатно-баритовыми, кремнисто-баритовыми и кремнисто-карбонатно-баритовыми рудами. Первые наиболее распространены; карбонатно-баритовые, кремнисто-баритовые и карбонатно-кремнисто-баритовые разновидности тяготеют к кровле рудных тел. Помимо господствующих барита, кварца и кальцита в их составе присутствуют халцедон, пирит, гидрослюда, хлорит, серицит, гидрогётит и другие минералы; повсеместно отмечается фосфатное и органическое (антроксолит) вещество. Барит представлен двумя генерациями: барит-1 - бесцветные, прозрачные кристаллы размером до 1 мм, корродируемые кварцем; барит-2 - тонкозернистые агрегаты удлиненных или изометричных зерен размером до 0,1 мм. Основную массу руд представляет тонкозернистый барит второй генерации. Структуры руд - тонкозернистые и разнозернистые. Преобладают тонкополосчатые и линзовидно-тонкополосчатые текстуры, реже встречаются конкреционные и брекчиевидные. Полосчатость обусловлена неравномерным послойным распределением главных и второстепенных минералов.

По условиям рудоотложения месторождение относится к гидротермально-осадочному типу. По данным Н.П.Юшкина и др. в формировании месторождения отчетливо выделяются два этапа: на первом из них в условиях океанического дна при смешивании барийсодержащих гидротерм с обогащенной сульфатами морской водой образовывались массивные и слоистые рудные тела с незначительными диагенетическими изменениями; на втором - баритовые тела испытали значительные пликативные и дизъюнктивные дислокации, в результате которых возникли метагенетические текстуры и структуры руд, а также новые минералы - серицит, витерит, кальцит, альбит и кимрит.

Хойлинское месторождение - крупное. Из его руд путем простого помола возможно получение баритового концентрата всех марок. Для повышения качества концентрата целесообразно глубокое флотационное или гравитационное обогащение: в первом случае содержание барита составляет 90%, при его извлечении 90%; во втором - 93,6% и 95,7% соответственно. На разработку Хойлинского месторождения в 1997 г. институтом Гипроцветмет (Москва) составлен рабочий проект, согласно которому предусматривается последовательная отработка трех карьеров (Восточный, Западный, Центральный) в течение 19 лет с сезонной организацией работ: добыча и складирование - летом, вывоз руды - зимой. Проектная мощность рудника открытых работ - 120 тыс. т. руды в год; такая производительность рудника позволит получать более 100 тыс т баритового концентрата в год, что, в свою очередь, в значительной мере может решить проблему обеспечения утяжелителями буровых геологоразведочных работ на нефть и газ в Западно-Сибирской и Тимано-Печерской нефтегазоносных провинциях.

Рис. 54. Схематический геологический разрез Апшринского баритового месторождения (по Г.Г.Деметрадзе и И.А.Маркозия). 1 - делювиальные отложения; 2 - известняки и мергели титона; 3 - песчаники глинистые, песчаники и конгломераты киммериджа; 4 - известковистые песчаники, сланцевые глины и рыхлые песчаники келловея-оксфорда; 5 - порфириты, туфы, туфопесчаники байоса; 6 - баритовое рудное тело; 7 - баритизированные известняки (некондиционные руды) лузитана; 8 - разрывные нарушения дорудные (а) и пострудные (б).

Апшринское месторождение барита в Грузии

Месторождение находится в пределах Абхазского хребта (Южный склон Большого Кавказа) в 30 км севернее Сухуми. Структурно оно приурочено к юго-западному крылу одноименной антиклинали, осложненной субмеридиональными разломами крутого юго-западного падения. Центральная часть этой структуры выполнена вулканогенно-осадочными породами байоса (порфиритами, туфами, туфопесчаниками), а юго-западное крыло - терригенно-карбонатными отложениями верхней юры (снизу вверх): серыми известковистыми песчаниками и сланцеватыми глинами келловей-оксфорда, массивными известняками лузитана, пестроцветными глинистыми песчаниками и конгломератами киммериджа, известняками и мергелями титона.

