Трахибазальты и авгититы дворецкого комплекса (Средний Урал, Пермский край) и оценка их пригодности для производства базальтового волокна

В рамках научного проекта международной исследовательской группы ученых (МИГ) «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспечения производства высокотехнологичного базальтового волокна» были отобраны и исследованы десять проб пород дворецкого комплекса из обнажений бассейна р. Виль-ва, р. Малая Рассольная, на водоразделе рр. Северная-Талая-Боровуха, а также близ г. Соколиная (рис. 1, 2) [4].

Впервые дворецкий комплекс гиало-меланефелинит-трахибазалътовый (о-т(ЗУ 1 dv) был выделен и описан Н. А. Румянцевой (1967). Его изучением занимались Ю.В. Шурубор (1969), А.М. Зильберман и ЕМ. Чернышова (1981), А.Н. Качанов (1983) и др. Петротип дворецкого комплекса находится на р. Вильва в районе бывшего хутора Дворец. Дворецкий комплекс вулканических пород развит на западном склоне Среднего Урала, в бассейнах рек Усьвы и Вильвы, где их выхо-

ды прослежены с перерывами почти на протяжении 50 км [8].

Геологическая характеристика

Дворецкий комплекс распространен в пределах западного крыла Кваркушско-Каменногорского мегантиклинория и тя готеет к узкой зоне глубоких субмеридиональных разломов, оконтуривающих Без-годовскую синклиналь. Дворецкие образования сопровождаются дайками и силлами эссекситов и пикритов кусьинского комплекса и составляют с ними единую дворецко-кусьинскую вулканоплутоническую ассоциацию [6].

Рис. 1. Выходы пород дворецкого комплекса

Дворецкий комплекс сформировался в течение двух стадий (фаз). К первой стадии относятся породы умереннощелочного подотряда (трахибазальты, трахиандезибазальты, трахиандезиты, трахиты), ко второй - щелочного подотряда: гнал омеланеф елиниты (авгититы), оливиновые гнал омел анеф ел иниты (лимбургиты), щелочные базальты (нефелиновые базальты, тефриты), основные фонолиты, щелочные трахиты, фонолиты [6].

Петрографическая и петрохимическая характеристика

По результатам макроописания было установлено, что большинство пород имеют порфировую структуру с апостек-ловатой основной массой, массивную, миндалекаменную текстуру.

Породы дворецкого комплекса в шлифах представлены оливинсодержащими трахибазальтами (рис. За, 36) и авгититами или по петрографическому кодексу - гиа-ломеланефелинитами (рис. Зв).

Трахибазальты обладают порфировыми, реже афировыми структурами с гиа-лопилитовыми и интерсертальными структурами основной массы. Текстуры миндалекаменные неориентированные, брекчиевые. Три образца трахибазальта, отобранные на г. Соколиная и р. Малая Рассольная, гематитизированы, гематит пылеватый, содержится в продуктах разложения стекла, иногда замещает стекло полностью. Они имеют брекчиевую текстуру и представляют собой кластолавы.

В порфировых трахибазальтах фенокристаллы составляют 5-30 % и представлены клинопироксеном (титанавгитом, реже авгитом) и плагиоклазом, в небольшом количестве до 5 % встречаются хлоритовые и хлорит-карбонатные псевдоморфозы по оливину.

Фенокристаллы титанавгита размером от 0,1 до 0,5 мм, преимущественно корот- копризматической формы, имеют зональное строение, цвет бледно-кремовый, в центральных частях наблюдаются плеох- терференционные окраски (коричневатосиние), зональное погасание и погасание типа песочных часов. Фенокристаллы пла- роирующие в зеленоватых тонах зоны эги- гиоклаза повсеместно деанортизированы, рин-авгита, характерны аномальные ин- замещены монокристаллами альбита.

Условные обозначения

•  федотовская свита R^fd           ф  щегровитская свита R^sg

I.  усьвинский комплекс vpDj us        ф  керносская свита V^kr (дворецкий комплекс) о-тр Vjdv

* сарановский комплекс vq-uoRg si        ясуравликскийкомплекс v->R3zr

Рис. 2. Геологическая карта Горнозаводского района с местами отбора проб

Размер фенокристаллов плагиоклаза от 0,5 до 1 мм, форма зерен - лейсты и таблицы (рис. За).

Миндалины составляют от 5 до 25% объема породы, имеют разнообразную форму, чаще зонального строения, размеры от 0,1 до 3 мм. Состав миндалин разнооб- разный: хлоритовый, эпидотовый, хлорит-эпидотовый, реже альбитовые и карбонатные. Основная масса гиалопилитовая, реже интерсертальная (рис. 36). Сложена игольчатыми микролитами альбита и продукта ми разложения стекла - тонкодисперсной смесью, состоящей из хлорита, эпидота, гематита, магнетита, лейкоксена, иногда карбоната.

