Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Локальные обстановки формирования комплексных прибрежно-морских россыпей в осадочном чехле платформ

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Бардеева, Евгения Георгиевна, Москва

^ / " ' /, /' У* £# *

Российская Академия наук Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии

На правах рукописи

УДК 553.494: 551.35.351

Бардеева Евгения Георгиевна

Локальные обстановки формирования комплексных прибрежно-морских россыпей в осадочном чехле

платформ

(на примере месторождений «Центральное» и «Обуховское»)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Специальность 04.00.11 - геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений: металлогения

Научный руководитель:

Доктор геол.-мин. наук Н.Г.Патык-Кара

Москва, 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение.................................................................................. 4

1. Условия формирования комплексных прибрежно-морских россыпей (ПМР) и их роль в минерально-сырьевой базе

титана и циркония.................................................................... 13

1.1. Общие предпосылки формирования и размещения

комплексных ПМР............................................................... 14

1.2. Комплексные ПМР современных побережий............................. 18

1.3. Ископаемые комплексные ПМР в осадочном чехле

платформ........................................................................... 22

1.4. Центрально-Русский район Восточно-Европейской платформы -крупнейший район развития ископаемых

титано-циркониевых ПМР..................................................... 24

2. Принципы и методы реконструкции локальных палеогеографических обстановок формирования комплексных ПМР............................... 40

3. Условия формирования Центральн0го титано-циркониевого россыпного месторождения........................"'.'............................................ 56

3.1. Общие сведения о месторождении........................................ 56

3.2. Этапы формирования месторождения Центральное............... 76

3.2.1. Предсеноманское время (предрудный этап)..................... 76

3.2.2. Сеноманское время (этап прибрежно-морского рос-сыпеобразования)...........................................................................81

3.2.3. Постсеноманское-предсантонское время (пострудный этап).

3.3. Распределение минеральныхассоциаций и некоторые типоморфные

свойства рудных минералов как отражение обстановок

россыпеобразования..............................................................................................................97

3.3.1. Площадная изменчивость ассоциаций рудных минералов 98

3.3.2. Распределение рудных минералов в разрезе рудного пласта 104

3.3.3. Глауконит как индикатор литорального генезиса россыпи 108

3.3.4. Изменчивость составов ильменитов......................................................109

3.3.5. Морфология и микротопография россыпеобразующих минералов ( на примере зерен кварца и циркона)..........................113

3.4. Геологическая модель россыпного месторождения

Центральное............................................ .................... 119

Выводы....................................................................... 122

4. Локальные палеообстановки, контролирующие размещение крупных ископаемых титано-циркониевых россыпей............124

4.1. Комплексные ископаемые ПМР приливно-оФливных берегов (опыт палеореконструкций на примере Обуховского россыпного месторождения).............................................................. 124

4.2. Типовые палеообстановки, контролирующие размещение

комплексных ПМР тяжелых минералов............................... 133

Заключение................................................................... 139

Литература................................................................... 145

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Под комплексными редкометалльно-титановыми (титано-циркониевыми) россыпями понимаются полиминеральные россыпи, главными полезными компонентами которых являются минералы титана (ильменит, рутил, лейкоксен) и циркония (циркон), а попутными могут быть редкоземельные фосфаты и различные алюмосиликаты (силлиманит, дистен, ставролит, гранат, эпидот). Полезными компонентами этих россыпей являются и минералы легкой фракции - кварц, полевые шпаты, глауконит, а также глинистая фракция.

