Геология и условия образования меди

Северо-Восточный  государственный университет

Кафедра геологии 
 
 
 
 

Курсовая  работа

«Геология и условия образования меди» 
 
 
 

Выполнил: студентка группы ЭУГ-91

Макарова  Анастасия

Проверил: доц.каф.геологии, к.г.-м.н.

 Караваева  Виктория Анатольевна 
 
 
 
 
 

Магадан

2010 

                                    Содержание 

1. Введение __________________________________________________ 3
2. Физико-химические условия образования месторорождений меди_______________________________________________________ 4
3. Геологическое строение медного месторождения Матаамбре ______ 11

3.1. Геология  района месторождения __________________________ 12

3.2. Геологическое  положение рудного поля Матаамбре __________ 13

3.3. Вмещающие  породы _____________________________________ 15

3.4. Складчатые  и разрывные нарушения _______________________ 18

3.5. Гидротермальные  образования ____________________________ 21                                                  

4. Заключение ________________________________________________ 23
5. Список литературы _________________________________________ 24

-2-

Введение

Целью написания моей курсовой работы являются:

1. Рассмотрение основных сведений о полезном ископаемом (физические и химические свойства, стоимость на мировом рынке и т.п.)
2. Основные промышленные типы месторождений
3. Подробное описание крупного месторождения

  В основу проекта положена учебная  и научная литература.

  Курсовая  работа посвящена геологии и условиям образования меди.

  Медь  — тяжелый розово-красный металл, мягкий и ковкий, ее температура  плавления 1083° С. Её формула –  Cu. Медь - не распространенный в природе элемент: содержание меди в земной коре составляет 0,01%.

  Медь  – первый металл, который впервые  стал использовать человек в древности  за несколько тысячелетий до нашей  эры. Первые медные орудия изготовлялись  из самородной меди, которая встречается  довольно часто. Самый крупный самородок  меди был найден на территории США, он имел массу 420 т.

  На  данный момент, важнейшие отрасли применения меди — электротехническая промышленность и производство медных сплавов.

    Медь входит в состав более 170 минералов, из которых для промышленности важны лишь 17. В их числе: борнит (пестрая медная руда - Cu₅FeS₄), халькопирит (медный колчедан - CuFeS₂), халькозин (медный блеск - Cu₂S), ковеллин (CuS), малахит (Cu ₂ (OH)₂CO₃). Встречается также самородная медь.

  По  состоянию на 26 ноября 2010 г. стоимость меди в Лондоне составляет 8288.00 USD за тройскую унцию (31.1035 грамм), в Нью-Йорке - 8269.50, в Шанхае - 9254.10. 
 
 

-3-

2. Физико-химические условия образования меди

  Среди промышленных месторождений меди выделяются:                                  1) магматические, 2) скарновые, 3) карбонатитовые, 4) плутоногенные гидротермальные, 5) вулканогенные гидротермальные, 6) колчеданные, 7) стратиморфные.

  Магматические (ликвационные) месторождения сульфидных медно-никелевых руд пространственно и генетически тесно связаны с интрузивами основного и ультраосновного состава (габбро, нориты, пироксениты, перидотиты, оливиновые диабазы и др.), расположенными в фундаменте докембрийских щитов или в осадочно – эффузивных толщах их платформенных чехлов. Минеральный и химический состав руд сульфидной медно-никелевой формации довольно сложен. Преобладают пирротин, пентландит, халькопирит и талнахит, к которым присоединяются в подчиненных количествах миллерит, пирит, кубанит, магнетит, арсениды кобальта и никеля, минералы группы платины, золото и др. в месторождениях этого генетического типа находится около 20% запасов меди. Однако сульфидные медно-никелевые руды являются главным источником извлечения из них никеля.

  Магматическое месторождения формируются при  температуре от 1500°С до 700°С и давлении от нескольких сот Па до 10 Па.

  Скарновые (контактово-метасоматические) месторождения меди представляют собой образования умеренных и незначительных глубин, пространственно и генетически связанных с умеренно кислыми гранитоидами средних этапов развития геосинклинальных складчатых областей.

  Меднорудные месторождения, будучи связаны со скарнами, образуются метасоматическим путем  при взаимодействии восходящих высокотемпературных  растворов с карбонатными и контактирующими  с ними силикатными породами в  условиях средних давлений. Контактово-метасоматические меднорудные месторождения обычно располагаются в контактах карбонатных и силикатных пород, причём силикатные породы часто представлены эффузивами. Соотношения медного оруденения и скарнов являются настолько тесными, что условия образования последних  

  -4-

предопределяют  место образования рудных тел и их форму. Следовательно, скарны, представляющие собой измененный породы, являются важнейшим поисковым признаком меднорудных залежей. Такие зележи формируются метасоматическим путём при замещении салитовых скарнов.

Эта закономерность, выявленная геологами при изучении меднорудных залежей Турьинского рудного поля, нашла убедительное объяснение в трудах Д.С.Коржинского. В условиях падения температуры железо становится малоподвижным и не содержится в рудоносных растворах. При образовании халькопирита (главного промышленного минерала рудных тел) используется железо, содержащиеся в салите, ибо именно в нём железа такое же количество, как и в халькопирите.

  Рудные  тела, как правило, не имеют чётких границ; последние обычно устанавливаются  по данным опробования. В результате наложенного метасоматоза по сложной системе тектонических трещин образуются неправильной формы тела замещения, а так же жилообразные, линзообразные и штокверковые зоны.

  Главными  рудными минералами являются халькопирит, пирротин, пирит, магнетит. Содержание меди в руде обычно высокое (3-10%), но неравномерное – в виде гнёзд  и линз, рассеянных в салитовых скарнах.

  Большинство скарновых месторождений находятся на глубине 1000-2000м от поверхности земли в широком интервале температур, при их скачкообразном снижении до 150°С.

  Гидротермальные месторождения умеренных и сравнительно больших глубин представлены тремя рудными формациями: 1) медно-молибденовой (среднетемпературной); 2) медистых песчаников (низкотемпературной);       3) медно-цеолитовой (низкотемпературной).

  Медно-молибденовые прожилково-вкрапленные  и вкрапленные, реже жильные и брекчиевидные руды относятся к среднетемпературному гидротермальному типу и генетически связаны с умеренно кислыми гипабиссальными гранитоидами средних этапов развития геосинклинальных складчатых областей.

  Промышленное  оруденение на медно-молибденовых полях обычно располагается в раздробленных и гидротермально измененных породах (окварцованных,            серицитизированных,                  хлоритизированных,

  -5-

каолинитизированных) и контролируется тектоническими структурами, контактами пород между различными фазами интрузивов или с породами кровли, сериями даек.

  Состав  прожилково-вкрапленных медно-молибденовых руд обычно такой: главное значение среди рудных минералов имеют  халькопирит и молибденит, но в  различных соотношениях – от резкого  преобладания халькопирита до преобладания молибденита с переходами соответственно от почти чисто медных через медно-молибденовые к молибденовым рудам.

  Большинство медно-никелевых месторождений характеризуется  сравнительно низким содержанием меди и молибдена, но, несмотря на это, они  имеют очень большое экономическое  значение, что объясняется масштабами оруденения и возможностью разработки рудных зон открытым способом в крупных и полностью механизированных карьерах. В разведанных медно-молибденовых месторождениях среднее содержание меди колеблется в пределах 0,8-1,7%, а молибдена – от 0,006 до 0,015%. Кроме меди и молибдена представляет интерес содержание во многих медных концентратах золота, серебра, селена, теллура, висмута, а в молибденовых – рения, селена, теллура, т.е. медно-молибденовые руды являются комплексными, что резко увеличивает их экономическое значение.

  Достоверные запасы меди отдельных медно-молибденовых месторождений превышают 3 млн. т. Медно-молибденовые месторождения крупного масштаба разрабатываются  как большими карьерами, так и  подземным способом и играют очень  важную роль в добыче меди и молибдена  как в СССР, так и в ряде зарубежных стран (США, Чили, Мексика, Перу и др.). наиболее крупным из зарубежных месторождений является Чукикамата (Чили) с запасами около 15 млн. т. меди.

  В настоящее время этот тип является главным и по запасам (около 50% мировых  запасов меди), и по выплавке меди (около 50% мировой выплавки).

  Месторождения медистых песчаников представлены пластообразными телами телами вкрапленных халькопирит-халькозин-борнитовых руд среди серых песчаников с карбонатным цементов, который замещается сульфидами. Оруденение развито на больших площадях, далеко отстоящих от выходов интрузивных массивов, гидротермальные изменения рудовмещающих пород слабые. На основании главным образом этих фактов

  -6-

на условия  образования месторождений медистых песчаников существуют две точки  зрения. Одни исследователи относят  Джезказганское месторождение медистых песчаников к типу низкотемпературных гидротермальных, удаленных от магматических  очагов, в то время как другие приводят доводы в пользу осадочного их генезиса. Окончательно решенным этот вопрос считать нельзя, но, по мнению многих учёных, больше доводов за отнесение  конкретно Джезказгана к типу низкотемпературных гидротермальных  месторождений умеренных и сравнительно больших глубин. Однако в то же время  другое месторождение медистых песчаников (Удоканское в Восточной Сибири) по убедительным фактическим данным ряда исследователей является несомненно осадочным.

  Месторождения медистых песчаников в практическом отношении представляют очень большой  интерес, так как они имеют  огромные запасы медной руды, которая  отличается особенно высоким качеством. Содержание меди в них достигает 4-6% и более. В СССР руды типа медистых песчаников занимают первое место по запасам (более 30%) и выплавке меди (более 20%).

  Медистые  песчаники широко распространены в  Замбии и Заире, промышленные месторождения  их известны в Польше и ГДР. В мировом  балансе запасов меди они занимают второе место (более 20%) после медно-молибденовых руд и дают более 20% мировой выплавки меди.

  Медно-цеолитовые руды относятся к типу умеренных и сравнительно больших глубин низкотемпературных гидротермальных месторождений. Месторождения самородной меди с цеолитами встречаются очень редко. Известно единственное уникальное по величине рудное поле Верхнее озеро (США).

  Гидротермальные месторождения малых  и незначительных глубин представлены тремя рудными формациями: 1) медно-турмалиновой (высокотемпературной); 2) медноколчеданной (среднетемпературной);         3) пирит-халькопиритовой (жильной, среднетемпературной).

  Медно-турмалиновые месторождения представляют собой высоко-температурные гидротермальные образования малых глубин, связанные с гипабиссальными или субвулканическими – вулканическими очагами. Примером медно-турмалиновых руд является крупное месторождение Браден в Чили, залегающее среди вулканических брекчий в кратере вулкана, а также халькопиритовые с турмалином жильные месторождения Японии. В

  -7-

Советском Союзе небольшое месторождение этого типа известно в Армянской ССР (Мецдзор). Оруденение здесь представлено несколькими мощными зонами дробления, реже жилами среди эффузивов среднего эоцена и генетически связано с лейкократовым гранитным штоком,   обнажающимся в 5 км к западу, в сторону которого падают рудные зоны. В составе руд резко преобладают кварц, турмалин и пирит. В виде примеси в рудах имеются халькопирит, станин, касситерит, сфалерит, висмутин. Промышленного значения месторождение Мецдзор не имеет.

  Медноколчеданные месторождения представляют собой среднетемпературные образования малых глубин. Они формируются в ранние этапы развития геосинклинальных складчатых областей и залегают среди вулканогенных пород – порфиритов, андезитов, спилитов, кератофиров, их туфо-брекчий и туфов – в пространственной связи с малыми субвулканическими интрузиями кварцевых порфиров, альбитофиров, гранодиорит-порфиров, дацитов и диабазов, которые, в свою очередь, располагаются вдоль протяженных глубинных разломов. Соответственно этому медноколчеданные провинции имеют линейную ориентировку и вытянуты на тысячи километров. Промышленное оруденение контролируется брахиантиклинальными складками, разбитыми разрывами, подводящими рудоносные растворы, а развивается метасоматически в благоприятных для замещения толщах порфиритов, брекчий кератофиров и других пород, под экранами непроницаемых для растворов горизонтов (туффитов, силлов альбитофиров и др.).

  Формы рудных тел обычно неправильные, характерные  для месторождений замещения, а  также штоки, линзы, гнёзда. В плотных  инертных породах, разбитых тектоническими трещинами, развиты жилы выполнения, штокверковые и брекчированные зоны. Руды сплошные и вкрапленные. Широко развиты колломорфные текстуры руд, а также полнокристаллические руды полосчатой, пятнистой и массивной текстур.

  В рудах количественно преобладает  пирит, присутствуют халькопирит, иногда сфалерит, блеклые руды, пирротин, барит, кварц, карбонаты – присутствуют в небольшом количестве (2-5%) как  в сплошных, так и во вкрапленных  рудах.

  Медноколчеданные руды являются комплексными, из низ кроме меди попутно извлекают цинк,    золото, серебро и    элементы-примеси – кадмий,

  -8-

  селен, теллур, германий, таллий, галлий. Пирит, количественно преобладающий в  рудах,  является сырьем для сернокислотного  производства.

  Несмотря  на то, что медноколчеданные месторождения характеризуются небольшими масштабами минерализации, удельный вес их в разведанных запасах и добыче меди иногда бывает значительным. Так, в Советском Союзе они вмещают около 20% общих запасов меди и дают более 20% её выплавки. В мировом балансе запасов меди они имеют более скромное значение: примерно 10% мировой выплавки меди.

  Пирит-халькопиритовые жильные месторождения по генетическому типу являются гидротермальными среднетемпературными образованиями малых глубин, а по геологическим условиям формирования и характеру руд они сходны с некоторыми медноколчеданными месторождениями. Типичным примером месторождений этого типа является пирит-халькопиритовое Кафанское рудное поле, Армянская ССР. В пределах Кафанского рудного поля расположено несколько месторождений, которые разрабатываются с 1851 г. и были известны ещё в глубокой древности.

  Из  зарубежных месторождений меди к  этому генетическому типу можно  отнести рудное поле Бьютт (США). Однако здесь в рудах наряду с халькопиритом широко развиты энаргит и халькозин. Кроме того, по геологическим условиям образования оно является переходным от среднетемпературного к низкотемпературному, от средних глубин к малым глубинам. В рудном поле Бьютт жилы вначале формировались из среднетемпературных гидротермальных растворов (на умеренных глубинах), а затем – из низкотемпературных (на малых глубинах). Среднее содержание меди около 5%, а серебра – 75 г/т.

  Жильные месторождения богатых сульфидных руд меди хотя и имеют значительные масштабы оруденения, но встречаются редко, а поэтому роль их в общих запасах меди и её выплавке невелика.

  Температура образования гидротермальных месторождений  от 700 до 100°С. Давление от 850 до 400 килограмм  силы на квадратный метр.

  Инфильтрационные  месторождения меденосных песчаников с рудами, сложенными водными карбонатами меди, хризоколлой, самородной медью, халькозином, которые замещают карбонатный цемент песчаников и особенно

  -9-

битуминозные  растительные остатки. Масштаб месторождений обычно небольшой: это изолированные линзы, пласты, гнёзда с неравномерным содержанием меди. Рудные тела медоносных         песчаников располагаются      обычно более глубоко от земной поверхности, чем залежи медоносных вторичных кварцитов. Содержание меди в медоносных песчаниках колеблется от 0,5 до 15% и больше, но среднее содержание изменяется в пределах от 1 до 3%. Примерами подобных месторождений являются Приуральские, вероятно, Наукат в Средней Азии и некоторые месторождения Боливии. Промышленное значение месторождений меденосных песчаников весьма скромное.

  Осадочные месторождения сульфидных руд меди. По условиям образования и закономерностям размещения месторождения этого генетического типа можно подразделить на два подтипа: 1) эксгаляционно-осадочные колчеданные руды меди и 2) осадочные сульфидные руды меди.

  Большинство промышленных месторождений принадлежит  к гидротермальным месторождениям. Примерами таких месторождений являются месторождения: Матаамбре (Куба), Бьютт (США), Чукикамата (Чили) и др.

  Следующая глава будет посвящена месторождению  Матаамбре. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  -10-

3. Геологическое строение медного месторождения  Матаамбре

  Месторождение Матаамбре является крупнейшим медным месторождением на Кубе. Оно вскрыто горными выработками на большую глубину, и его основные промышленные рудные тела к настоящему времени уже отработаны.

  Месторождение расположено в горах Лос-Органос в северо-западной части Кубы (провинция Пинар-дель-Рио), в 10 км от побережья Мексиканского залива. Оно было открыто по выходам окисленных руд в 1912 г., а в 1913 г. была начата добыча руд. В 1921 г. рудник был приобретён компанией «American Metals Company», которая проводила интенсивные эксплуатационные работы вплоть до 1943 г., пока не были истощены известные к тому времени запасы. В 1944 г. рудник Матаамбре перешёл во владение  Кубинской Компании. На первом же этапе работ этой Компании было открыто рудное тело 44, служившее основным объектом добычи руд вплоть до 1958 г. Начиная с 1958 г. снова наступил кризис с запасами руды. Несмотря на открытие в последние годы рудных тел 44B, 63 и 63А, напряженное положение с сырьевой базой сохраняется и по настоящее время. Рудник работает на глубине 1000-1280 м от поверхности, в сложных горно-технических условиях. Для расширения его перспектив и улучшения условий отработки крайне необходимы поиски новых рудных тел на горизонтах, расположенных ближе к поверхности.

  Месторождение Матаамбре является одним из интереснейших медных месторождений мира. Оно располагается в осадочных отложениях (песчаниках и сланцах), среди которых не установлены магматические образования. Вместе с тем рудные тела этого месторождения имеют все особенности, характерные для типичных гидротермальных образований и несомненно являются эпигенетическими по отношению к вмещающим породам. Они локализованы в трещинных зонах и представлены сложными жилами и линейными штокверками, которые имеют исключительно большую протяженность по падению (до 900 м) при незначительных размераз по простиранию (50-250 м) и небольшой мощности (1-25 м). месторождение глубоко вскрыто горными выработками, что позволяет проследить изменения в структурах рудных тел на значительном протяжении по падению и выявить важные закономерности в их локализации на большом фактическом материале.

  -11-

  3.1. Геология района месторождения

  Месторождение Матаамбре располагается в рудном поясе западного Пинар-дель-Рио, в пределах одноименного мегантиклинория. Все месторождения и наиболее крупные рудопроявления этого пояса, в том числе и месторождение Матаамбре, приурочены к южной периферической зоне, Северопинарского поднятия или локализованы в переходной зоне, отделяющей поднятие от синклинория Виньялес. Основные тектонические элементы западного Пинар-дель-Рио, в том числе и указанная переходная зона, образуют дугообразную структуру, выпуклая часть которой обращена к северо-западу. На северо-востоке эта структура ограничена Западнокубинским сдвигом, а на юго-западе уходит под неогеновые отложения.

  В пределах поднятого антиклинорного блока северо-западного Пинар-дель-Рио развита песчанико-сланцевая толща Сан-Каэтано нижнее-среднеюрского возраста. Породы этой формации слабо метаморфизованы и смяты в дисгармоничные мелкие складки, часто опрокинутые. Они разбиты многочисленными послойными и секущими (нередко поперечными) разрывами (сдвигами, надвигами и сбросами).

  Суммарная мощность отложений Сан-Каэтано превышает 5000 км. В составе формации выделяют три подсвиты, которые различаются лишь по относительному количеству песчаников и сланцев. В нижней подсвите преобладают филлитовые глинистые сланцы. Менее распространены кварцевые и кварц-полевошпатовые песчаники и линзы известняков. Среднюю подсвиту образуют в основном песчаники; меньшая роль принадлежит глинистым сланцам и алевролитам, гравелитам и мелкообломочным конгломератам. Верхняя подсвита сложена глинистыми и глинисто-серицитовыми сланцами, среди которых встречаются тонкие прослои кварцевых песчаников и известняки.

  Синклинорная зона Виньялес сложена в основном известняками верхней юры, из-под которых на отдельных участках обнажаются породы формации Сан-Каэтано. Мощность известняков достигает 1000 м.

  В переходной зоне, отделяющей Северопинарское поднятие от синклинория Виньялес отчётливо картируется серия краевых разломов, к которым приурочен узкий и сложно складчатый верхнеломовой – эоценовый прогиб шовного типа.

  -12-

  В этой зоне располагаются серпентиновые тела и редкие дайки диабазов. Кроме них, юго-западнее месторождения Матаамбре среди пород формации Сан-Каэтано установлены мелкие интрузивы габбро и диоритов, возраст которых пока астаётся неясным. В пределах рудного пояса и в районе месторождения интрузивные и вулканические породы отсутствуют. 

3.2. Геологическое положение рудного поля Матаамбре

  Рудное  поле Маттамбре пространственно тяготеет к переходной зоне, отделяющей Северопинарское поднятие от синклинория Вильянес. Оно располагается на некотором удалении от крупных краевых разломов переходной зоны и локализовано на участке, где линейные складчатые структуры и согласные с ними разрывы изменяют своё простирание от северо-восточного на близширотное. В районе месторождения породы формации Сан-Каэтано образуют локальную опрокинутую антиклиналь, которая на участке месторождения нарушена серией продольных и поперечных разрывов. Здесь давно известен согласный сброс Манакас, который иногда рассматривается в качестве главнейшей рудоконтролирующей структуры, определяющей положение не только месторождения Матаамбре, но и некоторых других медных и полиметаллических месторождений и рудопроявлений западного района Пинар-дель-Рио.

  И.Т. Поплавский закартировал в рудном поле резкое (флексурное) изменение простирания рудовмещающих толщ формации Сан-Каэтано, которое, по его мнению, сыграло важную благоприятную роль в образовании рудовмещающих структур. Кроме флексурных изгибов, на поверхности и в подземных выработках установлены крупные поперечные разрывы Альфа-Бета, к которым тяготеют многие рудные тела. На участке месторождения широко развиты и более мелкие трещины и разрывы, ориентированные как согласно с падением вмещающих отложений, так и вкрест их простирания. Согласные разрывы и трещины развиваются преимущественно по «сланцевым прокладкам», а поперечные концентрируются в прослоях песчаников и гравелитов. Они-то большей частьб и являются рудовмещающими. К западу от поперечного разлома Альфа промышленное оруденение не распространяется (рис.1). 

  -13-

Рис.1. Схематизированный  план поверхности  месторождения Матаамбре

Породы  различных серий; подписаны непосредственно  на чертеже. Особыми знаками изображены: 1- песчаники; 2 – границы между  сериями и горизонтами: а –  установленные, б – предполагаемые; 3 – разрывы; 4 – элементы залегания пород и разрывов. А – А линия разреза.

-14-

  Таким образом, рудное поле Матаамбре локализовано в северо-западном крыле опрокинутой антиклинали, осложнённой серией продольных сбросов (Манакас и др.). оно располагается на участке, где широко развиты поперечные разрывы (Альфа-Бета и др.) и отмечаются флексурные изменения в простирании рудовмещающих пород.  В целом для района месторождения весьма характерна «крестообразная структура», по-видимому, предопределившая благоприятные условия перемещения рудоносных растворов от их источника и возникновение локальных трещин и зон дробления, послуживших «структурными ловушками» рудных тел.