ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ

Жильные месторождения

Жильные месторождения, возникшие в результате выполнения пустот, характеризуются в связи с этим раздувами и пережимами.

Два главных жильных минерала — кальцит и флюорит. Обычно в жильном выполнении преобладает первый из них, хотя в некоторых случаях флюорит выполняет всю жилу от зальбанда до зальбанда. Кальцит и флюорит образуют совместные агрегаты или перемежающиеся полосы, которые состоят преимущественно из кальцита или флюорита. Наиболее обычные минералы — примеси сфалерит, галенит и кварц. Иногда в значительных количествах присутствует барит, но в большинстве случаев он редок. Кроме того, во флюоритовых месторождениях встречается более дюжины других минералов.

Жильные месторождения частично сформировались при прямом осаждении флюорита, частично посредством метасо- матического замещения ранее выпавшего жильного кальцита и, наконец, частично за счет метасоматоза вмещающих жилы известняков. Более крупные месторождения приурочены к сбросам, в которых по крайней мере одна из стенок представлена известняками горизонтов Сент-Луис или Сент-Джени- вив. Менее мощные известняки, залегающие выше по разрезу толщи яруса Честер, в пределах которой карбонатные породы перемежаются с неизвестковистыми, были менее благоприятны для формирования крупных или выдержанных рудных тел. На некоторых месторождениях важную роль играег метасоматическое замещение вмещающих пород, однако Уэл- лер и его соавторы (Weller et al., 1952) пришли к выводу, что на месторождении Розиклер в Иллинойсе жилы представляют собой настоящие продукты выполнения полостей и метасоматоз при их образовании проявлялся незначительно.

Эти исследователи также считают, что рудоконтролирующая роль массивных известняков связана не столько с их химическим составом, сколько с физическими свойствами (их высокой прочностью, допускающей возникновение открытых трещин).

Жилы выполнения трещин широко распространены как в Иллинойсе, так и в Кентукки.

Месторождение Розиклер в юго-западной части округа Хардин, Иллинойс, характерно для этого тила. Оно детально описано Уэллером и его соавторами (Weller et al., 1952).

Флюоритовые месторождения жильного типа в Кентукки описаны Уэллером и Саттоном (Weller, Sutton, 1951), а также Уилльямсом и др. (Williams et al., 1955).

Почти такое же значение, как и жильные месторождения, имеют пологопадающие пластообразные метасоматические залежи флюорита. Месторождения этого типа известны по обоим берегам реки Огайо, но наибольшее количество флюорита добывается на месторождении Кейв-ин-Рок в восточной части округа Хардин, Иллинойс ( 8.2).

Метасоматические залежи имеют пластообразную форму и ориентированы параллельно слоистости вмещающих пород. Многие из них обнажаются в бортах долин и выходят непосредственно на дневную поверхность. Так же как и большинство пластовых метасоматических тел вообще, эти залежи флюорита приурочены преимущественно к некоторым благоприятным стратиграфическим горизонтам. На месторождении Кейв-ин-Рок оруденение локализуется в известняках горизонта Фредония формации Сент-Дженивив непосредственно под розиклерским горизонтом песчаников и в перекрывающих известняках горизонта Ренаулт под горизонтом песчаников Бетел.

Метасоматические залежи связаны с мелкой трещинова- тостью, похожей на отдельность, и небольшими сбросами, смещения по которым редко превышают 10 футов. В тех случаях, когда залежь развита в обе стороны от трещины или сброса, она имеет линзовидное поперечное сечение, а когда она развита только в одну сторону от рудоконтролирующей структуры, форма ее обычно клиновидная (с острым концом, обращенным в сторону известняков, и расширением к трещине). Протяженность метасоматических залежей флюорита колеблется от 200 до 1500 футов, а ширина — от 50 до 200 футов. Мощность их составляет 3—15 футов. На рудничных планах можно видеть, что залежи этого типа вытянутые и узкие, с многочисленными ответвлениями и изменениями направления.

Месторождение Кейв-ин-Рок приурочено к крупной меридиональной тектонической зоне разлома Петерс-Крик с амплитудой смещения около 500 футов и располагается в надвинутом блоке. Считается, что эта тектоническая зона была главным каналом, по которому поднимались фторсодержащие растворы, поступавшие затем отсюда в другие, более мелкие сбросы и трещины. Растворы поднимались по всем этим трещинам до тех пор, пока не встречались с легко замещающимися известняками, выше которых трещины выклиниваются или сужаются. Обычно такое затухание трещин начинается в основании пластов глинистых песчаников типа песчаников горизонта Розиклер. Метасоматические залежи представляют собой результат частичного или полного замещения вмещающих известняков в тех участках, где растворы распространялись в боковом направлении, поскольку сверху они подпру- жены непроницаемым для них горизонтом. Замещение менее плотного кальцита флюоритом приводило к усадке, вызывающей явления проседания и обрушения в перекрывающей толще (Grogan, 1949).