Массивные известняки лузитана являются продуктивными: по ним неравномерно развита баритовая минерализация и сопровождающая ее доломитизация. В пределах рудного поля эти известняки обнажаются в виде вытянутой на 5 км полосы.

На участке месторождения толща интенсивно баритизированных известняков мощностью от 20 до 40 м прослежена на 800 м по простиранию и на 250 м по падению (под углом 15-30°на юго-запад). Промышленная рудная залежь пластообразной формы по существу совпадает с указанной толщей баритизированных известняков, переходя по падению в некондиционные руды (рис. 54). Морфология залежи осложнена крутопадающими сбросами с амплитудами смещения блоков в десятки метров. Со стороны лежачего бока оперяющие к этим разломам трещины, параллельные рудной залежи, выполнены жилами сплошного барита.

Оруденение неравномерное: переход от богатых руд к бедным - резкий. Руды барит-карбонатные, главными минералами в них являются барит и доломит, второстепенными - сидерит, халцедон, кварц, кальцит, редкими - арагонит, пирит, марказит, гематит, киноварь, халькопирит. В приповерхностных частях сульфиды и гематит замещаются лимонитом, халькозином и малахитом. Текстуры руд прожилково-вкрапленные и брекчиевые, реже массивные. Можно проследить переход от слабо минерализованных известняков с редкой вкрапленностью барита к густовкрапленным и брекчиевым рудам с баритовым цементом и далее к массивным скоплениям сплошного барита. Вкрапленники барита в рудах варьируют от микроскопических до крупных идиоморфных кристаллов таблитчатого габитуса, бесцветных или бледно-розовых. Сплошной баритовый агрегат серого и светло-серого цвета может иметь мелкокристаллическую и крупнокристаллическую структуры с переходными разновидностями между ними. В баритах месторождения содержится от 0,006 до 1% стронция.

Среднее содержание барита (BaSO₄) в промышленных рудах составляет 48,6%. Руды требуют флотационного обогащения. Месторождение крупное, в его разведанных контурах насчитывается около половины всех запасов барита многочисленных месторождений Грузии.

А.К.Савельевым подчеркивается приуроченность оруденения к доломитам - продуктам гидротермальных растворов, локализованным вдоль разломов. Он считает, что гидротермально-метасоматическая доломитизация лузитанских известняков и их последующая баритизация (доломитизированные известняки пересекаются жилами барита) являются двумя стадиями низкотемпературного процесса рудообразования. Некоторые исследователи считают месторождение эксгаляционно-осадочным. Имеющиеся данные по изотопному составу серы сульфатов и сульфидов месторождения (Иваницкий и др.) допускают возможность пространственного совмещения первично-осадочных и наложенных гидротермально-метасоматических руд.

Рис. 55а. Баритовое месторождение Чиганак. А - план (по А.Г.Кузнечевскому);

Рис. 55б Б - разрез баритового месторождения Чиганак. 1 - глинистые, глинисто-кремнистые сланцы; 2 - слоистые яшмы, яшмокварциты; 3 - яшмы с баритом; 4 - полимиктовые песчаники; 5 - песчанистые фосфориты; 6 - тектонические нарушения; 7 - баритовые рудные тела; 8 - скважины.

Баритовое месторождение Чиганак в Казахстане

Месторождение находится в 30 км к юго-западу от оз. Балхаш. Оно приурочено к юго-восточному крылу Бурунтауского антиклинория, входящего в состав Сарытумской тектонической зоны, сложенной венд-нижнеордовикскими отложениями. Крылья антиклинория осложнены складками более высоких порядков и разрывными нарушениями.

