Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Петрогенетическая информативность железо-титан-оксидных минералов вулканических комплексов Большой Курильской гряды

ВАК РФ 04.00.08, Петрография, вулканология

Автореферат диссертации по теме "Петрогенетическая информативность железо-титан-оксидных минералов вулканических комплексов Большой Курильской гряды"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ - с; % ИМ. К.З.ЛОМОНОСОВА

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ шедрд ПЕТРОЛОГИИ

На.правах рукописи УДК 552.11:552.13.-fi53.31

МЕЛКИЙ ВЯЧЕСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ

ШТРОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИВНОСТЬ 1ЕЛЕЗО-ТИТАН-ОКСВДНЫХ МИНЕРАЛОВ ВУЛКАНИЧЕСКИХ КС1ШЕКСОВ БОЛЫ1ЮЙ КУРИЛЬСКОЙ ГРЯДЫ

Специальность 04.00.08- петрография, вулканология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сочсканиз ученой степени кандидата геолого-минералогичвскях наук

Москва 1905

Работа выполнена в Институте морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения Российской Академии Наук.

Научные руководители: доктор геолого-минералогических наук,

профессор С.А.Щека (ДВГИ ДВО РАН) доктор геслого-микэралогическж наук Б.Н Пискунов (ЙМГИГ ЛВО РАН)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук-Б.Г.Лутц (Я® РАН)

кандидат геологе-.минералогически наук И. А.БурЖОва (МГУ)

Ведуозя организация: Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН

Зашита диссертации состоится "21" апреля 1995 г. а 14 1.30 м на еаседаяш диссертационного ученого совета К.053.05.08 ло петрографии, геохимии и геохимическим методам поисков месторождений полегши ископаемых Геологического факультета Московского . Государственного университета в ауд'. 608.

Адрес: 115899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, Геологический факультет.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке Геологического факультета МГУ (сектор А, 3 этаж).

Автореферат равослан "I/ " марта 1995 г.

Ученый"секретарь диссертационного ученого совета ст. научный сотрудник

Л.М.БатаноЕа

ОЕШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из наиболее доступней для научения геологических объектов з переходной зоне от Тихого океана к Евроазиатскому континенту является Курильская островная дуга. Несмотря на большое количество геолого-геофизических данных, существуют различные точки зрения по проблемам происхождения и особенностей строения островных дуг и физико-химических особенностей островодужных магм, что свидетельствует о необходимости анализа имеющихся данных и исследования важной и значимой летро-генетичеслсой информативности отдельных, минералов.

При дезинтеграция горных пород различных вулканических комплексов образуются крупные прибрежно-морские россыпи титансмагне-титовых песков, широко распространенные на остроган Больисй Курильской гряды (БКГ). Исследования свойств акцессорных рудных минералов в россыпях и коренных источниках позволял? установить взаимосвязь между ними, а такме сделать еыводы о металлогеаи-ческой специализации, острозодулшых магм и решить ряд вопросов, связанных с условиями кристаллизации этих минералов в вулканических породах. Россыпные месторождения прекрасный осгект для изучения процессов современного рудообразояания.

И условиях возрастающей потребности в титанссодерхащем сырье, сокрадения сырьевой базы России возникает необходимость доргзведки и доисследования многих месторождений с целью выяснения возможности ввода их в эксплуатацию в самое ближайшее время. В этом свете исследование выглядит своевременным и в такой же степени актуальным.

Цель и задачи работы. Цель работы была определена следующим образом:

Выявить тииоморфные особенности желего-титак-оксидкых минералов как индикаторов петрогене&иса и рудсносности вулканических комплексов ЬКГ.

При этом решались задачи:

1. Определение основных закономерностей распределения железо- титан- оксидов в различных комплексах, выяснение их форм выделения, внутренней структуры, чарагенетических ассоциаций иетро-генных оксидов и элементен-примесей.

2. Выявление .чоренлых источников нрибрелшо- морских титоно-

магнетятовьх россыпей Курильских островов и прослеживание изменений б них по мере удаления от источника сноса.

3. Выяснение технологических свойств титаномагнетитовых россыпей к перспектив их промышленного использования..

Фактический материал и 'методы исследования. Все отобранные лла кнучения при подготовке диссертации пробы и образцы горных пород собраны зо rpevs экспедиционных исследований на островах Еолилсй Курильской гряды сотрудниками лаборатории геологии островных ц/r Института морской геологии и геофизики ДБО Российской АК при непосредственном участии автора в организации и проведении работ.

