Геология рудных месторождений, 2021, T. 63, № 4, стр. 382-396

Геологическое строение

Месторождение расположено в центральной части Белгородского рудного района КМА. По морфологии залежей отнесено к контактово-площадному типу. Протяженность месторождения с северо-запада на юго-восток составляет ~20 км, а ширина ~3 км (фиг. 2). В геологическом строении месторождения участвуют породы курской (метапесчаники (P${\text{R}}_{1}^{1}$kr₁), сланцы (P${\text{R}}_{1}^{1}$kr₂) и железистые кварциты (P${\text{R}}_{1}^{1}$kr₃)) и оскольской (сланцы яковлевской свиты с прослоями железистых кварцитов, мраморизованных известняков и доломитов) серий. В западной части на поверхность докембрийского фундамента выходят породы архейского возраста (AR₂mh). На северном фланге месторождения зафиксирован массив сиенитов, который интрудирует породы протерозойского комплекса. Породы курской серии моноклинально залегают под углами 40°–70° (в северной и центральной частях) и 25°–50° (в южной части). Залегание несколько осложняется мелкой складчатостью и флексурными перегибами. Оскольская серия залегает без явных признаков несогласия на образованиях курской серии. Рельеф докембрийской поверхности месторождения на настоящий момент сохраняет основные черты древнего (довизейского) выровненного рельефа. Для него характерно наличие ряда высоких и низких пенепленезированных участков с пологим уклоном в юго-западном направлении. Наиболее высокое положение занимает центральная часть месторождения, где она представлена останцовой грядой, сложенной железистыми кварцитами и сланцами и вытянутой в северо-западном направлении. Склоны этого поднятия пологие, симметричные с мелкими впадинами типа силикатного карста глубиной до 26 м, что подтверждает трещинную природу коры выветривания. Самая низкая гипсометрическая ступень отмечается на периферийных частях месторождения, где она представлена склонами, небольшими поднятиями, долинообразными понижениями и закарстованными трещинами.

Фиг. 2.

Геологическая схема Мелихово-Шебекинского месторождения по (Сиротин, 1977) с дополнениями. 1 – железорудная КВ; 2 – бокситы и ферраллиты; 3 – сланцы; 4 – железистые кварциты; 5 – углеродистые микросланцы и аркозовые песчаники стойленской свиты; 6 – тектонические нарушения; 7 – граниты атаманского интрузивного комплекса (${\text{PR}}_{1}^{2}{\text{a}}$); 8 – разведочные скважина и профиль.

Месторождение представлено тремя залежами БЖР со средними мощностями (м): 75 (Западная), 70 (Центральная) и 65 (Восточная), которые разделены сланцами курской серии (фиг. 3). Между Западной и Центральной залежами БЖР на пачке сланцев развиты бертьерин-бемитовые бокситы, составляющие главную залежь глиноземного сырья (41% запасов месторождения по C₂) (Петин, Сиротин, 2016). В восточной части месторождения по двум скважинам (скв. 2765, 3124) установлен останцово-карстовый профиль в кварц-серицитовых сланцах яковлевской свиты. Восточная залежь мартитовых и железнослюдково-мартитовых руд мощностью ~120 м частично расщеплена сланцами яковлевской свиты шириной 170–230 м, по которым развиты бокситы со средней мощностью 9.1 м.

Фиг. 3.

Геологический разрез КВ Мелихово-Шебекинского месторождения. Составлен по С.И. Чайкину с дополнениями по данным ГРР (2006 г.). 1 – нижнекаменноугольный известняк; 2 – карбонатизированные руды; 3 – переотложенные железорудные брекчии; 4 – мартитовые и железнослюдково-мартитовые БЖР; 5 – железнослюдково-тонкодисперсно-гематитовые и тонкодисперсно-гематит-гетитовые БЖР; 6 – бокситы; 7 – сильновыветрелые межрудные сланцы (филлитовидные); 8 – слабоокисленные железистые кварциты; 9 – железистые кварциты; 10 – сланцы, вмещающие зону окисления железистых кварцитов; 11 – метапесчаники.