Рис. За. Трахибазальт (г. Соколиная). Обломок гематитизированной лавы (внизу) и цементирующей лавы (вверху). Ширина фотографии - 2.6 мм. Слева - николи ?^ справа - X

Рис. Зв. Трахибазальт (р. Малая Рассольная). Интерсертальная структура, сложенная микролитами плагиоклаза. Справа - серицитизированный фенокристалл плагиоклаза. В верхнем левом углу - хлоритовая миндалина. Ширина фотографии -2,6 мм. Слева - николи 4? справа -

Авгититы обладают порфировыми структурами с гиалопилитовой основной массой и миндалекаменными неориентированными (рис. Зв) и брекчиевыми текстурами, последние можно отнести к эруптивным брекчиям.

Фенокристаллы представлены титанавгитом (рис. Зв), составляют 5-25 %, размером от 0,2 до Змм, в подчиненном количестве до 5% встречаются псевдоморфозы хлорита, серпентина и карбоната по фенокристаллам оливина.

Основная масса сложена продуктами разложения стекла - хлоритом, лейкоксеном, эпидотом и микролитами авгита с удлиненно-призматическими и игольчатыми формами. Миндалины составляют 5-30 %, размером от 0,02 до 3 мм, сложены хлоритом, эпидотом, карбонатом и цеолитами. Эруптивные брекчии состоят из обломков лав авгититов от 40 до 60%, сцементированных карбонат-цеолитовым цементом. Агрегаты цеолитов часто имеют реликтовое строение, характерное для псевдомор- фоз по лейциту. Цемент предположительно образован остаточными расплавами, обогащенными калием, впоследствии замес тившимися цеолитами в результате гидротермально-метасоматических процессов.

Рис. Зг. Авгитит (гиаломеланефелинит) (бассейн р. Вильва). Гиалопилитовая структура ав-гитита. Длиннопризматические и игольчатые микролиты моноклинного пироксена, изомет-ричные зерна магнетита. В центре - зональный фенокристалл титанавгита, в центральной части с зоной зеленоватого эгирин-авгита. Ширина фотографии -1,3 мм. Слева - николи JJ справа - X

Вторичные изменения пород дворецкого комплекса слабые, характерные для постмагматических гидротермально-метасоматических процессов. Деанортизация плагиоклазов происходила, вероятно, при спи-литизации пород в подводных обстановках.

По химическому составу породы дворецкого комплекса отличаются высоким содержанием щелочей и титана и довольно низким содержанием кремнезема (таблица). На диаграмме TAS (рис. 4) трахибазальты попадают в поля умереннощелочных и щелочных базальтоидов.

Ультраосновные Основные

Средние

Кислые

SiOs, мас.%

Рис. 4. Точки составов базальтов дворецкого комплекса на диаграммах TAS [5] (слева) и АРМ (справа) [7]

Точки составов авгититов ложатся в зуются известково-щелочным трендом (см. область щелочно-ультраосновных пород, рис. 4).

На диаграмме AFM все породы характери-

Название порол
Химические элементы н hi соединения	Ав гаг нт	Трахп базальт	Эруптивная брекчия лвгптнтл	Трахибазальт гем лтптп зпр овянныв	Тралл базальт	Кллсголавя трахибазальта	Трахибазальт	Тряхползлльт гематнтнзнрованнып	Эруптивная брекчия ЗВГНТЕГГЛ	.Авгегтнт
?:0:	37,3	42.76	39,74	41.5.2	4603	41,19	47,4	42,54	40,47	40,06
ио.	4.43	3.67	3.7	3.33	2.34	3.15	2.23	4,03	3,39	3,6
А1Д	12.02	11.43	13,84	11,75	14	12,18	13,27	11,88	12.62	12,77
FeO-Fe,Oj	14.61	13.27	13,36	12.79	11.06	13.53	11.61	13.86	13^2	12,7
М«О	0,22	0,19	0,31	0:17	0,19	0,18	0,19	0,24	0,19	0,19
СаО	11.4	7.85	7,95	8.4	5.39	8.95	6.1	7.82	6,87	8.35
МЙО	6,23	5.68	4.1	5.67	5.15	7.94	5.42	5,43	7,66	6.19
ХъО	3,03	408	4,7В	3,2	4,22	3.66	3,6	4,2	3,27	2,71
ICO	0,34	0,29	0,27	L79	1-24	0,79	1 = 12	0,26	0,91	1.97
*А	0,95	0.54	1ДЗ	0;71	0,83	0,45	С.64	0,67	0,49	0,71
S	3-03	002	0,04	002	0,01	0,02	0,01	0,03	0,01	0.01
в*	0.06	005	0.06	006	С. 04	0,03	0,07	0,09	0,04	0,06
Сг	0.01	002	0	0	0	0,02	0,01	0,01	0,01	0,01
Си	0,0086	0,0173	00012	0,0026	0,0034	0,0081	0,002	0,0065	0,0112	0,0068
Еп	0,0116	0,0116	00164	0,0108	0,012	0,0071	0,0117	0,0108	0,0103	0,0104
Pb	0,0011	0,0013	00013	0,0013	0,0015	0,0012	0,0014	0,0012	0,0012	0,0012
Xi	0,0092	0,0117	00044	0,0058	0,0036	0,0099	0,0053	0,0082	3.0031	0,0084
St	0,0465	0,1295	00852	0,0772	0,1249	0,0605	0,0558	0,0636	0,0247	0,0494
V	0,04	003	0.G2	002	С.02	0,03	0,02	0,03	0,03	0,03
Rb	0,001	0,0004	00004	0,0023	0,0017	0,0015	0,0009	0,0005	0,0018	0,0035
Zr	0,0276	0,0318	С .043 2	0,0249	0,034	0,0225	0,0242	0,0237	0.0222	0,0221
Ln	0.01	0.01	0,01	0.01	0.01	0	0.01	0,01	0,01	0,01
ХЪ	0.С056	0,0049	0,009	0.0045	0,0057	0,0039	0,0047	0,005	0,0044	0,0044
□пп	9.20SS	9.9015	10,5289	10,4306	9,2832	7,7653	8,194	8.7805	10.7261	10.5238
■Сумма	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
Мк	2.798	4,005	4.446	3,786	5.695	3.16	5,266	4,107	3,654	3.633