К северному крылу одной из таких складок и приурочен пласт баритовых и кварц-баритовых руд месторождения, согласно залегающий среди яшм, яшмо-кварцитов, глинисто-кремнистых сланцев, полимиктовых песчаников и песчанистых фосфоритов бурубайтальской свиты верхнего кембрия-нижнего ордовика (рис. 55). Этот пласт круто (70-90?) падает на север-северо-запад, вытянут по простиранию на 2 км и имеет мощность от 5 до 30 м. Северо-западным диагональным разломом он разбит на три блока (<линзы>), несколько смещенными относительно друг друга. В пределах каждого из этих блоков пласт прослежен скважинами до глубины свыше 200 м без каких-либо признаков выклинивания. Слойки в слоистых рудах различаются зернистостью, составом и окраской. Нередки ритмиты мощностью от 1 до 10 см, включающие (снизу вверх) глинисто-кремнистый сланец, яшмовидную породу, крупнокристаллический барит, переходящий выше в мелкокристаллический сливной агрегат.

Главные минералы руд - барит и кварц, акцессорные - кальцит, лимонит, гипс. В барите отмечается обилие газово-жидких и жидких включений; преобладание последних свидетельствует о сравнительно невысокой температуре его образования. Сера барита имеет утяжеленный изотопный состав особенно в висячем боку пласта и в конкрециях среди перекрывающих этот пласт отложений.

Чиганакское месторождение детально разведано. По мнению изучавших его геологов пластовая форма рудной залежи, ее согласное залегание с вмещающими породами и участие во всех складчатых и разрывных дислокациях, широкое развитие конкреций, образовавшихся при диагенезе осадков, тесная связь барита с яшмами, наличие ритмитов, слоистых текстур и другие признаки свидетельствуют об осадочном генезисе месторождения; накопление барита было синхронным с выпадением осадков бурубайтальской свиты. Этот вывод согласуется с результатами исследований газово-жидких включений и изотопного состава серы в барите.

В лежачем боку находятся яшмы и яшмо-кварциты с локальным развитием в них уплощенных баритовых конкреций, а в висячем боку - фосфоритоносные песчаники и алеврито-глинистые сланцы с обильными радиально-лучистыми шаровыми конкрециями, прослоями и линзами серого и темно-серого барита.

Баритовый пласт сложен баритовыми и кремнисто-баритовыми рудами. В первых содержание BaSO₄ превышает 90%, SiO₂ - до 5%, а во вторых оно колеблется от 30 до 90%, а SiO₂ - до 70%. В виде примесей в рудах присутствуют Fe₃O₄ (0,4-2,0%) и СаО (0,3-0,6%). Баритовые руды практически нацело слагают пласт в западном блоке (среднее содержание BaSO₄ - 90%), а кремнисто-баритовые - в восточном (среднее содержание BaSO₄ - 30-60%); пласт центрального блока выполнен обоими типами руд (среднее содержание BaSO₄ - 70-80%). Кремнисто-баритовые руды восточного блока по простиранию сменяются яшмо-кварцитами с конкрециями барита.

Баритовые руды практически нацело сложены баритом; они белые и светло-серые, среднезернистые, иногда порфировидные и радиально-лучистые. Кремнисто-баритовые руды темно-серые до черных; нередко полосчатые (чередование разноокрашенных полос), слоистые и брекчиевидные, средне- и мелкозернистые, участками сферолитовые.

Рис. 56. Геологический план и разрез баритового месторождения Минами-Шираои (Западный Хоккайдо, Япония) (по Т.Игараши, К.Окабе, Дж.Ядзима). 1 - уступы карьера; четвертичные отложения: 2 -осыпь, 3 - террасовые образования, 4 - спекшиеся туфы, 5 - андезитовая осыпь; третичные отложения: 6 - зеленые туфы, 7 - баритовые руды, 8 - баритсодержащие окварцованные брекчии, 9 - белые глины (каолинит), 10 - черные глины (пирит, каолин).