Минеральный состав

Железо-алюминиевые руды достаточно пестрые по своему составу. В бертьерин-бeмитовых бокситах значительно распространен каолинит, достигая в отдельных прослоях 85%. В меньшей степени распространен гиббсит (5–15%) обязательно в верхних горизонтах в ассоциации с бертьерином (до 17%). В подчиненном состоянии, но повсеместно встречается тонкодисперсный гематит в некоторой ассоциации с гeтитом.

Бeмит является наиболее распространенным минералом свободного глинозема как в латеритных, так и в осадочных бокситах на периферии месторождения. Выделяются две генерации: бeмит-I – метаколлоидный и микролитовый и бeмит-II. В свою очередь, последний условно разделяется на два подтипа бeмит-II₁ – преимущественно метасоматический, кристаллический и бeмит-II₂ – инфильтрационный раннекатагенетический минерал, встречающийся только в кристаллической форме (Сиротин, Белявцева, 2010). Лишь незначительная часть скрытокристаллического бeмита в составе железо-алюминиевых руд и бокситов является реликтовой, первичной. Генерации и разновидности бeмита отличаются также по оптическим показателям. Бeмит осадочных бокситов почти не отличается от бeмита остаточных бокситов.

Гиббсит менее распространен, образуя две генерации: гиббсит-I кристаллический и гиббсит-II крупнокристаллический с двумя разновидностями: II₁ и II₂. Гиббсит-I преимущественно входит в состав псевдобобовин и в состав обломков бокситовых псаммитов и гравелитов. В красных тонкодисперсных бокситах не встречен. В белых бокситах его примесь обнаруживается рентгенографическим методом. Установлена метаколлоидная форма гиббсита в обломках как возможный результат раскристаллизации. Диаспор образует иногда заметные примеси, встречаясь только в ассоциации с бертьерином.

Каолинит также является породообразующим минералом, но при этом встречается только в отдельных прослоях. В рыхлых продуктах палеокоры выветривания он характеризуется несовершенной структурой. Каолинит из уплотненных железисто-серицито-каолинитовых пород подошвы залежей бокситов характеризуется заметным содержанием тонкодисперсного гематита, плойчатостью, где тонкая система трещин мощностью 0.1–0.5 мм выполнена гематит(тонкодисперсный)-серицит-каолинитовым агрегатом.

Тонкодисперсный гематит и гётит (а также лимонит) в породах зоны свободного глинозема постоянно присутствуют. В бокситах содержание гематита размером менее 100 нм в среднем составляет 4–5, иногда до 20% (фиг. 4а). Гeтита не более 10%, но он может образовывать гнeзда внутри бокситов с концентрацией до 82%.

Фиг. 4.

Разновидности бокситов КМА: а – боксит бeмитовый массивный гематитизированный, обр. 15, глуб. 449.1 м; б – ферраллит гематит-бeмитовый слоистый, обр. 6, глуб. 462.0 м; в – боксит бeмитовый гематитизированный слоистый, обр. 66, глуб. 611.7 м; г – ферраллит гематит-гeтит-бeмитовый слоистый, обр. 9, глуб. 727.2 м.

В ряде разрезов подзона кондиционных бокситов представлена тонкопористыми землистыми бокситами. Кроме того, на месторождении установлен белый тонкодисперсный тип боксита высокого качества. Эти бокситы диагенетически преобразованы с незначительной фазой гиббсита, бертьерина и каолинита.

Химический состав руд

Химический состав бокситов, развитых по сланцам курской серии, едва заметно отличается от таковых, развитых по породам оскольской серии. Среднее содержание (%) Al₂O₃ = 53.1, SiO₂ = 9.9, Fe_общ. = 14.4. Резкое увеличение содержания FeO при уменьшении количества SiO₂ соответствует развитию высокоглиноземистых шамозитов, а резкое уменьшение содержания FeO при увеличении количества SiO₂ соответствует развитию каолинита. В ферраллитах среднее содержание Al₂O₃ = 25.5%, SiO₂ = 14.8%, Fe_общ. = 30.3% с кремниевым модулем 1.7. На южном фланге месторождения в породах яковлевской свиты установлено проявление фосфора в породах мощностью 16.6 м (скв. 2718) при среднем содержании P₂O₅ = = 8.9%.