Комплексные россыпные месторождения прибрежно-морского генезиса .являются важнейшим промышленным типом месторождений титана и циркония во всем мире. Из них добывается около 75% ильменита, практически весь рутил и 95% циркона. В странах СНГ комплексные прибрежно-морские россыпи (ПМР) заключают около 35% запасов ильменита и лейкоксена, 80% запасов циркона, почти все запасы рутила. Этот тип месторождений является ведущим источником получения ильменитовых концентратов и единственным источником получения рутиловых и цирконовых концентратов. Основными достоинствами комплексных ильменит-рутил-цирконовых ПМР являются (Быховский, Зубков, 1996ь 19962):

- Достаточно широкое распространение и их приуроченность к прибрежно-морским и мелководным отложениям широкого возрастного диапазона;

- Повышенное содержание ТЮ2 (55-65%) в ильменитовых концентратах при низких содержаниях шлакообразующих примесей (БЮг, А^Оз, MgO и др.), что делает их наиболее пригодными для получения титанового шлака и титановой губки;

- Наличие в промышленных концентрациях таких дефицитных материалов как рутил и циркон (в том числе нерадиоактивного циркона, идущего на керамическое сырье);

- . Высококомплексный состав - присутствие в промышленных' кондициях ставролита, силлиманита, граната, глауконита, хромита, монацита, ксенотима, а

также золота, которые при обогащении могут быть выделены в самостоятельные концентраты. Промышленное значение имеет и нерудная составляющая продуктивных отложений - кварц, каолин, глины, а нередко и породы вскрыши, которые могут использоваться как местное строительное сырье (силикатный кирпич, стекольное производство и др.).

Недостатками этого типа месторождений следует считать повышенное содержание хрома и хромоформных примесей в ильменитовых концентратах (по сравнению с ильменитами из кор выветривания и россыпей, связанных с анортозитовыми массивами), повышенную (в отдельных месторождениях) радиоактивность цирконовых концентратов. Кроме того, все комплексные титано-циркониевые россыпные месторождения России и других стран СНГ (Украины, Казахстана) относятся к формации ископаемых россыпей. Как -правило, они являются погребенными и их отработка требует вскрышных работ. Обычно эти россыпи отличаются несколько более бедными содержаниями рудных минералов по сравнению с аналогичными по генезису россыпями современных берегов, и достаточно высокая рентабельность отработки подобных месторождений может быть достигнута лишь при реализации нерудной части песков (глауконит, кварц, каолин), а также пород вскрыши на местном рынке.

В бывшем Советском Союзе производство титана и циркона характеризовалось высокой степенью интеграции. Их добыча и обогащение осуществлялось на Украине, плавка титановых шлаков в России и на Украине, а производство титановой губки - в России, Казахстане и на Украине и т.п. Распад СССР привел к дезинтеграции единых промышленных комплексов по трем различным независимым государствам (Россия, Украина, Казахстан), в результате чего встал вопрос о развитии в России собственной базы этих видов сырья.

Между тем Россия по запасом и ресурсам титановых минералов и циркона в ископаемых россыпях занимает одно из первых мест в мире.

Постановка проблемы. Титановые минералы и циркон представляют собой важнейшие виды сырья для многих отраслей промышленности. На зарубежном рынке потребность в них покрывается за счет широко распространенных и богатых по запасам современных комплексных редкометалльно-титановых (титано-циркониевых) ПМР, известных на побережьях Атлантического,

Индийского и Тихого океана (Восточное побережье Северной и Южной Америки, Восточное побережье Южной Африки и побережья Мадагаскара, оба побережья Индии, Восточное и Западное побережья Австралии), а также по побережьям окраинных и внутриконтинентальных морей (ПМР Китая, Вьетнама, Средиземного моря и Северной Европы) (Аксенов, 1972; Айнемер, Коншин, 1982; Тареева, 1992, и др.).

На территории бывшего СССР подобные современные россыпи отсутствуют. Поиск и изучение древних высокозрелых кварцевых терригенных осадочных формаций - аналогов современных морских океанических побережий пассивных континентальных окраин, привели в период 50-60 годов к открытию крупных ПМР в осадочном чехле Восточно-Европейской платформы и Западно-Сибирской низменности. Исследования И.ИМалышева, С.И.Гурвича, Г.С.Момджи, -С.Н.Цымбала, Ю.АПолканова, АМ.Болотова, А.А.Тарасова, И.Е.Секретарева, В.А.Казаринова, В.А.Блинова, Н.В.Хмара и многих других позволили уже к середине 60-х годов создать сырьевую базу комплексных ПМР и начать отработку одного из указанных месторождений - Самотканского на территории Украины (с 1961 г.).