Баритовые месторождения Западного Хоккайдо (Япония)

Известно, что барит является достаточно обычным жильным минералом колчеданно-полиметаллических месторождений Куроко в Японии. В некоторых из них он образует промышленные концентрации, являясь попутным к цветным и благородным металлам компонентом руд. Отдельные месторождения этого типа, характеризуясь резко подавленной (вплоть до полного исчезновения) сульфидной минерализацией, рассматриваются как баритовые. По терминологии японских геологов в отличие от "типичных месторождений Куроко" (Typical Kuroko deposits) их принято называть "баритовыми месторождениями типа Куроко" (Kuroko-type barite deposits). Наиболее значительные скопления таких месторождений (наряду с типичными Куроко) находятся в Западном Хоккайдо к северо-западу (Акаива, Отари-Матсукура, Окураруиши) и к юго-юго-западу (Минами-Шираои, Шираои) от Саппоро. Баритовые залежи всех этих месторождений имеют пластовую, лентовидную, реже неправильную форму, согласно залегая среди вмещающих позднемиоценовых вулканогенных пород.

В рудном поле Отару-Матсукура (к северо-западу от Саппоро) геологический разрез позднемиоценовых пород снизу вверх подразделяется на:
- формацию так называемых <зеленых туфов>, сложенную палево-зелеными до серовато-белых андезитовых пород, интенсивно окварцованных, серицитизированных, карбонатизированных и хлоритизированных, местами обнаруживающих незначительную вкрапленность сульфидов меди, свинца и цинка;
- формацию вулканических брекчий, практически нацело окварцованных с подчиненными серицитизацией и карбонатизацией; породы этой формации подстилают баритовые залежи и в своей верхней части обнаруживают рассеянную вкрапленность барита;
- формацию пропилитов - палево-зеленовато-серых окварцованных и хлоритизированных пород, перекрывающих баритовые залежи.

Горизонтальное и слабо наклонное залегание всей толщи миоценовых пород в восточной части рудного поля осложнено серией крутопадающих параллельных сбросов северо-восточного направления.

Единая минерализованная рудная зона, объединяющая несколько промышленных рудных тел, совпадает с вершинной частью горного хребта запад-северо-западного направления, прослеживаясь на расстояние около 1100 м и имеет ширину 200-300 м. Каждое рудное тело в ее составе характеризуется овальной в плане, несколько вытянутой в меридиональном направлении формой с размерами до 200 м в поперечнике; в разрезе это согласные пластовые залежи, мощностью в 5-15 м, полого падающие на север.

В верхней части рудных тел преобладают богатые руды, сложенные почти нацело (93%) баритом; в нижней части - бедные руды, содержащие около 50% барита. Граница рудных тел с перекрывающими пропилитами исключительно резкая, в то время как с подстилающими вулканическими брекчиями лежачего бока она постепенная, достаточно условно проводимая в пределах переходной зоны мощностью около 5 м. Среднее содержание барита в сырой руде около 55%; после обогащения получают первичный концентрат (около 93% минерала).

Богатые руды имеют голубовато-серую и серовато-белую окраску и массивную текстуру; они сложены идиоморфными кристаллами барита размером до 0,4x1,7 мм и единичными мелкими выделениями кварца и серицита. Бедные руды отличаются брекчиевидной текстурой с размером обломков 2-10 см. Обломки почти нацело замещены тонкозернистым кварцем с единичными зернами барита, серицита и кальцита, а окружающий их матрикс выполнен преобладающими зернами барита размером 0,3x0,1 мм и кварца (0,1x0,2 мм) при подчиненной роли серицита и кальцита.

В нижних частях рудных тел восточного фланга рудного поля устанавливается убогая сульфидная минерализация: тонкая вкрапленность и прожилки сфалерита с подчиненным количеством пирита, марказита, галенита и в единичном случае арсенопирита, замещающие барит; мощность зоны этой вкрапленности может достигать первых десятков сантиметров. Месторождения этого рудного поля интенсивно разрабатывались подземным способом в 60-х гг. прошлого столетия, обеспечивая свыше половины ежегодной добычи барита в стране.