Пртмечлнне: Мк - лиупь нислотиоон

Трахибазальты и авгптпты дворецкого комплекса .

О'

Оценка пригодности пород дворецкого комплекса для производства базальтового волокна

Образцы пород дворецкого комплекса были оценены на пригодность для производства базальтового непрерывного волокна (БНВ).

Основными критериями к минеральному сырью, пригодному для получения базальтового волокна, являются модуль кислотности, однородность сырья и стабильный состав пород.

В настоящий момент в нормативных документах требования к химическому составу сырья определяются на основании модуля кислотности, а именно в ГОСТе 4640-93 «Вата минеральная. Технические условия» обозначен нижний предел Мк на уровне не менее 1,2-1,6 [3]:

Si Or, + Air, O-r м =—-—— " CaO+MgO’ где SiO2, А1₂0з, CaO, MgO - содержания соответствующих оксидов в сырье или расплаве, % по массе.

В различной литературе встречаются рекомендации для производства непрерывного волокна из сырья с Мк на уровне 4,76,5 [2], а разработчики Украины и Грузии в качестве эталонного сырья рекомендуют породы своих месторождений с Мк 3,185,56 (среднее 4,11) и 3,15-6,1 (среднее 4,3) соответственно.

Исследованные породы по результатам рентгенофлуоресцентного анализа имеют модуль кислотности от 2,8 до 4,4 в образцах авгититов и от 3,2 до 5,7 в образцах трахибазальтов. Образцы трахибазальтов и три образца авгитита дворецкого комплекса попадают в рекомендуемый диапазон значений 3,1 - 6,1 (таблица).

НТЦ «Бавома» (Украина, Киев) были проведены исследования различных пород на пригодность для производства волокна и даны рекомендации по химическому и минеральному составу для различных видов изделий [6]. Содержания SiO2 для плавления БНВ должны находиться в пределах 47,5-55,0 %, TiO2 - 0,2-2,0 %, А12О3 -14,0-20,0 %, ГеО+Ге2О3 - 7,0-13,5 %, СаО

- 7-11 %, MgO - 3,0-8,5 %, Na2O+K2O -2,5-7,5 %.

Главными особенностями химизма всех пород дворецкого комплекса являются высокая титанистость, железистость и щелочность, недосыщенность кремнекис-лотой. Низкие содержания SiO2 (в среднем 41,9%) приводят к понижению вязкости расплава. Содержание оксидов железа в породах, пригодных для производства базальтового волокна, определяет особенности процессов плавления базальтов. Расплавы с повышенным содержанием оксидов железа имеют большую склонность к кристаллизации, в результате чего волокно становится хрупким и легко разрушается.

Породы дворецкого комплекса обладают относительно стабильным химическим составом (таблица), но разнообразным минеральным составом, различным характером вторичных изменений и неоднородными структурами и текстурами. Положительные факторы - широкая распространенность и высокая степень обнаженности пород, их доступность - есть дороги и подъезды к выходам пород.

Породы дворецкого комплекса могут быть рекомендованы в качестве сырья для производства непрерывного базальтового волокна при условии селективного отбора сырья из наиболее однородных разностей пород. В дальнейшем планируется провести исследования процессов, протекающих при плавке проб, и качества полученного волокна, которые дадут более точную информацию о пригодности пород дворецкого комплекса в качестве сырья для производства базальтового волокна.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования Пермского края (научный проект МИГ «Оценка минерально-сырьевой базы Пермского края для обеспечения производства высокотехнологичного базальтового волокна»).