В бокситах Мелихово-Шебекинского месторождения в промышленных концентрациях содержатся галлий (11–210 г/т), ванадий (160–850 г/т), литий (19–673 г/т), в аномальных концентрациях бор (B₂O₃ = 100–5500 г/т) (Латеритные …, 1976). Все пробы бокситов и ферраллитов имеют повышенный радиационный фон до 165 мкР/ч.

Приведенный тип бокситов, по сравнению с другими бокситами КМА, имеет более высокое содержание Al₂O₃ и SiO₂, более низкий кремниевый модуль (5.3), содержит значительно меньше карбонатов, но значительно больше каолинита.

Геологическое строение

Расположено в юго-западной части Белгородского рудного района и приурочено к крутому изгибу Корочанско-Большетроицкой или Корочанско-Мухинской магнитной аномалии (см. фиг. 1). В последнее время по геофизическим данным еe принято относить к более протяженной Прохоровско-Большетроицкой рудной зоне. В структурном отношении месторождение рассматривается как синклиналь в составе Корочанско-Большетроицкой грабен-синклинали, а последняя является частью Белгородского грабен-синклинория. В ядре Большетроицкой синклинали фиксируются рудоносные породы курской серии нижнего протерозоя. Горизонты латеритов отнесены к площадному типу с интенсивной закарстованностью. Залежи БЖР, бокситов и ферраллитов сформировались в довизейской коре выветривания, развитой на породах курской серии (Никулин, 2017). Бокситы развиты на породах верхней сланцевой подсвиты коробковской свиты kr₄, а залегающие под ними БЖР и ферраллиты – по кварцито-сланцам и железистым кварцитам, относимым к верхней рудоносной подсвите (PR₁kr₃). В центральной и восточной частях месторождения бокситы размыты, и на палеоповерхность выходят БЖР (фиг. 5), где их мощности увеличены за счет развития карстовых процессов. В западном направлении от скважины к скважине мощность бокситов постепенно нарастает от 7 до 67 м (фиг. 6). Предполагается, что они в виде пологозалегающего плаща (углы падения не более 5°–7°) покрывают нижележащую залежь богатых руд, образовавшихся в зоне выветривания железистых кварцитов коробковской свиты. Профиль выветривания представлен субгоризонтальными зонами (сверху вниз): 1) сидеритизированная гематитовая и незначительная (десятки сантиметров) гематит-бeмит-сидеритовая, 2) собственно латеритная (рыхлая мартитовая или мартит-железнослюдковая и бeмитовая с каолинитом, гиббситом и диаспором), 3) слабоокисленных железистых кварцитов.

Фиг. 5.

Геологическое строение Большетроицкого месторождения под палеоген-каменноугольным осадочным чехлом по (Безуглый, Никулин, 2010) с дополнениями. 1 – бокситы по сланцам верхней подсвиты коробковской свиты PR₁kr₄; 2 – железистые кварциты и филлитовидные сланцы kr_2-3; 3–6 – БЖР (мощности: 3 – 0–50 м, 4 – 50–150 м, 5 – 150–250 м, 6 – 250–300 м); 7 – изопахиты мощности рудной залежи: а) под осадочным чехлом, б) под сланцами PR₁kr₄; 8 – оси зон дробления и повышенной трещиноватости; 9 – разведочные профили и их номера; 10 – буровые скважины поисково-оценочной (а), разведочной (б) стадий.

Фиг. 6.

Геологический разрез Большетроицкого месторождения по (Безуглый, Никулин, 2010) с дополнениями. 1 – карбонатные породы и рудные конгло-брекчии нижнекаменноугольных отложений (С₁); 2 – бокситы, Fe–Al-породы PR₁kr₄; тела сланцев среди Fe-кварцитов kr_2–3; 3 – толща, переходная от сланцев к Fe-кварцитам; 4 – Fe-кварциты kr_2–3; 5 – Fe-кварциты kr₁; 6 – филлитовидные сланцы PR1st; 7 – богатые Fe-руды в kr_2–3; 8 – богатые Fe-руды в kr₁; 9 – предполагаемые (условные) границы; 10 – предполагаемый разлом (а); предполагаемая ось зоны дробления (б).

Минеральный состав

Минеральный состав бокситов во многом повторяет бокситы Мелихово-Шебекинского месторождения: бeмит до 89%, гиббсит не более 15%, гeтит 10–15% (без учета монопрослоев и линз), тонкодисперсный гематит 5–55% (фиг. 4б).