Баритовые залежи рудного поля Минами-Шираои (к юго-юго-западу от Саппоро также локализованы в позднемиоценовых вулканитах среди нерасчлененных зеленых туфов, туфобрекчий и пропилитов (рис. 56). Все эти породы перекрыты еще более молодыми, плейстоценовыми спекшимися туфами и вулканическим пеплом Шикотцу. Особенностью месторождений этого рудного поля является наличие окаймляющих баритовые залежи монтмориллонитовой (в висячем боку) и каолинитовой (в лежачем боку) зон.

Одно рудное тело (Минами-Шираои) имеет в разрезе грибообразную форму с диаметром верхней части 150 м. Его большая часть сложена бедными рудами, представляющими окварцованную брекчиевую породу с размером обломков в 10-20 см, сцементированных тонкозернистым баритом. В них обычны, кроме того, многочисленные друзы крупных кристаллов барита или халцедона, а также редкие незакономерные тонкие прожилки халькопирита, сфалерита, галенита и пирита. Кроваво-красный облик этой руды обусловлен присутствием в мозаичном агрегате тонкозернистого кварца графических вростков мелкокристаллического гематита.

В верхней части рудного тела отчетливо выделяется пласт богатой баритовой руды мощностью до нескольких метров. Такая руда выполнена крупными вытянутыми кристаллами барита и небольшим количеством тонкозернистого кварца. Кристаллы барита содержат многочисленные жидкие однофазовые включения, указывающие на низкую температуру минералообразования (ниже 50?С).

Другое рудное тело (Шираои) представляет уплощенную эллипсоидальную линзу с размерами в плане 100x50 м и максимальной мощностью 20 м. Мощность пласта богатых руд в верхней части рудного тела равна 1м. Текстурно-стуктурный облик и минеральный состав богатых и бедных руд аналогичен указанному для рудного тела Минами-Шираои; в отличие от последнего здесь более отчетливо выражена монтмориллонитовая зона висячего бока, а контактовая зона лежачего бока имеет значительную мощность.

Добыча баритовых руд в рудном поле Минами-Шираои осуществлялась карьерным способом.

По прежним представлениям японских геологов (Игараши и др.) баритовые месторождения Западного Хоккайдо образовались путем метасоматического замещения проницаемых рудовмещающих туфов и брекчий при экранирующей роли перекрывающих пропилитов из низкотемпературных гидротермальных растворов, связанных с интрузией кварцевых порфиров Иозанкей. В настоящее время подавляющее большинство геологов рассматривают такие месторождения гидротермально-осадочными, связанными с позднемиоценовым вулканизмом региона <Зеленых туфов>. Так С.И.Калогеропоилос и С.Д.Скотт на примере мощного баритового пласта (месторождение Фуказава, на о-ве Хонсю), непосредственно залегающего на массивных черных (полиметаллических) рудах Куроко и перекрытого горизонтом железистых кремней, пришли к заключению, что бариты формировались в зоне смешивания обогащенных барием гидротермальных растворов с холодными морскими водами внутри пласта неконсолидированных пиритсодержащих туфов; кристаллизация барита происходила в криптозернистой силикатной массе в условиях флюидизации туфогенного осадка; после своего образования бариты испытали воздействие поздних гидротермальных растворов, частично изменивших их химический состав.

Баритовые месторождения в штатах Джорджия и Миссури, США

В настоящее время, несмотря на вовлечение в эксплуатацию колоссальных по запасам и масштабу добычи (до 0,7 млн т барита в год) стратиформных залежей Невады, Джорджии, Арканзаса, элювиально-делювиальные месторождения коры выветривания продолжают оставаться заметным промышленным источником получения барита в США.

Разрабатываемые месторождения этого типа находятся в двух штатах: Джорджия и Миссури. Барит этих месторождений в виде обломков находится среди остаточных глин коры выветривания, образовавшихся по подстилающим их доломитам кембрийского возраста. Величина таких обломков варьирует от миллиметровых до крупных валунов весом свыше 100 кг. Форма и размеры залежей разнообразны; так их мощность может колебаться от 2-3 до 40-50 метров, а форма в плане от округлой до вытянутой, лентовидной. Продуктивность залежей (количество барита на единицу объема барит-глинистой массы) также весьма изменчива даже в пределах одного месторождения.

