2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/PMI.2022.65 pmi-15749 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15749 Геология Geology The problem of the genesis of the Mesoarchean aluminosilicate rocks from the Karelian craton and their possible use as a quartz-feldspar raw material Проблема генезиса мезоархейских алюмокремнистых пород Карельского кратона и возможность их использования в качестве кварц-полевошпатового сырья Kondrashova Natalya I. Кондрашова Н. И. Kondrashova Natalya I. kondr@krc.karelia.ru 0000-0002-2323-231X Институт геологии Карельского научного центра РАН (Россия) Institute of Geology, Karelian Research Centre of the RAS (Russia) Bubnova Tatyana P. Бубнова Т. П. Bubnova Tatyana P. bubnova@krc.karelia.ru 0000-0003-3513-8520 Институт геологии Карельского научного центра РАН (Россия) Institute of Geology, Karelian Research Centre of the RAS (Russia) Medvedev Pavel V. Медведев П. В. Medvedev Pavel V. pmedved@krc.karelia.ru 0000-0002-4098-5321 Институт геологии Карельского научного центра РАН (Россия) Institute of Geology, Karelian Research Centre of the RAS (Russia) 19 10 2022 2022 257 720 731 22 02 2022 15 09 2022 10 11 2022 © 2022 Н. И. Кондрашова, Т. П. Бубнова, П. В. Медведев © 2022 Natalya I. Kondrashova, Tatyana P. Bubnova, Pavel V. Medvedev 2022 Н. И. Кондрашова, Т. П. Бубнова, П. В. Медведев Natalya I. Kondrashova, Tatyana P. Bubnova, Pavel V. Medvedev Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15749

Представлены оригинальные данные, полученные при исследовании химического и минерального составов позднеархейских алюмокремнистых пород (ранее называвшихся силицитами) Койкарской и Эльмусской структур Ведлозерско-Сегозерского зеленокаменного пояса Карельского кратона (Центральная Карелия). Комплексное исследование этих образований позволило установить их сложный генезис как результат позднего наложения на осадочные и вулканогенно-осадочные породы полевошпат-кварцевого состава гидротермально-метасоматического воздействия, метаморфических преобразований. Благодаря наложенным процессам метасоматического (температурного?) воздействия на полевошпат-кварцевые алевролиты происходил вынос Fe из микровключений в кварце и полевом шпате и концентрирование его оксидов по границам зерен. Такие минералы, как монацит, паризит, алланит, также размещаются либо по границам зерен кварца и полевых шпатов, либо совместно с кальцитом заполняют микротрещины, что позволяет избавляться от них при подготовке кварц-полевошпатовых концентратов, используя различные технологии обогащения. По большинству лимитируемых ГОСТами показателей отдельные пробы в естественном виде соответствуют требованиям, предъявляемым к кварц-полевошпатовому сырью для использования его в составе шихт при производстве различных видов стекла. Дополнительное обогащение исходного сырья (измельчение, рассев на узкие классы и дальнейшая магнитная сепарация) приводит к снижению содержания Fe2O3 до нормируемых значений. Получаемые кварц-полевошпатовые концентраты различной крупности могут использоваться в производстве строительной и тонкой керамики (санитарно-керамических изделий, облицовочных и отделочных плиток, художественного, хозяйственного фарфора и фаянса). Однородность минерального и химического состава, возможность компактной добычи и обогащения (в том числе на передвижных малогабаритных установках) повышает перспективность и конкурентоспособность данного нетрадиционного полевошпатового сырья Центральной Карелии.

The article presents original data obtained in the study of the chemical and mineral compositions of the Late Archean aluminosilicate rocks (formerly called silicites) from the Koikari and Elmus structures of the Vedlozero-Segozero greenstone belt of the Karelian craton (Central Karelia). A comprehensive study of these formations revealed their complex genesis as a result of the late imposition of hydrothermal and metamorphic alteration on sedimentary and volcanic-sedimentary rocks of feldspar-quartz composition. Due to the superimposed metasomatic (temperature?) impact on feldspar-quartz siltstones, Fe was removed from microinclusions in quartz and feldspar and its oxides were concentrated along the grain boundaries. Minerals such as monazite, parisite, allanite are also located either along the grain boundaries of quartz and feldspars, or together with calcite they fill microfractures, which makes it possible to get rid of them when preparing quartz-feldspar concentrates using various beneficiation technologies. According to most indicators limited by GOSTs, individual samples in their natural form meet the requirements for quartz-feldspar raw materials for use as part of batch in the production of diverse types of glass. Additional beneficiation of the feedstock (grinding, screening into narrow classes and further magnetic separation) leads to a decrease in Fe2O3 content to normalized values. The resulting quartz-feldspar concentrates with various particle sizes can be used in the production of building material and fine ceramics (sanitary and ceramic products, facing and finishing tiles, artistic, household porcelain and faience). The homogeneity of the mineral and chemical composition, the possibility of compact extraction and beneficiation (including in mobile small-sized installations) increase the prospects and competitiveness of this non-traditional feldspar raw material from Central Karelia.