Для выделения с целью исследования железо-титан-оксидов было отобрано свыше 400 образцов вулканитов из коллекций автора, A.B.Рыбина. Е.Н.Пнскуиоаа, В.Ф.Остапенко. Для изучения форм распределения Fe-П- оксидов в различных дифферекшатах из вулканических комплексов В'Л' просмотрены прозрачные и полированные шлкфн изучаемых образцов. Выполнено более 250 спектрографических и около 300 мнкрогокдозых рентгеновских анализов желево-тк-таы-оксвдньл минералов, проведено изучение структур распада и включений в икх. Проводилось также определение некоторый термо-магкитннх характеристик изучаемых горных пород. Проведены исследования титашмагнетитовых россыпей Kai: в плнжевой зоне, так и иа лодеодком их продолжении с судов ДВО и ПО "Дальморгеология". Автор принял активное участие в проведении технологических испытаний с целью выявления возможностей использования новых технологий для переработки титакомагнетитового сырья прибреж-но-морских россыпей Курильских островов, организовав совместные работы с ГОШИ "Ураямеханобр", Гиредметом и УралНШЧМ.

ОСНОВНЫЕ ЗА!!ЩАЕМКЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1. 11 е т р о г он е т мч е с I :a>i информативность железо-титан-оксидных минералов позволяет предположить, что вулканические комплексы сформировались в результате накопления извергнутых продуктов, прошедиих е земной коре Большой Курильской дуги через промежуточные магматические очаги при изменяющемся геодипамическом режиме .

2. Основным поставщиком титаномагнатлта в россыпи Курильских островов являются кислые пирскластичьские породы "флишоидно-пем-

гового" и "андезитового" комплексов.

3. Технологические свойства титгчомагнетитов позволяют сделать вывод о перспективности их промышленного использования в качестве минерального сырья.

Научная новизна работы. 1. Впервые целенаправленно исследованы составы титаномагнетитов в различных дифференциатах разновозрастных островодужных вулканических комплексов. 2. Установлены особенности термодинамических условий формирования железо-титан-оксидных минералов в процессе эеолюции островной дуги. 3. Впервые обнаружено высокое содержание индия (до 150 г/т) в тита-номагнетите, что, по-видимому, является геохимической спецификой островодужных магм. 4. Показано, что основным россылеобразувщим объектом титаномагнетитовых россыпей являются .сислые пирокласти-ческие породы "флишоидно-пемзового" и "андез;:тоЕого". 5. Предложены технологические схемы переработки титаномагнетитового сырья.

Практическая ценность. Вулканиты комплексов Большой Курильской гряды • являются основными поставщиками железо-титан- оксидных минералов в прибрежно-морские россыпи, поэтому, изложенные в диссертации результаты, могут использоваться при выборе титаномагнетитовых россыпей наиболее пригодных к промышленному использованию с применением современных технологий, исходя из особенностей строения и состава Ге-Т1-оксидов, поступающих в россыпи.

Апробация и реализация работы. Основные положения диссертации неоднократно докладывались на семинарах лаборатории геологии островных дуг, на конференциях молодых ученых ИВ и ШГиГ ДВО РАН. на И Тихоокеонской школе по морской геологии (г.Южно-Сахалинск, 1985), на Международном симпозиуме ШЦиА (г.На:одка, 1990), на Международном совещании по вопросам освоения месторождений кор выветривания (г.Москва, 1994), а также вошли как составная часть в промежуточные и основные отчеты лаборатории геологии островных дуг ИМРиГ ДВО РАН. По теме диссертационной работы опубликовано Б тезисов на конференциях молодых ученых ИВ и ИМГиГ ДВО РАН, Международном симпозиуме 1Щ1!А совместно с Ю.С.БретштеГшом (г.Наход!са, 1985), Международном совещании но проблемам освоения месторождений кор выветривания совместно с В.В.Ивановым, Р.В.Хитроьым, а также стат.я в сборнике "Актуачь-

ние проблемы геологии, геофизики и биологии". КЖно-Сахалинск, 1990. Результаты работы нашли практическое применению при подготовке к промышленной эксплуатации Ручарского месторождения тита-нсмагнетитовых песков.

Автор считает сьонЫ долгом выразить глубокую благодарность нь/чным руководителям - профессору, д.г.- м.н. С.А.Щеке, д.г.-м.н. Б.Н.Ш-скунозу - за постоянное внимание, советы и консультации в процессе работы, коллег - А.В.Рыбина, Н.П.Паровышнуп, А.А.Ефимову, Т.И.Пяскунову- ва поддержку; во время экспедиционных исследований. Проведение аналитических исследований было бы невозможным без помощи О.Н.Майоровой (ИГиГ. СО РАН), С.В.Высоцкого, Т.В.Лайковой, В.И.Салина (ДВГИ ДВО РАН), Ю.С.Бретштейна (ИТиГ ПВО РАН) и сотрудников химический группы лаборатории петрологии и геохимик ИМГиГ 2Ш0 РАН. Статистический анализ результатов исс-ледогашш проведен с помощью В.В.Наумовой.