Главные минералы метасоматических залежей—флюорит, сфалерит и галенит; минералы — примеси те же, что и в жильных месторождениях. Довольно обычны в метасоматических телах включения обломков песчаников, известняков и глин. Руды в большинстве случаев обладают полосчатостью и со* стоят из светлых прослоев, сложенных грубозернистым агрегатом почти чистого флюорита, которые перемежаются с более темными полосами, обладающими меньшей зернистостью и содержащими наряду с флюоритом другие минералы, а также реликты незамещенного известняка. Отчетливо выраженная полосчатость руд этой группы обусловила их название хвост енота (coontail ore)

Метасоматические руды высококачественные; в некоторых месторождениях, кроме того, содержание сфалерита и галенита настолько велико, что они представляют промышленную ценность как побочные продукты. Запасы метасоматических руд большие. В связи с этим можно полагать, что пластооб- разные тела будут, вероятно, еще долго служить объектом интенсивной эксплуатации.

Геологическое строение месторождения Кейв-ин-Рок было описано Карриером (Currier, 1944), а также Уэллером и др. (Weller et al., 1952).

Остаточные месторождения возникли в результате проникновения нисходящих поверхностных вод в зоны дробления, включавшие жильный флюорит, а также растворения и выноса кальцита и известняка. Разрушенные и ослабленные жилы обрушались, а нерастворимый раздробленный флюорит смешивался с остаточным глинистым материалом и обломками вмещающих пород. Так формировались месторождения «флюоритового гравия». Флюорит, первоначально распределенный в жиле протяжением на глубину более 100 футов, может сконцентрироваться в остаточном месторождении мощностью 20—30 футов. Таким образом, жилы с убогим оруде- нением или слишком незначительной мощностью могут в верхних частях содержать промышленные залежи флюоритового гравия. Пластообразные метасоматические тела флюорита, которые предохраняются перекрывающими неизвестковыми горизонтами, менее восприимчивы к выветриванию, чем жилы, и за счет них возникали лишь единичные остаточные месторождения.

Ранее большинство жильных месторождений было разведано шурфами, шахтами и канавами. В настоящее время, как и во многих других рудных районах, здесь преимущественно ведут разведочные работы с использованием алмазного бурения. Бурение ведется как с поверхности, так и из подземных горных выработок, причем скважины задаются под любыми углами от вертикальных до горизонтальных. Получаемый кер- новый материал описывается и сохраняется. Поскольку на флюоритовых месторождениях локальные структуры очень сложны, только всестороннее и тщательное изучение керна позволяет распознать детали строения месторождений. На месторождении Кейв-ин-Рок, где флюоритовые тела залегают полого, хорошие результаты получены и при разведке с применением ударно-канатного бурения, при котором вместо керна получают шламм.

Большое внимание было уделено применению геофизических методов разведки месторождений района Иллинойс — Кентукки (Hubbert, 1944; Johnson, 1957; Lee, Hemberger, 1946; Weller et al., 1952). Электроразведка и сейсморазведка методом отраженных волн хотя и не позволяют непосредственно выявлять месторождения флюорита, но помогают установить положение сбросов и способствуют, таким образом, определению мест заложения буровых скважин. Третий метод, основанный на измерении электрического потенциала, теоретически позволяет устанавливать тела окисленных руд, если в них присутствовали такие минералы, как пирит и галенит, часто появляющиеся в залежах флюорита. Пока неясно в полной мере, какую роль смогут в дальнейшем играть все эти геофизические методы при разведке месторождений флюорита. Методы разработки и обогащения флюорита рассмотрены в работе Уэллера и др. (Weller et al., 1952).

