Предпосылки применения геохимических методов поисков асбеста
Благоприятной предпосылкой для использования геохимических методов поисков асбеста является то, что асбестоносные серпентиниты характеризуются более разнообразным видовым составом и высоким количественным содержанием минералов и элементов по сравнению с неасбестоносными. Это положение основано на данных об условиях образования асбеста- Общепризнано, что образование хризотил-асбеста происходило в два этапа. На первом в результате автометаморфйзма происходила равномерная серпентинизация ультрабазитов под действием растворов, изначально содержащихся в гипербазитовой магме или ассимилированных последней из вмещающих пород. На втором, собственно продуктивном этапе формировались асбестоносные тела за счет серпентинизации гипербазитов гидротермальными растворами. В период интенсивного асбестообразования процессы серпентинизации протекали при относительно длительном существовании различных термодинамических уровней в предварительно измененных гипербазитах. Последние в результате незавершенной серпентинизации по своему составу были благоприятны для формирования хризотил-асбеста. Судя по результатам анализов и расчета баланса вещества, при асбестообразовании циркулировали слабоминерализованные растворы, содержащие H2O, Cl, F, СО2, Hg (глубинный источник); основная масса компонентов заимствовалась из пород субстрата (Si, Mg, Fe, Na, Ti и др.). Хлорсодержащие растворы, способствуя растворению минеральных фаз, катализировали реакции асбестообразования.
Хризотил-асбест состоит в основном из Mg, Si, Н2О (водный силикат магния), а антофиллит-асбест — из Mg, Si, Fe. Широкое развитие перечисленных элементов в породах, вмещающих асбестоносные тела, исключает применение их в качестве геохимических индикаторов. В связи с этим при геохимических поисках месторождений асбеста целесообразно использовать элементы-примеси: Ni, Co, V, Cr, Cu, Ti (магнетит, пирит, сульфиды никеля, кобальта, меди), Sr, Ba (барит, карбонаты), Cl, F (серпентины, брусит, апатит), Hg (сульфиды, карбонаты).
Элементы группы железа (Ni, Co, V, Cr, Cu, Ti) при процессах асбестообразования мигрируют, перераспределяются, что приводит к формированию положительных и отрицательных аномалий вокруг продуктивных тел. Так, при аллометаморфической серпентинизации и асбестообразовании никель перераспределяется, что сопровождается образованием самостоятельных минеральных фаз (самородное никелистое железо FeNi3).
Важнейшими индикаторами асбестовой минерализации являются хлор и фтор. Отмечается прямая корреляционная зависимость между содержанием в породах хлора и степенью их серпентинизации. В серпентинизированных дунитах и свежих перидотитах присутствуют соответственно 0,3 и 0,04% Cl. В неизмененных ультрабазитах (~5% серпентина) содержание Cl составляет 0,007%, в среднесерпентинизированных (10—75%) породах 0,030%, а в интенсивно измененных гипербазитах 0,080%.
Сравнительное изучение хризотил-асбестовых и неасбестоносных массивов показывает обогащенность первых хлором. Высокие концентрации этого элемента в асбестоносных зонах обусловлены воздействием минералообразующих растворов на породы субстрата, приводящим к увеличению в них количества минералов и жидких включений, содержащих хлор. В серпентиновых жилках из измененного дунита (Квебек, Канада) содержится 0,5% Cl, около контактов хризотил-асбестовых жил 0,8% Cl, а в оливине не >0,001% Cl. Присутствие хлора в асбестообразующих растворах оказывало значительное влияние на распределение железа между бруситом и силикатами, приводя к обогащению им брусита. Хлоридным составом гидротермальных растворов объясняются повышенные концентрации ртути (от 18*10в-6% до 20*10в-6%) в хризотил-асбестах. Экспериментально доказано, что ртуть может переноситься в виде хлор-комплексов.
Присутствие фтора в серпентинизирующих растворах доказывается результатами химических анализов: 0,001% в неизмененных ультрабазитах и 0,15% — в серпентинизированных. Значительно более высокие концентрации F отмечаются в антофиллити-зированных гипербазитах, в которых устанавливаются фторсодержащие амфибол-асбесты.
Важной составной частью асбестообразующих растворов является углекислота, о чем свидетельствуют результаты химических анализов гипербазитов и состав жидких включений. Содержание CO2 в серпентинизированных ультрабазитах составляет 0,2—0,4%, что в 100—200 раз больше, чем в неизмененных или слабоизмененных породах. В антофиллитизированных гипербазитах количество CO2 колеблется от 0,4 до 7,9%.
Контрастность распределения элементов в неизмененных ультрабазитах зависит от количественных сочетаний в них минералов-концентраторов. При автометаморфической и значительно больше при аллометаморфической серпентинизации происходило перераспределение элементов. На первых стадиях метаморфизма в гипербазиты (месторождения антофиллит-асбеста) происходит привнос К, Na, Si и вынос Fe, Mg, CaO, а на стадии антофиллитизации (и асбестообразования) — значительный привнос CO2. Миграция и перераспределение элементов обусловливают возможность формирования ореолов вокруг асбестоносных зон. В качестве типоморфных индикаторов месторождений хризотил-асбеста могут быть Cl, F, SO2, Hg, Sr, В, элементы группы железа, а антофиллит-асбеста — F, К, Na, Р, Cl.