Здесь бертьерин развит более масштабно (мощность бертьеринизированного горизонта превышает 20 м), но средние содержания такие же. Для ожелезненных разновидностей характерно порошковатое (почти талькоподобное) строение агрегатов бeмита и гиббсита. Бурые бeмитовые руды с метаколлоидной фазой бeмита с пятнистой (неочковой) текстурой, пятнистость нечеткая, связаны с неравномерным распределением тонкодисперсного гематита. Каолинит встречается в основном в верхних частях разрезов и в зонах плохого дренажа на контакте с подстилающими породами.

Псевдобобовины бокситов сложены бертьерином с незначительной примесью бeмита. Такие бокситы серые, светло-серые, зеленовато-серые, каменистые, плотные, с содержанием FeO до 20%. Псевдоцемент состоит преимущественно также из бертьерина и тонкодисперсного гематита, по мере удаления последнего появляются микроучастки метаколлоидного тонкочешуйчатого бeмита: сростки пластинчатых и вытянуто-ромбоэдрических кристаллов бeмита размером до 0.003–0.005 мм, в дальнейшем он переходит в более крупнокристаллический с размером кристаллов до 0.04–0.08 мм.

Каолинит из уплотненных железисто-серицито-каолинитовых пород, лежащих в подошве бокситов, характеризуется заметным содержанием тонкодисперсного гематита, плойчатостью; породы разбиты тонкой системой трещин мощностью 0.1–0.5 мм, выполненных гематит(тонкодисперсный)-серицит-каолинитовым агрегатом (через систему микротрещин осуществлялся суффозионный транзит тонкодисперсного гематита и серицита – несомненное доказательство потери первичного объема сланца).

Химический состав

Химический состав бокситов и ферраллитов варьирует в пределах их промышленной значимости (табл. 1). Все пробы бокситов и ферраллитов имеют повышенный радиационный фон до 213 мкР/ч.

Геологическое строение

Расположено северо-восточнее г. Белгород, где приурочено к южной части Яковлевской синклинали и ее продолжению – Белгородской синклинальной зоне. Бокситы мощностью от 0.25 до 48.6 м развиты по филлитовидным сланцам верхней подсвиты стойленской и коробковской свит курской серии и яковлевской свиты оскольской серии в виде узких (50–400 м) и сильно вытянутых (1–10 км) пяти залежей северо-западного простирания. Их глубина залегания варьирует в пределах 511–787 м.

Сланцы межрудные и перекрывающие железистые кварциты выветрены на значительную глубину, особенно в приконтактовых зонах (фиг. 7). По сланцам, подстилающим железистые кварциты, бокситы развиты значительно реже, чем по сланцам, перекрывающим железистые кварциты. Менее благоприятны для бокситообразования кварцево-серицитовые сланцы с вкрапленностью магнетита и гематита.

Фиг. 7.

Разрез Висловского месторождения по (Никитина, Алексеева, 1974) с дополнениями. 1 – карбонатные нижнекаменноугольные отложения (С₁); 2 – бокситы, Fe–Al-породы; 3 – БЖР; 4 – сланцы углеродисто-кварцево-слюдяные тонкослоистые с прослоями слаборудных кварцитов и метаконгломератов яковлевской свиты (PR₁ja₁); 5 – углеродистые микросланцы верхней сланцевой подсвиты коробковской свиты (PR₁kr₄); 6 – кварциты силикатно-магнетитовые и карбонатно-магнетитовые с прослоями межрудных сланцев, слаборудных кварцитов верхней железорудной подсвиты коробковской свиты (PR₁kr₃); 7 – сланцы кварц-хлорит-слюдяные нижней сланцевой подсвиты коробковской свиты (PR₁kr₂); 8 – геологоразведочные скважины.