 Ключевые слова полевошпат-кварцевые алюмокремнистые породы кварц-полевошпатовый концентрат Эльмусская и Койкарская структуры Ведлозерско-Сегозерский зеленокаменный пояс Карельский кратон Keywords feldspar-quartz aluminosilicate rocks quartz-feldspar concentrate Elmus and Koikari structures Vedlozero-Segozero greenstone belt Karelian craton Березинская О.Б., Ведеев А.А. Производственная зависимость российской промышленности от импорта и механизм стратегического импортозамещения // Вопросы экономики. 2015. № 1. С. 103-115. Berezinskaya O., Vedev A. Dependency of the Russian Industry on Imports and the Strategy of Import Substitution Industria-lization. Voprosy ekonomiki. 2015. N 1, p. 103-115 (in Russian). Петров И.М. Критические виды минерального сырья России // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2016. № 4. С. 27-30. Petrov I.M. Critical Minerals in Russia. Mineral recourses of Russia. Economics and management. 2016. N 4, p. 27-30 (in Russian). Скамницкая Л.С., Бубнова Т.П., Светов С.А. Технологическая минералогия высококремнистых осадочных пород Карелии – нетрадиционного кварц-полевошпатового сырья // Обогащение руд. 2016. № 4. С. 22-28. DOI: 10.17580/or.2016.04.06 Skamnitskaya L.S., Bubnova Т.P., Svetov S.А. Process mineralogy of Karelian high-silica sedimentary rocks – a nonconventional source of quartzfeldspathic mineral material. Obogashchenierud. 2016. N 4, p. 22-28 (in Russian). DOI: 10.17580/or.2016.04.06 Светова А.И. Архейский вулканизм Ведлозерско-Сегозерского зеленокаменного пояса Карелии. Петрозаводск: Карельский филиал АН СССР. 1988. 147 с. Svetova A.I. Archean volcanism in the Vedlozero-Segozero greenstone belt of Karelia. Petrozavodsk: Karelskii filial AN SSSR, 1988, p. 147 (in Russian). Светова Е.Н., Бубнова Т.П., Букчина О.В. Высококремнистые породы центральной Карелии – потенциальный источник кварцевого сырья // Труды Карельского научного центра РАН. 2020. № 6. С.106-116. DOI: 10.17076/them1247 Svetova E., Bubnova T., Bukchina O. High-Silica Rocks of Central Karelia – A Potential Source of Quartz Raw Material. Karelian Research Centre of the RAS. 2020. N 6, p. 106-116 (in Russian). DOI: 10.17076/them1247 Скамницкая Л.С., Бубнова Т.П., Светов С.А. Перспективы использования архейских силицитов Центральной Карелии (Эльмусская и Койкарская структуры) для производства строительных материалов // Стройматериалы. 2017. С. 62-66. Skamnitskaya L.S., Bubnova Т.Р., Svetov S.A. Prospects of the use of Archean silicites of Central Karelia (Elmusskaya and Koykarskaya structures) for producing building materials. Construction materials. 2017. N 9, p. 62-66 (in Russian). Светов С.А. Магматические системы зоны перехода океан-континент в архее восточной части Фенноскандинавского щита. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2005. 230 с. Svetov S.A. Magmatic systems of the ocean-continent transition zone in the Archaean of the eastern part of the Fennoscandian Shield. Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 2005, p. 230 (in Russian). Светов С.А. Древнейшие адакиты Фенноскандинавского щита. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2009. 115 с. Svetov S.A. Ancient adakites of the Fennoscandian Shield. Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 2009, p. 115 (in Russian). Скамницкая Л.С., Бубнова Т.П. Полевошпатовое сырье Республики Карелия: состояние и перспективы освоения // Горный журнал. 2012. № 5. С. 23-26. Skamnitskaya L.S., Bubnova T.P. Feldspathic Raw Materials of the Republic of Karelia: A Condition and Prospects. Gornyi zhurnal. 2015. N 5, p. 23-26 (in Russian). Медведев П.В., Светов С.А., Светова А.И. Реликты термофильной хемолитотрофной микробиоты в кремнистых породах архейского возраста (Центральная Карелия) // Труды Карельского научного центра РАН. 2014. № 1. С. 135-147. Medvedev P.V., Svetov S.A., Svetova A.I. Relics of Thermophylic Chemolithotrophic Microbiota in the Archean Rocks from Central Karelia. Karelian Research Centre of the RAS. 2014. N 1, p. 135-147 (in Russian). Светов С.