научная статья по теме ГЕОЛОГИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ И ГЕНЕЗИС ПАЛЫГОРСКИТОВЫХ ГЛИН БОРЩЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Геология

Текст научной статьи на тему «ГЕОЛОГИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ И ГЕНЕЗИС ПАЛЫГОРСКИТОВЫХ ГЛИН БОРЩЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ»

ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2014, том 56, № 3, с. 237-258

УДК 553.611.9+543.219.3+549.01

ГЕОЛОГИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ И ГЕНЕЗИС ПАЛЫГОРСКИТОВЫХ ГЛИН

БОРЩЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ © 2014 г. В. В. Наседкин*, А. Л. Васильев**, Н. М. Боева*, П. Е. Белоусов*

*Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 **Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН 119333, Москва, Ленинский пр-т, 59 **НИЦ "Курчатовский институт" 123182 Россия, Москва, пл. Академика Курчатова, 1 Поступила в редакцию 28.01.2013 г.

В представленной работе рассмотрена область распространения и палеогеографические условия накопления палыгорскита на территории московской синеклизы, которая выделена как палыгорски-товая провинция. Также рассмотрены геологическое строение и минералогия Борщевского месторождения. Проведены минеральный и химический анализы пород стешевского горизонта (С1й), наиболее перспективного на палыгорскит, и ассоциирующего с ним смектита. Изучены морфологические особенности и кристаллическая структура палыгорскита разного генезиса. Рассмотрены возможности использования палыгорскитов Борщевского месторождения в качестве буровых растворов, формовочных смесей, сорбентов.

БО1: 10.7868/80016777014030022

ВВЕДЕНИЕ

Основными производителями палыгорскито-вой глины в мире являются США, Испания, Франция и КНР. На территории бывшего Советского Союза палыгорскит добывается в весьма небольших количествах: на Украине (Черкасское месторождение), в России (Калиново-Дашков-ское, Борщевское месторождения) и в Узбекистане (месторождение Навбахор).

Борщевское месторождение палыгорскитовых глин (фиг. 1) относится к числу наиболее изученных месторождений палыгорскитового сырья в России. Его исследование было начато в 1970 г., и до конца прошлого века оно считалось единственным промышленным месторождением па-лыгорскита на территории РФ. Тогда доказанные запасы оценивались в 7 млн т, но в 2007 г. компания "Лафарж" провела дополнительные геологоразведочные работы, которые показали, что запасы превышают 10 млн т.

Эмпирическая формула палыгорскита имеет вид (Mg, Al)2Si4O10(OH) • 4H2O (Герри и др., 1978). Все химические и минеральные свойства палы-горскита определяются его кристаллической структурой, схематически представленной на фи-

Адрес для переписки: Н.М. Боева. E-mail: boeva@igem.ru

гуре 2а (Оюшя и др., 2006). На этой схеме хорошо видны детали, подтверждающие представления о структуре, а именно: слои, состоящие из цепочек кремнекислородных тетраэдров, относимых к пироксеновому типу, и ленты октаэдров, занимающие центральное положение между пироксено-выми слоями. Тетраэдры образуют группы, различно ориентированные в пространстве. Группа тетраэдров 8Ю4, ориентированных вершинами внутрь слоя, в шахматном порядке чередуется с группой тетраэдров, ориентированных вершинами в противоположном направлении. Граница между слоями проходит вдоль плоскости различно ориентированных тетраэдров. В плане пирок-сеновые цепочки образуют гексагональные кольца (фиг. 2б, в).

Детальные кристаллохимические исследования показали, что изученный палыгорскит имеет более сложный катионный состав по сравнению с эмпирической формулой минерала. Большинство исследователей считают, что главными катионами октаэдрической ленты являются М§2+, Fe3+, А13+. Октаэдры образуют ленты, пространственно связанные с тетраэдрическими группировками. Наиболее часто имеет место замена М§2+ и 814+ на А13+. Также может идти замещение М§2+ и А13+ ионами Fe разной валентности вплоть

Пятовский

о

М>\ /

Песоченский

С*'

Чекалин

ЧТч //

Район работ

20 км

Фиг. 1. Схема расположения Борщевского месторождения палыгорскитовых глин (выделено прямоугольником).

до образования существенно железистых, в частности, Н20М§^е43+819О36 и №-разновидностей (Ферсман, 1952). Например, установлены некоторые разновидности палыгорскита с вариациями катионов № > К > Са (Овчаренко и др., 1966; Наседкин и др., 2009). Имеются минералогические данные, доказывающие возможность прорастания палыгорскита сепиолитом, предположительно при повороте 8Ю4-тетраэдров в 81-О-слоях палыгорскита и сепиолита. Аналогичное явление наблюдалось нами в системе палыгорскит-иллит в

глинах Черкасского месторождения (Наседкин и др., 2009).

Как было показано, структура палыгорскита состоит из своеобразных различно ориентированных тетраэдров и открытых "каналов", или "тоннелей", идущих вдоль оси С (фиг. 2а). Важную роль в ней играют группировки ОНИ, т.е. гид-роксильные группы и молекулы воды, располагающиеся в разных местах элементарной ячейки, или "ленты". Эти группировки могут находиться в различных участках "ленты" и имеют специфи-

Подвижная, цеолитная вода

(а)

Прочносвязанная

Подвижная, цеолитная вода

O

(б)

3281см-

3370 см*

-OH

Фиг. 2. Кристаллическая решетка палыгорскита.