Месторождения штата Джорджия находятся приблизительно в 65 км к северо-западу от Атланты близ Картерс-вилла. Барит здесь встречается совместно с оксидами железа - охрами, также промышленно значимыми, - в остаточных глинах коры выветривания серых доломитов нижнего кембрия (формация Шэди). На отдельных участках мощность этой коры достигает 60 м. Промышленные руды представляют собой красную глину с обломками барита, составляющими 8-25% по массе. Местами содержание барита может достигать 50%. Переслаиваясь с этими глинами, в составе залежей находятся светлые и темные железные охры, представляющие тонкую смесь лимонита и глины с небольшим количеством мелких зерен кварца и чешуек мусковита; в светлых охрах содержится лишь до 0,5% MnO₂, а в темных - около 5%. О6ломки барита, обычно белого, сохраняют реликты ящичных текстур первичной минерализации явно тяготеют к линейно вытянутым зонам, отражая ее связь с разломами - путями циркуляции баритоносных гидротермальных растворов.

В штате Миссури большая часть месторождений находится в северо-восточной части округа Вашинггон на площади около 100 км². Здесь обломки барита находятся среди продуктов выветривания пологозалегающих кембрийских доломитов Потоси и Эминенс. Доломиты формации Потоси (мощность 30-100 м) - светло-серые, зернистые, с рифогенными водорослевыми, оолитовыми и тонкослоистыми текстурами. В них присутствуют стяжения кремней, жеоды кварца слойки кварца и халцедона, а также маломощные (от миллиметров до 0,6 м) непромышленные жилы и вкрапленность барита. Доломиты формации Эминенс (мощность 25-30 м) более однородны, но также обнаруживают аналогичную баритовую минерализацию.

Изучение первичной баритовой минерализации в доломитах Потоси и Эминенс показало, что ее контуры в плане - округлые, а в вертикальном разрезе - колоколовидные; такие дискретные воронкообразные структуры в региональном плане располагаются вдоль протяженной линии, что повидимому является отражением их связи с крупным разрывным нарушением. Как считают американские геологи, каждая воронкообразная структура представляет брекчии обрушения кровли и боковых пород, залеченные (как и трещины в глубинной, суженной части) гидротермальным баритом, с подчиненным количеством халцедона, кварца, а также пирита, марказита, галенита и сфалерита. Генетически эта минерализация параллелизуется со свинцово-цинковыми стратиформными месторождениями <типа долины Миссисипи> (Missisipi Valley Туре), находящимися в 130 км к западу от рассматриваемого района в центральной части штата Миссури.

Остаточные поверхностные глины, содержащие обломки барита, а также кремней, кварца и доломита, имеют буровато-красный цвет, тонкодисперсные, пластичные. Преобладающий размер обломков барита в них - около дециметра в поперечнике, однако встречаются и валуны размером в 1 м, и <песчинки> миллиметровой величины. Крупные обломки покрыты пленкой темно-красных оксидов железа и после раскола представляют собой агрегат, иногда содержащий вкрапленность галенита, сфалерита и пирита.

В плане промышленные рудные залежи могут достигать 40 га, а их средняя мощность составляет около 10 м. Нередко разрез этих залежей сложный: существенно обогащенные баритом глины чередуются с обедненными. Средние содержания барита составляют немногим более 10%. Наиболее часто эти залежи приурочены к склонам холмов.

Добыча барита в округе Вашингтон осуществляется с 1870 г. Современное землеройное оборудование, применение технологии мокрого обогащения позволяет экономически эффективно вести разработку участков с минимальным содержанием барита около 8%.

Как в Джорджии, так и в Миссури совершенно очевидно, что глины с обломками барита являются остаточными элювиально-делювиальными образованиями, нерастворимым остатком, сохранившимся в результате глубокого выветривания залегающих ниже доломитов, содержащих гидротермальную баритовую минерализацию.

Назад | Содержание | Вперед