Индикатором хризотил-асбестовой минерализации являются положительные аномалии Cl, F, SO2, Hg, Sr, Ba, В и отрицательные Ni, Co, Cu, Ti, V. В связи с тем что при асбестообразовании необходимые компоненты заимствовались из вмещающих пород, около асбестовых тел наблюдают сочетание положительных и отрицательных аномалий и резкие дисперсии содержания таких элементов как Ti, Cr, V, Ni. Вокруг хризотил-асбестовых зон развиваются ореолы хлоридной (220° С) и сульфидной форм ртути.
На месторождениях родусит-асбеста, не имеющих установленной связи с гранитами, отмечаются аномалии фтора (рис. 11).
Геохимические критерии поисков антофиллит-асбеста связаны с особенностями состава исходных гипербазитов и последующих процессов их метаморфизма. При этом учитывают повышенное содержание в них Cr, Ni, Co, Cu. Вокруг ультрабазитов, вмещающих антофиллит-асбест, развиваются эндогенные ореолы этих элементов. Эндогенные ореолы повышенных содержаний Cr, Ni, Co, V и отрицательных аномалий Ti установлены на Сысертском антофиллитовом поле. Важным признаком для обнаружения антофиллит-асбестоносных зон является сочетание положительных и отрицательных аномалий Ti, уверенно фиксирующих эпицентр продуктивной минерализации.
Опытно-методические работы по применению геохимических методов поисков антофиллит-асбестов на нескольких рудных полях показали их эффективность и целесообразность. Продуктивные тела асбестов, встреченные в гипербазитах, по данным А.П. Бачина, сопровождаются ореолами Ni, Co, Cr с содержанием 0,01—0,05% (до 0,2%) при фоновых значениях 0,005%. В рыхлых образованиях над антофиллит-асбестовыми залежами установлены положительные аномалии Ni, Cr, Mo, Co и отрицательные Ti.
Геохимические методы при поисках асбестовых залежей в открытых районах также могут широко и эффективно применяться. При этом можно осуществлять: а) определение материнской породы, с которой связано асбестовое оруденение; б) выявление слепых и глубокозалегающих асбестовых тел; в) определение объема тел и качества сырья; г) выделение конкретных площадей для проведения поисков путем установления формационйой принадлежности ультрабазитов.
Благоприятными для формирования асбестоносных зон являются массивы дунит-гарцбургитовой формации, состоящие из перидотитов, гарцбургитов, в которых весовые отношения Mg/Si = 1,25—1,29 близки к таковым в хризотил-асбесте, а содержание пироксенов колеблется в пределах 10—20%. Асбестоносность обусловливается также характером последующих изменений этих пород. Сравнительно мелкие по масштабам месторождения связаны с породами пироксенит-перидотитовой формации (Карачаевский тип). He перспективны для асбестообразования по своему химическому составу и физическим свойствам интрузивы дунит-клинопироксеновой и дунит-пироксен-габбровой формаций. Степень серпентинизации ультрабазитов, как процесс гидратации первичных безводных силикатов магния и железа, оказывает существен-вое влияние на формирование асбеста и является важным оценочным критерием. Крупные промышленные месторождения хризотил-асбеста обычно локализованы в частично серпентинизированных гипербазитах. Для последних характерны неравномерность и незавершенность серпентинизации, степень которой колеблется в пределах 40—60%, а также проявление стадии хризотилизации. Интенсивно проявленные процессы дорудной серпентинизации (автометаморфизм) и широкое проявление антигоритизации (конечные стадии) неблагоприятны для образования хризотил-асбеста.
Характер и степень серпентинизации проявляются прежде всего в изменении парагенных ассоциаций минералов, характерных для различных стадий процесса: а) первичная ассоциация ультрабазитов (оливин, энстатит, хромшпинелид); б) ассоциация ранней автометаморфической серпентинизации (хризотил, лизардит, брусит, когенит), магнетит не устойчив; в) продукты наложенной аллометаморфической серпентинизации (хризотил-асбест, маггемо-магнетит, брусит), развивающиеся под действием гидротермальных растворов на месте ранних ассоциаций. При серпентинизации пород субстрата первоначально неблагоприятные для формирования асбеста образования становятся благоприятными (уменьшение значения Mg/Si при привносе кремнезема в дуниты).
К ведущим оценочным признакам месторождений хризотил- и антофиллит-асбеста относится зональность. Отмечается определенная закономерность в изменении степени серпентинизации ультрабазитов в вертикальном разрезе (уменьшение ее с глубиной). На фоне единой закономерности наблюдаются локальные изменения степени ее интенсивности, связанные с тектоническими подвижками. В целом степень серпентинизации имеет непрерывно-прерывистый характер. Преимущественная серпентинизация ультрабазитов вблизи поверхности и уменьшение ее с глубиной связаны с тем, что наиболее интенсивному воздействию летучих и кислотных компонентов подвержены интрузивы в приповерхностных зонах. Xaрактерно, что интенсивность серпентинизации прямо коррелирует со степенью окисления железа. Максимальные значения степени окисления типичны для хризотиловых серпентинитов. Понижение железистости наблюдают в хризотиловых серпентинитах, при формировании которых выносится железо (f 0,040—0,050).
На месторождениях антофиллит-асбеста центральные части залежей сложены тальк-антофиллит-карбонатными породами с реликтами серпентина, сменяющимися к периферии тальк-карбонат-антофиллитовыми и антофиллит-тальковыми зонами. Промышленная концентрация асбеста приурочена в основном к антофиллит-тальковой зоне. Во вмещающих асбест породах устанавливаются аномалии U, Mo, Zr; в тремолитовых и антофиллитовых породах устанавливаются ореолы Cr, Ni, Co, Ti. Благоприятной предпосылкой для использования геофизических методов являются четкие различия физических свойств асбестоносных образований и вмещающих их пород.