А., Медведев П.В. Мезоархейские силициты – уникальная среда сохранности ранней жизни // Литосфера. 2013. № 6. С. 3-13 Svetov S.A., Medvedev P.V. Mesoarchean silicites, a unique environment for the preservation of early life. Litosfera. 2013. N 6, p. 3-13 (in Russian). Металлогения Карелии / Отв. ред. С.И.Рыбаков, А.И.Голубев. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1999. 340 с. Metallogeny of Karelia. Ed. by S.I.Rybakov, A.I.Golubev. Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 1999, p. 340 (in Russian). Онежская палеопротерозойская структура (геология, тектоника, глубинное строение и минерагения). Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. 431с. Onega Paleoproterozoic structure (geology, tectonics, deep structure, and metallogeny). Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 2011, p. 431 (in Russian). Стратиграфия докембрия Карелии. Опорные разрезы верхнеархейских отложений. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1992. 190 с. Precambrian stratigraphy of Karelia. Reference sections of the Upper Archean deposits. Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 1992, p. 190 (in Russian). Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основные закономерности геохимии марганца. Сыктывкар: Коми научный центр Уральского отделения РАН, 2013. 40 с. Yudovich Ya.E., Ketris M.P. Main regularities of manganese geochemistry. Syktyvkar: Komi nauchnyi tsentr Ural'skogo otdeleniya RAN, 2013, p. 40 (in Russian). Русаков В.Ю. Механизмы формирования морских гидротермально-осадочных отложений (на примере четвертичных гидротермальных полей Срединно-Атлантического хребта и гидротермально-осадочных отложений среднего палеозоя Южного Урала: Автореф. дис. … д-ра геол.-минерал. наук. М.: Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского, 2014. 55 с. Rusakov V.Yu. Formation mechanisms of marine hydrothermal sedimentary deposits (exemplified by the Quaternary hydrothermal fields of the Mid-Atlantic Ridge and hydrothermal sedimentary Middle Paleozoic deposits of the Southern Urals: Avtoref. dis. … d-ra geol.-mineral. nauk. Moscow: Institut geokhimii i analiticheskoi khimii im. V.I.Vernadskogo, 2014, p. 55 (in Russian). Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. Геохимия титана. Сыктывкар: Геопринт, 2018. 432 с. Yudovich Ya.E., Ketris M.P., Rybina N.V. Geochemistry of titanium. Syktyvkar: Geoprint, 2018, p. 432 (in Russian). Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 2011. 732 с. Yudovich Ya.E., Ketris M.P. Geochemical indicators of lithogenesis (lithological geochemistry). Syktyvkar: Geoprint, 2011, p. 732 (in Russian). Gromet L.P., Dymek R.F., Haskin L.A., Korotev R.L. The «North American shale composite»: Its compilations, major and trace element characteristics // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1984. Vol. 48. Iss. 12. P. 2469-2482. DOI: 10.1016/0016-7037(84)90298-9 Gromet L.P., Dymek R.F., Haskin L.A., Korotev R.L. The “North American shale composite”: Its compilations, major and trace element characteristics. Geochimica et Cosmochimica Acta. 1984. Vol. 48. Iss. 12, p. 2469-2482. DOI: 10.1016/0016-7037(84)90298-9 Sugitani K., Yamamoto K., Adachi M. et al. Archean cherts derived from chemical, biogenic and clastic sedimentation in a shallow restricted basin: examples from the Gorge Creek Group in the Pilbara Block // Sedimentology. 1998. Vol. 45. Iss. 6. P. 1045-1062. DOI: 10.1046/J.1365-3091.1998.00198.x Sugitani K., Yamamoto K., Adachi M. et al. Archean cherts derived from chemical, biogenic and clastic sedimentation in a shallow restricted basin: examples from the Gorge Creek Group in the Pilbara Block. Sedimentology. 