Весьма полеглым при подготовке диссертации было обсуждение работы с академиком РАН А.А.Маракушевым, член-корреспондентом РАН К.Ф.Сергеевым, академиками РАЕН Т.И.Фроловой и Г.С.Штейнбер-. гом, д.г.-м.н. Л.Л.Перчуком, В.Л.Сывороткиным (МГУ), к.г.-м.н. С.В.Высоцким, Г.И.Говоровым (ДВГИ ДВО РАН), д.г.-м.н. В.А.Коца-ленкером, к.г.-м.н. В.С.Знаменским (ИГЕМ РАН), д.г.-м.н. Г.Б.Ферштатером (ИГиГ УрО РАН), к.г.-м.н. О.Н.Толстых, С.В.Новя-зиным (ИГиГ СО РАН), к.",н. А.Я.Марковым (Мингео Украины), д.г.-м.н. Л.Б.Чистовым (Гиредмет;, к.т.н. Г.В.Зайцевым ("Уралме-ханобр"), неоценимую помощь авгору в оформлении работы оказали М.М.Певзнер, В.-г.Кулинич, Н.Н.Филина. Автор сердечно благодарит всех, кто приблизил завершение работы.

Структура и обг.ем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Работа содержит 2£7страниц машинописного текста, 6У. рисунков, ЗС таблиц. Список использованной литературы имеет '¿О/ наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Изменение геодинамического режима в островных дугах, естественно, приводит к переменам характера вулканических процессов и, как следствие, к разнообразию петрографо-геохимической специфики магматически.; расплавов, типоморфных ассоциаций минералов и мик-

розлементов в составе продуктов вулканизма. В частности, изменяется химический состав железо-титан-оксидных минералов, который несет петрогенетическую информацию, свидетельствуя о физико-химических условиях.в островодужкых магмах, отражаемых в разнообразии парагенетических ассоциаций петрогенных оксидов и элемен- ' тов-примесей.

- Глаьа1. КРАТКИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК БОЛШОЙ КУРИЛЬСКОЙ Г1=ЯДЫ

Граница Лавразийского и Тихоокеанского суперпланетерных ли-тссферно-мантийных секторов Земли характеризуется активным тек-тоно-магматическим режимом. Сопряженная тектоническая пара Курильской островной дуги и Курило-Камчатского глубоководного желоба с уверенностью может быть отнесена к ¡сатегории структур, получивших название "островных систем" (Косыгин, 1959) и выделена, как Курильская островная систрма (Сергеев, 1976).

0.А.Богатиковнм, А.А.Цветковым (1988) в составе КОД выделены три структурно-формаццонные зоны: фронтальная невулканическая (Малая Курильская гряда), осевая вулканическая . (Большая Курильская гряда), тыловая (охотоморский склон БКГ).

Глубинная структура внутренней Бслыиекурильской зоны подробно рассмотрела по данным МОВЗ и ОГТ Т.К.Элобиным (1987). На глубине 0.5-5.0 км прослеживается граница К0. которая связывается с крсвлей консолидированной земной коры (Уг=5.8-о.О км/с). Вышележащая граница обмена (Уг=3.5 км/с) проходит между верхнемио-цен-плиоценовыми и верхнеилиоцен-четвертичными образованиями.

/.и^юоадй горизонт К| (УР =6.0-6.3 км/с) установлен по материалам ГСЗ на глубине 8-9 км и интерпретируется как основание ост-роводужного комплекса и может считаться кровлей кристаллического фундамента. С поверхностью базальтового слоя увязывается граница Ка(Уг-7.2 км/с) ка глубине 11-14 юл. Подошва коры отождествляется Т.К.Элобиным с преломляющим разделом М0(УГ=8 км/с), установленным на флангах дуги на глубинах 30-36 км, в центре- 26-29 км.

БКГ расчленена на блоки системой разломов продольного и по-переч.чого направления. Большинство разломов и;леет падение плоскости сместителя в сеЕеро-западном направлении (Стрельцов, 1970).

В работе принято за основу р:к:членснне на структурно-форма-

ционные комплексы, выполненное К.Ф.Сергеевым с соавторами (Сергеев, 1976). В пределах БКГ не встречены отложения древнее раннего миоцена. Вулканические образования БКГ позволяют расчленить их гдк продукты четырех фаз активизации вулканических процессов: ранне-среднемиоцэновую, миоцен-плиоценовую, верхнеплио-ценовуа к четвертичную. Выделенные комплексы названы соответственно: 1-"зелеко7уфовым", 2-"флишоидно-пемзовым", 3-"базалъто-идным" и ¿-"андеэитовьм". (Гшскуиов,1975; Исследование..., 1990).