В основу концепции поиска ископаемых ПМР были положены:

Г:

принадлежность изучаемого района к региональным стабильным структурам типа платформ, плит; - наличие в его пределах зрелых в минералогическом отношении терригенных песчаных формаций, содержащих пачки олигомиктовых и мономиктовых кварцевых песков прибрежно-морского (дельтового) генезиса; - повторяемость эпох возможного россыпеобразования; - а в пределах конкретной площади приуроченность отложений к одной или нескольким эпохам установленного россыпеобразования и к выдержанным по мощности и простиранию литолого-фациальным разностям осадков, являющихся аналогами современных россыпевмещающих толщ. Учитывались также приуроченность к склонам прогибов и синеклиз, обрамлению сводов, зонам валов, характер разреза потенциально продуктивной толщи, характер береговой линии палеобассейна (Гурвич и др., 1964; Гурвич, Болотов, 1968; Россыпные месорождения титана ...., 1976, и др.). Вместе с тем, в ходе этих палеореконструкций локальные обстановки формирования ПМР часто не подвергались детальному анализу и описывались такими понятиями как "пляжевая зона", "подводный склон",

"дельтовая обстановка", тогда как именно локальная обстановка формирования влияет на конфигурацию, внутреннюю структуру и продуктивность россыпного месторождения тяжелых минералов, на параметры рудных залежей и пластов, их взаиморасположение. Из современных ПМР видно, что сами месторождения закономерно приурочены к лишь отдельным локальным участкам берега с присущими только этим участкам гидродинамическим режимом,

геоморфологическими и литолого-фациальными чертами. С другой стороны, развитое в пределах определенного участка берега россыпное месторождение могло сформироваться в иной палеодинамической обстановке, отличавшейся от наблюдаемой в настоящее время. Поэтому именно определение локальных палеообстановок, благоприятных для образования ПМР тяжелых минералов, а также анализ локальных факторов, влияющих на их размер и запасы, могут •дать ответ при определении масштаба палеореконструкций ископаемых ПМР.

Выбор объектов исследования. В качестве объектов исследования были выбраны комплексные титано-циркониевые россыпи осадочного чехла ВосточноЕвропейской платформы и Северного Казахстана. Основным изучаемым объектом послужило комплексное титано-циркониевое россыпное

месторождение Центральное в Тамбовской области, принадлежащее к верхнемеловой осадочной формации. Месторождение находится на территории экономически развитого района, что дает возможность реализации не только основных продуктов добычи, но и попутных - на местном рынке, и рассматривается в качестве первоочередного объекта для промышленной отработки. На протяжении последних лет месторождение является постоянным предметом интереса различных иностранных и отечественных инвесторов, здесь продолжаются работы по уточнению разведочных данных и определению технологических свойств рудных песков. Важная особенность россыпи -присутствие в ней фосфоритов и попутная золотоносность песков. Россыпь также хорошо изучена с точки зрения региональной палеогеографии и геологии. В качестве дополнительных объектов были привлечены данные по соседнему Кирсановскому месторождению, принадлежащему к той же осадочной формации, а также россыпные проявления расположенной западнее Липецко-Скопинской зоны с развитием россыпей нижнемеловой осадочной формации (Лев-Толстовское, Волчье). На вышеперечисленных объектах в составе

лаборатории россыпей автором проводились полевые исследования и сбор материала. Для более широких сопоставлений привлечены также данные по других объектам, в частности по Обуховскому россыпному месторождению в Северном Казахстане.