Месторождение Нортгейт, Колорадо

К числу важных флюоритовых месторождений региона Скалистых гор относится месторождение Нортгейт в северной части центрального Колорадо. Оно расположено в округе Джэксон приблизительно в 5 милях южнее границы Вайоминга (в 10 милях к югу находится центр округа Уолден, а в 50 милях на северо-восток лежит Ларами, Вайоминг). Это месторождение приурочено к юго-западному крылу гор Ме- дисин-Боу и находится на несколько сот футов выше днища широкого межгорного бассейна, известного под названием Норт-Парк ( 8.3). Абсолютные отметки в пределах месторождения составляют более 9 тыс. футов, а на межгорнои равнине — 7800—8500 футов,

Горы Медисин-Боу представляют собой широкое нагорье, которое протягивается в северном направлении и сложено комплексом докембрийских гнейсов, кристаллических сланцев и интрузий гранитов. Древние долины в пределах нагорья выполнены осадками третичного возраста. Межгорная впадина Норт-Парк сложена смятыми в складки осадочными породами позднепалеозойского, мезозойского и третичного возраста, частично прикрытыми плащом четвертичного аллювия. Структурной границей между горами и межгорной впадиной служит протягивающийся в широтном направлении в районе Нортгейт надвиг Индепенденс-Маунтин, имеющий северное падение и относящийся к ларамийскому диастрофизму.

Гнейсовый комплекс инъецирован штоком гранитов (точнее, кварцевых монцонитов), получившим название массива Шерман. На  8.3 можно видеть прямоугольный выход этого массива длиной около 5 миль и шириной 2 мили, вытянутей в широтном направлении и ограниченный с к?гэ надвк- гом Индепенденс-Маунтин. Граниты преимущественно обладают средне- и грубозернистым сложением и отчасти порфи- ровидной структурой. В результате выветривания и эрозии в пределах гранитного массива сформировался местный резко расчлененный рельеф с остроконечными шпилями, крупными валунами, карнизами и широкими плоскими террасами. С восточной стороны интрузив ограничен свитой гранитных даек, отделяющих массив от гнейсов. Система даек слагает небольшую возвышенность, получившую название горы Пинкхем».

Небольшие проявления флюоритовой минерализации приурочены к силицифицированным брекчиям, развитым вдоль разлома Индепенденс-Маунтин и других надвигов ларамий- ского возраста, однако эти рудопроявления в связи с незначительными размерами и низким содержанием флюорита не имеют промышленного значения. Промышленные концентрации флюорита установлены в двух небольших тектонических зонах, секущих гранито-гнейсовый комплекс на обоих склонах горы Пинкхем. Эти нарушения секут выполняющие древние долины олигоценовые отложения и имеют средне- или поздне- третичный возраст. Подвижки по нарушениям имели амплитуду порядка 20—40 футов и происходили главным образом в горизонтальном направлении.

Крупные рудные тела приурочены к участкам пересечения этими тектоническими нарушениями гранитного массива Шер- ман. Во всех залежах флюорита хотя бы один зальбанд сложен гранитами массива Шерман. Очевидно, гранит был благоприятен для локализации оруденения, поскольку в период рудоотложения трещины сохранялись в приоткрытом состоянии в связи с его твердостью и хрупкостью. Полости, или «каналы циркуляции растворов», довольно часто встречаются в тех жилах, где не все пространство приоткрытых трещин было выполнено отложившимся флюоритом. В западной тектонической зоне флюорит слагает прерывистые ветвистые жилы. Линзы высококачественной руды могут переходить в сеть прожилков, в связи с этим главная рудная зона при прослеживании подземными выработками иногда трудно отличима от ее апофиз, секущих вмещающие породы. В восточной тектонической зоне гранит более интенсивно брекчирован, и здесь тонкозернистый флюорит отложился как цемент этой брекчии. Промышленная минерализация в этой зоне прослежена по простиранию на расстояние более 10 тыс. футов.

Флюорит в районе Нортгейт — преимущественно жильный минерал. Он слагает полосчатые слои, образовавшиеся как серия последовательных крустификаций на стенках открытых трещин. Флюорит в отдельных полосах представлен агрега* тами призматических кристаллов и зернистыми массами; крупные, хорошо образованные кристаллы очень редки. Флюорит преимущественно бесцветный, белый или слегка окрашен в зеленый или бледно-лиловый оттенки. Каналы циркуляции растворов в жилах подчеркиваются темными рубашками окислов марганца во внутренних полосах флюорита; в незначительных количествах в жилах присутствует халцедон.

На месторождениях действуют как эксплуатационные карьеры, так и подземные горные выработки. Стивен (Steven, 1954) подсчитал, что запасы на месторождениях составляют 1,5—2 млн. т руды со средним содержанием CaF2 более 35%. Этот же автор детально рассмотрел происхождение гранитного массива Шерман в районе месторождения Нортгейт и его соотношения с вмещающими метаморфическими породами (Steven, 1957).