Минеральный состав

Основным минералом является бeмит, в подчиненном количестве – гиббсит. (фиг. 4в). Гиббситовые руды с пятнистой текстурой представляют собой ближайшую разновидность гиббситовых со сплошной раскристаллизацией, во многих разрезах являясь их предшественниками. В нижней части зоны очковые руды (овальные образования размером 1.0 × 0.5 × 0.1 мм, длина которых ориентирована по падению реликтовой сланцеватости) редкие, плоские. Основная масса породы имеет реликтовую лепидобластовую структуру и приобретенную вторичную плойчатость. Вверх по разрезу редкоочковая структура эволюционирует в сторону плотноочковой, а основная масса породы утрачивает реликтовую текстуру, замещаясь бурыми гелями. Здесь они составляют до 85–90% объема породы, в целом уплотняясь, а между ними сохраняются лишь тонкие каемки из смеси каолинита и тонкодисперсного гематита. Очевидно, что на стадии латеритообразования структура сплошной раскристаллизации была широко распространена в верхней части профиля, откуда обломки гиббситовых латеритов поступали в осадок. Подразумевается, что исключительно важную роль сыграли ежегодное чередование полного насыщения водой выветривающихся пород и их осушения в течение жаркого сухого сезона (Слукин и др., 2019), а также перманентное механическое воздействие биоты и химическое – продуктов ее жизнедеятельности (Slukin и др., 2016), что подтверждено в исследовании латеритов Центрального месторождения Чадобецкого поднятия, расположенного на Сибирской платформe на междуречье Ангары и Подкаменной Тунгуски (Слукин и др., 2014). В дальнейшем (уже на другой стадии) вдоль этих каемок развивается бертьерин, вторичный каолинит, сидерит. Еще выше по разрезу очковая структура заменяется структурой сплошной раскристаллизации гиббсита.

Агрегаты каолинита от подошвы вверх по разрезу приобретают интенсивную гипергенную микроплойчатость, а реликты серицита разворачиваются согласно плойчатости. В дальнейшим каолинит превращается в глиноземисто-каолинитовый гель с разрушением реликтовой текстуры. К центру залежи формируется метаколлоидная гематит-каолинит-бeмитовая ассоциация минералов (Никитина, Алексеева, 1974).

Пирит в качестве примеси встречается как в остаточных, так и осадочных бокситах и аллитах в виде вкрапленности, а также в виде выполнения трещин и пустот. Его зерна в основном неправильной формы, по мере увеличения их размера начинает отчетливо проявляться кубическая форма кристаллов. Пирит широко распространен в перекрывающих, особенно углистых породах, где формы его выделений разнообразны – от мельниковита до желваковых стяжений и агрегатов кристаллов кубической формы размером до 1 см и более.

Минеральные формы микроэлементов в сланцах и развитых по ним бокситах разнообразны, большая часть находится в рассеянном виде. Главными минералами-носителями редких элементов в сланцах являются легко изменяющиеся в условиях выветривания слюды (биотит, серицит), акцессорные минералы тяжелой фракции (ильменит, рутил, сфен и др.) и сульфиды, распределение которых в разрезах очень неравномерное. В корах выветривания отмечается связь большинства микроэлементов с гидрооксидами алюминия и железа, глинистыми минералами, в том числе и вновь образованными (каолинит, бертьерин); акцессорными минералами тяжелой фракции.

Химический состав

Средние содержания (мас. %): Al₂O₃ = 49.50, SiO₂ = 7.74, Fe_общ. = 17.16, FeO = 14.57, П.п.п. = 16.04 при кремниевом модуле 6.4. В бeмитовом и гиббситовом профилях распределение лантаноидов не имеет принципиальных различий (табл. 2). В разрезе скв. 2209 происходит накопление всех лантаноидов (и легких, и средних, и тяжелых), в псевдобобовых плотных – уменьшение, а в кавернозных псевдообломочных – увеличение их содержания: легких (La – 167.56 г/т; Ce – 202.84 г/т, Pr – 3.96 г/т), средних (особенно Nd – 69.69 г/т, Sm – 13.17 г/т) и тяжелых (Сиротин, Белявцева, 2010). Все пробы бокситов и ферраллитов имеют повышенный радиационный фон до 189 мкР/ч.