1998. Vol. 45. Iss. 6, p. 1045-1062. DOI: 10.1046/J.1365-3091.1998.00198.x Sugitani K. Geochemical characteristics of Archean cherts and other sedimentary rocks in the Pilbara Block, Western Australia: evidence for Archean seawater enriched in hydrothermally-derived iron and silica // Precambrian Research. 1992. Vol. 57. Iss.1-2. P. 21-47. DOI: 10.1016/0301-9268(92)90093-4 Sugitani K. Geochemical characteristics of Archean cherts and other sedimentary rocks in the Pilbara Block, Western Australia: evidence for Archean seawater enriched in hydrothermally-derived iron and silica. Precambrian Research. 1992. Vol. 57. Iss.1-2, p. 21-47. DOI: 10.1016/0301-9268(92)90093-4 Brengman L.A., Fedo C.M., Whitehouse M.J. Evaluating the geochemistry and paired silicon and oxygen isotope record of quartz in siliceous rocks from the ~3 Ga Buhwa Greenstone Belt, Zimbabwe, a critical link to deciphering the Mesoarchean silica cycle // Chemical Geology. 2021. Vol. 577. № 120300. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.12030 Brengman L.A., Fedo C.M., Whitehouse M.J. Evaluating the geochemistry and paired silicon and oxygen isotope record of quartz in siliceous rocks from the ~3 Ga Buhwa Greenstone Belt, Zimbabwe, a critical link to deciphering the Mesoarchean silica cycle. Chemical Geology. 2021. Vol. 577. N 120300. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2021.12030 Ledevin M. Archean Cherts: Formation Processes and Paleoenvironments // Earth's Oldest Rocks. Second Edition. Elsevier, 2019. P. 913-938. Ledevin M. Archean Cherts: Formation Processes and Paleoenvironments. Earth's Oldest Rocks. Second Edition. Elsevier, 2019, p. 913-938. СтрекопытовС.В., ДубининА.В., ВолковИ.И. Поведение РЗЭ, циркония и гафния в осадках и конкрециях транстихоокеанского профиля // Геохимия. 1995. № 7. С. 985-996. Strekopytov S.V., Dubinin A.V., Volkov I.I. Behaviour of REE, zirconium, and hafnium in sediments and nodules of the Trans-Pacific line. Geokhimiya. 1995. N 7, p. 985-996 (in Russian). Abraham K., Hofmann A., Foley S.F. et al. Coupled silicon-oxygen isotope fractionation traces Archaean silicification // Earth and Planetary Science Letters. 2011. Vol. 301. Iss. 1-2. P. 222-230. DOI: 10.1016/j.epsl.2010.11.002 Abraham K., Hofmann A., Foley S.F. et al. Coupled silicon-oxygen isotope fractionation traces Archaean silicification. Earth and Planetary Science Letters. 2011. Vol. 301. Iss. 1-2, p. 222-230. DOI: 10.1016/j.epsl.2010.11.002 Deutschmann C., Hopp J., Trieloff M., Ott U. Entrapment history of aqueous Ÿuids in Archean cherts from the Barberton Greenstone Belt, South Africa // Precambrian Research. 2022. Vol. 368. № 106502. P. 1-14. DOI: 10.1016/j.precamres.2021.106502 Deutschmann C., Hopp J., Trieloff M., Ott U. Entrapment history of aqueous Ÿuids in Archean cherts from the Barberton Greenstone Belt, South Africa. Precambrian Research. 2022. Vol. 368. N 106502, p. 1-14. DOI: 10.1016/j.precamres.2021.106502 Boorn van den S.H.J.M., Bergen van M.J., Nijman W., Vroon P.Z. Dual role of seawater and hydrothermal fluids in Early Archean chert formation: Evidence from silicon isotopes // Geology. 2007. Vol. 35. № 10. P. 939-942. DOI: 10.1130/G24096A.1 Boorn van den S.H.J.M., Bergen van M.J., Nijman W., Vroon P.Z. Dual role of seawater and hydrothermal fluids in Early Archean chert formation: Evidence from silicon isotopes. Geology. 2007. Vol. 35. N 10, p. 939-942. DOI: 10.1130/G24096A.1 Marin-Carbonne J., Chaussidon M., Robert F. Micrometer-scale chemical and isotopic criteria (O and Si) on the origin and history of Precambrian cherts: implications for paleo-temperature reconstructions // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2012. Vol. 92. P. 129-147. DOI: 10.1016/j.GCA.2012.05.040 Marin-Carbonne J., Chaussidon M., Robert F. Micrometer-scale chemical and isotopic criteria (O and Si) on the origin and history of Precambrian cherts: implications for paleo-temperature reconstructions. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2012. Vol. 92, p. 129-147. DOI: 10.1016/j.GCA.2012.05.040 Rouchon V., Orberger B. Origin and mechanisms of K-Si-metasomatism of ca. 3.4-3.3 Ga volcaniclastic deposits and implications for Archean seawater evolution: Examples from cherts of Kittys Gap (Pilbara craton, Australia) and Msauli (Barberton Greenstone Belt, South Africa) // Precambrian Research. 2008. Vol. 165. Iss. 3-4. P. 169-189. DOI: 10.1016/j.precamres.2008.06.003 Rouchon V., Orberger B. Origin and mechanisms of K-Si-metasomatism of ca. 3.4-3.3 Ga volcaniclastic deposits and implications for Archean seawater evolution: Examples from cherts of Kittys Gap (Pilbara craton, Australia) and Msauli (Barberton Greenstone Belt, South Africa). Precambrian Research. 2008. Vol. 165. Iss. 3-4, p. 169-189. DOI: 10.1016/j.precamres.2008.06.003 Белоусов В.И., Рычагов С.Н., Сугробов В.М. Северо-Парамуширская гидротермально-магматическая конвективная система: геологическое строение, концептуальная модель, геотермальные ресурсы // Вулканология и сейсмология. 2002. № 1. С. 34-50. Belousov V.I., Rychagov S.N., Sugrobov V.M. North Paramushir hydrothermal magmatic convective system: geological structure, conceptual model, geothermal resources. Vulkanologiya i seismologiya. 2002. N 1, p. 34-50 (in Russian). Qiannan Hu, Xin Zhang, Fuqing Jiang et al. Geochemical characteristics of hydrothermal sediments from Iheya North Knoll in the Okinawa Trough // Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2017. Vol. 35. P. 947-955. DOI: 10.1007/s00343-017-6035-3 Qiannan Hu, Xin Zhang, Fuqing Jiang et al. Geochemical characteristics of hydrothermal sediments from Iheya North Knoll in the Okinawa Trough. Chinese Journal of Oceanology and Limnology. 2017. Vol. 35, p. 947-955. DOI: 10.1007/s00343-017-6035-3 Xiaoyu Zhang, Chunhui Tao, Xuefa Shi et al. Geochemical characteristics of REY-rich pelagic sediments from the GC02 in central Indian Ocean Basin // Journal of Rare Earths. 2017. Vol. 35. Iss. 10. P. 1047-1058. DOI: 10.1016/S1002-0721(17)61012-3 Xiaoyu Zhang, Chunhui Tao, Xuefa Shi et al. Geochemical characteristics of REY-rich pelagic sediments from the GC02 in central Indian Ocean Basin. Journal of Rare Earths. 2017. Vol. 35. Iss. 10, p. 1047-1058. DOI: 10.1016/S1002-0721(17)61012-3 Shili Liao, Chunhui Tao, Huaiming Li et al. Surface sediment geochemistry and hydrothermal activity indicators in the Dragon Horn area on the Southwest Indian Ridge // Marine Geology. 2018. Vol. 398. P. 22-34. DOI: /10.1016/j.margeo.2017.12.005 Shili Liao, Chunhui Tao, Huaiming Li et al. Surface sediment geochemistry and hydrothermal activity indicators in the Dragon Horn area on the Southwest Indian Ridge. Marine Geology. 2018. Vol. 398, p. 22-34. DOI: 10.1016/j.margeo.2017.12.005 Ledevin M., Arndt N., Simionovici A. et al. Silica precipitation triggered by clastic sedimentation in the Archean: new petrographic evidence from cherts of the Kromberg type section, South Africa // Precambrian Research. 2014. Vol. 255. Part 1. P. 316-334. DOI: /10.1016/j.precamres.2014.10.009 Ledevin M., Arndt N., Simionovici A. et al. Silica precipitation triggered by clastic sedimentation in the Archean: new petrographic evidence from cherts of the Kromberg type section, South Africa. Precambrian Research. 2014. Vol. 255. Part 1, p. 316-334. DOI: 10.1016/j.precamres.2014.10.009 Светова Е.Н., Светов С.А., Данилевская Л.А. Редкие и редкоземельные элементы в кварце как индикаторы условий минералообразования // Труды Карельского научного центра РАН. 2012. № 3. С. 137-145. Svetova E.N., Svetov S.A., Danilevskaya L.A. Rare and Rare Earth Elements in Quartz as Indicators of Minerogenesis. Karelian Research Centre of the RAS. 2012. N 3, p. 137-145 (in Russian).