а — структурная схема палыгорскита; б — пироксеновая цепочка с цеолитной водой до дегидратации; в — пироксеновая цепочка с силанольной группой Si-OH после дегидратации.

b

b

ческий состав: А12ОН и АШе2+ОН или А1М§ОИ и Fe2+Fe3+OH, а также Fe3+MgOH. По результатам анализа ИКС и химического состава ранее изученных образцов нами были выбраны три наиболее вероятные сочетания гидроксил-октаэдриче-ской группы, характерные для Борщевского месторождения: A1MgOH, A1Fe2+OH и Fe3+MgOH.

ПАЛЫГОРСКИТОВАЯ ПРОВИНЦИЯ МОСКОВСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ

Среди общих геологических факторов, оказывающих влияние на формирование крупных скоплений палыгорскита, заслуживают внимания следующие: а) площадь распространения и палеогеографические условия накопления; б) тектонический; в) временной (время образования).

Площадь распространения и палеогеографические условия накопления

Анализ фактического материала однозначно свидетельствует, что в природных условиях ленточные силикаты палыгорскитового типа образуются сравнительно легко. Они встречаются в самых различных геологических обстановках: в отложениях эпиконтинентальных и внутренних морей среди карбонатных пород; в озерных отложениях; при переработке вулканического материала: а) в открытом океане, б) в областях подводного вулканизма, в) в участках выхода гидротерм; в результате образования глинистых минералов в карбонатных (известковых) почвах; в древних корах выветривания на серпентинитах и на других ультрабазитах.

Ленточные силикаты глинистого типа, образовавшиеся в морских отложениях, можно рассматривать как химический осадок. При этом, конечно, не исключена возможность химической переработки в водной среде вулканогенного и другого привносимого в водоем терригенного силикатного материала.

Смектитовые и палыгорскитовые глины довольно широко распространены в пределах юго-западной части Московской синеклизы. Область их распространения охватывает южную часть Московской и Калужскую области. В эту группу входят изученные нами Ново-Пятовское и Кали-ново-Дашковское месторождения палыгорскита. Некоторые из них генетически связаны с месторождениями бентонита.

По данным Н.М. Страхова, морской бассейн ранне- и среднекаменноугольного возраста охватывал большую часть Московской синеклизы по долготе примерно от оз. Онежского до Урала. Фенно-Скандинавия, Кольский полуостров, Карелия и другие части северной Европы представляли сушу, которая в виде языка заходила в верхо-

вья р. Волги. Таким образом, в качестве источника терригенного материала, вероятно, можно рассматривать территорию современных Ладожского и Онежского озер, Прибалтики, Ленинградской и Новгородской областей (фиг. 3).

В раннем палеозое на территории южной части Балтийского щита были зафиксированы коры выветривания латеритного профиля с довольно мощной зоной монтмориллонит-гидрослюдистых пород. Разрез нижнего карбона представлен, в основном, известняками. Начиная со стешевского горизонта в его разрезе появляются доломиты, которые зафиксированы и в верхней части нижнекаменноугольной толщи. Характерно, что с доломитами ассоциируют палыгорскитовые глины.

Считается, что глины, отложившиеся среди карбонатных толщ, могли образоваться как продукт диагенетической переработки ранее залегавших здесь других минеральных типов глин. В этом случае допустимы предположения о химическом отложении глинистого вещества за счет грунтовых вод, циркулирующих в осадочной толще. При этом, в представлении А.И. Перельмана (Перельман, 1950; 1965), карбонатные породы могут играть роль своеобразного геохимического барьера. Палыгорскиты, образующиеся в почвах, озерах и в прибрежно-морских неглубоких водоемах, безусловно, могут быть хорошим индикатором климата эпохи их образования. По-видимому, современный палыгорскит образуется только в условиях теплого, преимущественного аридного климата. Многие исследователи подчеркивали совершенно ясную приуроченность этих глин к 20—40° северной и 10—35° южной широт. Анализ палеогеографического материала по распространению этих минералов позволяет сделать подобное заключение для всех прошедших геологических эпох.

Описания месторождений палыгорскита из различных регионов и палеогеграфических об-становок указывают на существование минеральной ассоциации палыгорскит-смектит.

Тектонический фактор

Выделяются следующие обстановки тектонических режимов, благоприятные для образования палыгорскита.

а) Области регрессивного тектонического режима. Природный синтез палыгорскита, как и других ленточных силикатов, происходит в условиях мелководных бассейнов. В пределах Русской платформы и, в частности, Московской синеклизы палыгорскиты приурочены к нижне- и среднека-менноугольным отложениям. Наиболее благоприятные тектонические режимы палыгорскитообра-зования определяются условиями регрессивной

Фиг. 3. Области распространения палыгорскитовых глин в пределах Московской синеклизы. 1 — южная часть Балтийского щита; 2 — переслаивающиеся морские карбонатные породы (известняки, доломиты) и глины; 3 — карбонатные породы; 4 — Русская платформа; 5 — направление сноса продуктов кор выветривания; 6 — проявления и месторождения палыгорскитов: а — Воскресенский ка

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком