В статье рассматривается разделение магнетитов по их химическому составу. С помощью методов многомерной статистики проанализировали распределение элементов — примесей в магнетитах контактово-метасоматических железорудных месторождений. В результате обработки химического состава магнетитов в многомерной статистике мы выявили типоморфные элементы — примеси для четырех подтипов контактово-метасоматических железорудных месторождений юга Сибири.
Ключевые слова: элементы — примеси, магнетиты, железорудные месторождения.
Магнетит характерен для многих генетических типов: контактово-метасоматических, метаморфогенных, магматических месторождений, а также для ультраосновных щелочных карбонатитовых комплексов и др.
Магнетит сложный оксид с формулой FeFe2O4. В качестве типоморфных особенностей, дающих судить об условиях образования магнетитов, рассматриваются его кристалломорфологические и структурные признаки, физические свойства, а также вариации химического состава [5].
Большинство магнетитов, особенно высокотемпературных, характеризуется сложным химическим составом и содержит изоморфные примеси различных элементов — Ti, Mg, Al, Mn, V, Cr, Ni, Co, Sc, которые чаще всего занимают (в зависимости от заряда) позиции двухвалентного, или трехвалентного железа [5].
Изоморфные замещения в магнетитах в основном протекают при высоких температурах. При медленном понижении температуры магнетит стремиться «очиститься» от элементов-примесей, в первую очередь от магния, алюминия и титана, и приблизиться к обычному для умеренных температур структурному состоянию Fe3+(Fe2+,Fe3+)2O4 [5].
Известно разделение магнетитов по четырем генетическим подтипам контактово-метасоматических месторождений: известково-скарновый, магнезиально-скарновый, скаполитовый, водносиликатный [3]. Также, известна классификация магнетитов из месторождений, связываемых с различными формационными типами интрузий: гранитоидами, габбросиенитами, габброидами [4].
Нами были выбраны для исследования магнетиты контактово-метасоматических месторождений Алтае-Саянской складчатой области (Октябрьское, Ирбинское, Таштагольское, Шерегешвское, Абаканское, Казское и др.), которые на протяжении многих лет являются интересом многих исследователей.
Для этого была составлена база данных в виде таблицы-матрицы размерностью примерно 80×8 монофракций магнетита контактово-метасоматических месторождений, охарактеризованными содержаниями SiO2, TiO2, Al2O3, MnO, MgO, CaO основных регионов Алтае-Саянской складчатой области, обобщённых в монографии В. А. Вахрушева [1].
База данных была исследована методами многомерной статистики [2]. Кластерный анализ формально разделил все магнетиты на четыре группы, что, в общем, соответствует классификации Г. Ф. Соколова, А. М. Дымкина [3].
Соответствие выделенных групп оказалось недостаточно хорошим, а проверка классификации методом дискриминантных функций указала на высокую ошибку дискриминации, составляющую около 15 %.
Полученные нами группы магнетитов не вполне соответствуют подтипам Г. Ф. Соколова, А. М. Дымкина [3]. Формально классификация, приведенная авторами, плохо обоснована. Причина этого является то, что случайные величины не имеют нормального закона распределения и статистически неоднородны. Поэтому, в действительности плохо подтверждают выделение тех, или иных минеральных групп.
Для получения корректного результата, провели специальное преобразование данных. Изучаемые компоненты преобразуем путем нормирования их на объем выборки, с заменой значений на их эмпирические вероятности [2]. В результате преобразования, значения приобретают стандартное равномерное распределение в интервале 0–1. Таким образом, провели процедуру ранжирования данных с заменой значений дробными рангами.
Кластерный анализ выделил 4 группы (кластера) по преобразованным данным, но дискриминатная ошибка уже составила менее 2 %, что привело к объективному разделению на 4 группы магнетитов по элементам-примесям, приведенные в таблице 1.
Таблица 1
Среднее содержание элементов-примесей по 4 группам выделенных магнетитов вес. %
|
№ |
1 группа |
2 группа |
3 группа |
4 группа |
|
SiO2 |
1,19 |
0,99 |
1,01 |
1,19 |
|
TiO2 |
0,36 |
0,40 |
0,36 |
0,41 |
|
Al2O3 |
1,40 |
0,89 |
0,72 |
1,08 |
|
MnO |
3,36 |
0,20 |
0,11 |
0,21 |
|
MgO |
0,67 |
0,59 |
0,29 |
0,70 |
|
CaO |
0,25 |
0,16 |
0,19 |
0,21 |
Рис. 1. Проекция состава магнетита на плоскость двух главных координат. Примечание: 1 группа (кластер) — магнезиально-скарновый подтип месторождений; 2 группа (кластер) — известково-скарновый подтип; 3 группа (кластер) — водносиликатный подтип; 4 группа (кластер) — скаполитовый подтип.
Методом главных компонентов была построена диаграмма, на которой указаны две главные компоненты (координаты), описывающие суммарную нагрузку около 45 % (рис.1).
Первая главная компонента имеет высокую положительную нагрузку Fe, отрицательная нагрузка приходиться на Ca, Si, Ti. Следовательно, можем проследить то, что первая главная компонента отражает процесс кристаллизации магнетита и его генезис.
Вторая главная координата фиксирует процесс вхождения изоморфных (структурных) примесей Mg, Mn, Al в кристаллическую структуру магнетита, поскольку эти элементы по своим химическим свойствам очень близки к железу. Также, они являются индикаторами условий образования магнетитов того или иного подтипа месторождений.
На приведенной проекции (рис. 1) можно заметить то, что кальций, кремний и титан совместно обособились, во втором кластере, поскольку являются типичными элементами вмещающей среды. Именно эти элементы, выступают в качестве механических примесей в магнетитах железорудных месторождений юга Сибири.
Левая часть диаграммы отражает присутствие более грязных магнетитов по механическим примесям Ca, Si, Ti. Правая часть диаграммы включает более чистые магнетиты по составу, поскольку железо отдельно обособилось от всех других элементов.
Необходимо отметить такой элемент как Ti, потому что в данном случае Ti выступает как механическая примесь в магнетите, и, следовательно, основная часть Ti сосредоточена во вмещающих породах силикатного состава.
Каждая выделенная группа магнетитов характеризуется своими типоморфными элементами — примесями.
Следовательно, для магнетитов 1 группы (кластера) типоморфными элементами — примесями являются Mg, Mn, Al; для магнетитов 2 группы типоморфными элементами являются Ca, Si, Ti; магнетиты 3 и 4 группы обеднены примесными компонентами.
Таким образом, с помощью методов многомерной статистики мы проанализировали разделение магнетитов по их химическому составу.
Литература:
1. Вахрушев В. А. Минералогия, геохимия и генетические группы контактово-метасоматических железорудных месторождений Алтае-Саянской области / В.А: Вахрушев. — М.: Наука, 1965. — 290 с.
2. Девис Дж. Статистика и анализ геологических данных / Дж. Девис — М.: Мир, 1977. — 610 с.
3. Соколов Г. А., Дымкин А. М. Квопросу о классификации контактово-метасоматических магнетитовых месторождений // Геология и генезис магнетитовых месторождений Сибири. М.: Наука, 1967. С. 5–15.
4. Дымкин А. М. Некоторые закономерности распределения элементов-примесей в магнетитах метасоматических железорудных месторождений // Геология и генезис магнетитовых месторождений Сибири. М.: Наука, 1967. С. 177–184.
5. Чернышева Л. В. Типоморфизм магнетита и его использование при поисках и оценке рудных месторождений / Л. В. Чернышева, Г. А. Смелянская, Г. М. Зайцева А. М.: Недра, 1981. — 235 с.