Цель и задачи работы. С целью определения возможностей и значения детальных палеореконструкций обстановок формирования применительно к ископаемым комплексным титано-циркониевым ПМР в данной работе поставлены следующие задачи:

- Выявить локальные особенности обстановок формирования и факторы, определяющие морфологию, литологический и минеральный состав, размер россыпи и распределение тяжелых минералов;

- Путем обобщения изученного в рамках работы материала выделить локальные единицы побережья, в которых возможно формирование повышенных (промышленных) концентраций тяжелых рудных минералов по сравнению с аналогичными рядовыми рудопроявлениями;

На примере выбранных объектов изучить зависимость концентраций и распределения полезных минералов от приуроченности к различным литологическим фациям и от локальных факторов предрудного, рудного и пострудного этапов; V

Для решения поставленных задач было выполнено следующее:

изучены данные по объектам исследования (по фондовым материалам); проанализированы данные ситового и минерального анализа рудной составляющей продуктивных отложений, характер распределения, морфология зерен и типоморфные свойства основных рудных минералов; изучены литолого-фациальный состав, текстуры и структуру продуктивных осадков;

на основании этих данных реконструированы обстановки, характеризующие до-, син- и пострудные этапы развития и влияние этих обстановок на концентрацию, распределение и сохранность тяжелых минералов; полученные данные проинтерпретированы в виде серии крупномасштабных карт, блок-диаграмм, диаграмм распределения минералов тяжелой фракции и т.п., дающих представление о процессах развития и преобразования россыпи.

Методы исследования. Решение поставленных задач осуществлялось с помощью комплекса методов: сравнительно-описательного, природных аналогий, литологического, морфоструктурного и геоморфологического анализов. Для изучения состава рудных песков и отдельных минералов были также использованы минералого-геохимические методы исследования: количественный (зерна ильменита из 7 проб по разрезу (навеска 60 г. по каждой пробе) - пробы отбирались по смене состава песков) и полуколичественный спектральный анализы (глауконит, неразделенные пески, отобранные по разрезу через 0,5м - 13 проб), метод электронной микроскопии (14800 зерен кварца и 300 зерен циркона, отобранных из 7 проб по разрезу). Для выявления минералогической зональности и главных тенденций изменчивости минеральных ассоциаций и уровня неоднородности минерального поля россыпи Центральной была применена статистическая обработка данных по методу главных компонент (159 усредненных проб и 1769 проб по рудным разрезам).

В основу работы положены полевые исследования автора в составе группы россыпей лаборатории рудных месторождений ИГЕМ РАН на территории Тамбовской, Липецкой и Воронежской областей по изучению разновозрастных титано-циркониевых россыпей в рамках программы "Русская платформа". Кроме того, в качестве источника «сходных данных были использованы производственные отчеты и фондовые материалы по титано-циркониевым россыпям Русской платформы, предоставленные фондами ЦРГЦ, первичные данные и отчет группы россыпей по Обуховскому россыпному месторождению в Кокчетавской области, а также многочисленные опубликованные данные по отечественным и зарубежным титано-циркониевым россыпным месторождениям.

Защищаемые положения:

1. Объектами реконструкций для ископаемых титано-циркониевых месторождений являются факторы, определяющие локальную позицию и внутреннюю структуру месторождения: тип палеоберега и его морфология, энергия волновых и приливно-отливных процессов, локальные конседиментационные структуры, наложенные пострудные процессы.

2. Впервые доказанный субаэральный этап развития Центрального месторождения, отмеченный перевеванием рудных песков, проявился в

распределении рудных минералов (ильменит, рутил, циркон и др.) и их типоморфных свойствах (морфология и микротопография, химический состав).

3. Геологическая модель Центрального месторождения основана на изучении локальных конседиментационных структур, литодинамического режима в пределах авандельты, син- и пострудных тектонических деформациях, влиянии позднейших субаэральных процессов.

4. Локальная позиция и структура ископаемых титано-циркониевых россыпей определяются едиными в литодинамическом отношении участками палеоберега с автономным динамическим режимом и балансом наносов ( сектора а