Геологическое строение

Находится в юго-западной части г. Белгород, на востоке граничит с Висловским и на юго-востоке с Разуменским месторождениями (фиг. 8). Северный участок приурочен к Олимпийской синклинали, ориентированной в северо-западном направлении, представляющей собой усложненное крыло Яковлевской синклинали. Южный (Тавровский) участок приурочен к Репнянской синклинальной структуре, отделяясь от Северного участка антиклинальной складкой, сложенной породами михайловской серии. У БЖР отмечена наибольшая мощность – 192 м. Бокситы развиты в семи залежах между залежами БЖР и по разрезу разбиты на четыре зоны с максимально зафиксированной мощностью до 150 м. Все зоны залежей бокситов развиты одновременно на всю глубину существующей трещиноватости, а все гипергенные минералы образованы непосредственно по исходным компонентам материнской породы и никак не стадийно за счет друг друга. Бокситы максимального качества слагают зону мощностью 19.6 м.

Фиг. 8.

Геологическая схема поверхности Олимпийского месторождения под каменноугольным осадочным чехлом по (Никулин, Савко, 2015) с дополнениями. 1 – бокситы, Fe–Al-породы; 2 – БЖР; 3 – сланцы филлитовидные, метаалевролиты, алеврофиллиты кварц-серицитовые, метапесчаники; 4 – кварциты силикатно-магнетитовые и карбонатно-магнетитовые с прослоями межрудных сланцев, слаборудных кварцитов; 5 – метапесчаники кварцевые нижней подсвиты стойленской свиты (PR₁st₁); 6 – нерасчленeнная толща сланцев, амфиболитов, плагиоклазовых порфиритов (и их туфов); 7 – гранодиориты и плагиокраниты салтыковского комплекса; 8 – тектонические нарушения; 9 – геологоразведочные скважины.

Бокситоносная закарстованная линейная палеокора выветривания развита преимущественно по кварц-серицитовым алеврофиллитам яковлевской свиты и в меньшей степени по нижней сланцевой подсвите коробковской свиты. В подошве выветрелый сланец имеет светло-зеленый цвет с явно выраженной первичной сланцеватостью и бурыми пятнами, выше теряет сцементированность и сменяется породой с тонкочешуйчатой структурой и реликтовой неясновыраженной сланцеватостью. Ферраллит здесь зеленовато-серого цвета с выраженной отчетливо реликтовой сланцеватостью, из разреза в разрез (по данным керна скважин) сменяется крепкой красно-бурого цвета породой с охристыми пятнами и линзами гeтита.

Минеральный состав

Руды преимущественно бeмитовые (до 68%) с заметным участием гематита и гeтита, а также нешироко развитой микроплойчатостью из каолинита или хлорита (фиг. 4г). Псевдобобовины состоят из гиббсита, ориентированного согласно материнской сланцеватости. Карбонаты имеют ограниченное распространение. Гематит слагает цемент, пропитывая боксит по реликтовой сланцеватости. В кровле отмечаются делювиальноподобные железорудно-глиноземные породы. Очень характерно обилие микровключений из хлорита, каолинита и гидрооксидов железа, а также микровключений гиббсита в хлоритовых прослоях.

Химический состав

По химическому составу бокситы мало отличаются от Висловских (ср. взвеш., %): Al₂O₃ = 51.36 (приведенный – 36.6), SiO₂ = 9.95, Fe_общ. = 17.10, CaO = 0.91, MgO = 0.6, B₂O₃ = 1570 г/т. Отмечены повышенные концентрации галлия, ванадия и лития. В двух пробах отмечена повешенная концентрация TiO₂ до 2.0%. Ферраллиты с мощностями 2.0–28.3 м распространены только в подошве и фрагментарно – в кровле основных залежей бокситов. Средние значения (%): Al₂O₃ = 34.4, SiO₂ = 22.6, Fe_общ. = 20.7, FeO= 1 4.57, П.п.п. = 16.04 при кремниевом модуле 6.4.

Проведена минералого-технологическая типизация, в результате которой выделены шамозит-бeмитовый байеровский (57.1%) и каолинит-шамозит-бeмитовый спекательный (42.9%) типы руд (Геология, вещественный состав …, 1972). Все пробы бокситов и ферраллитов имеют повышенный радиационный фон до 177 мкР/ч.

Выделенный ряд месторождений латеритов КМА занимает особое место в бокситоносной формации Российской Федерации (табл. 3). Эти месторождения по генезису относятся к палеолатеритам алюмосиликатных пород довизейской дневной поверхности Восточно-Европейской платформы.