Основные выводы из главы 1: 1. Изверженные продукты в пределах одного комплекса отличаются по составу, что свидетельствует о:разнообразии путей, пройденных магматичеасим расплавом от источников Магмы к поверхности и наличии промежуточных очагов в земной торе. 2. Вариабельность преобладающего состава от комплекса к комплексу позволяет предположить изменение проницаемости земной коры при смене геодикы.лйческого режима.

Глава 2. ПЕТГОГРАФО-ГЕОУЛШЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВУЛКАНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ БОЛЬШОЙ КУРИЛЬСКОЙ ТРЭДЫ

Накопление твердых продуктов вулканизма особенно интенсивно происходило в периоды активизации вулканических процессов.

"Зеленотуфовьм"комплекс формировался ь ранне-среднемиоцено-вую фазу активизации вулканизма продуктами мощных эксплозивных и эффузивных извержений при смене мелководных. условий начального этапа наземными в результате поднятия территории.

''Флишоидно-пеыБсвый'" комплекс образован отложениями эффузив-но- пирогласппеской группы фаций, состоящими из туфов и туффитов дапитов и андезитов. В мелководных лагунах формировались вулка-ногенно-осадочные породи. Широко распространены в отложениях комплекса субвулканические тела.

"Базальтоидный" комплекс сложен продуктами верхнеплиоценовой фаги ¡вулканизма. Отложение продуктов происходило преимущественно в подводных условиях на фоне общего погружения БКГ. ЗЬфувив-но- пироклаотаческий материал представлен лавобрекшями, шаровыми .павами. экв&генными туфами, г иалоклас гитами. Выше по разрезу залегают вулклпогеннс-осадочные породы. Экструзивная фация представлена жерловыми экструзиями. Состав продуктов комплекса весьма

выдержан.

"АндезитоЕый" комплекс сформирован продуктами новейыих и современных вулканических процессов. Вулканы БКГ подразделяются на пять генетических типов (Фздорченко, Родионова, 1975): страто-вулканы простые, кустовые, и кальдерные, пемзово-пирскластяческие 1 кальдеры, вулканы-экструвии. Г.С.Горшков (1967) разделил Б1СГ1 на две вулканические зоны: Главную и ¡Западную, Б. Н. Пискунов (1987) выполнил более детальное разделение вулканов БКГ в поперечном направлении по петрохимическим особенностям.

Породы вулканических комплексов значительно варьируют по содержанию порсдообразушда окислов. Значительные изменения претерпевает содержание в породах крешевема. Для "зеленотуфоюго" комплекса характерно преобладание средних а кислых пород, для "флишоидно-пемзового". средних и умеренно-кислых. "Базальтоидный" комплекс отличается преобладанием андевигобазальтов.

Несмотря на разнообразный химический состав, различия по возрасту и фациальной принадлежности, все породы БКГ относятся к типично островодужным, изьестково-щелочпсго типа, натрового подтипа.

Содержания редких и рассеянных элементов з однотипных породах известковой, известково-щелочной и субщелочкой петрсхкмичес-ких серий, нормированные к базальту океана показывает избыточное содержание Ва, Бг, 2г и дефицит сидерофильных элементов - Т1, Сг, N1, Со. Концентрации Из, Ва, 2г увеличиваются к субщелочпой серии, и от основных диффэрепциатов к кислым.

Ре-П-оксидныэ минералы в дифференциатах пород вулканических комплексов имеют весьма различное распространение и большое множество форм выделения.

Преобладают'среди акцессорных минералов в составе пород ти-такомагнетиты. По форме выделении отмечается несколько генераций титаномагнетитов;

- сравнительно крупные (0,6-1,0 мм) отдельные кристаллы первично-магматического происхождения, вкрапленные в основную массу-,

- такие же по вехлчине верна в виде включений во вкрапленники пироксенов и оливина;

- мелкозернистый (0,01-0,1 мм1 титаномагнетит, а тяготе титано-иатнетитовая "оыпь" (0,001-0,008 мм) распыленные в основной стекловатой массе поводы в виде скелетных сндсшлщй (нрнсилмиы

г.

форма встречается редко);

• титаномагнеткты червеобразные, каплевидного габитуса, мирмеки-товые срастания с силиката!«, вероятно' возникающие в постмагма-ткчьскук стадию при разложении силикатных минералов в измененных неродах.

Титаномьгнетиты встречаются как гомогенные, так и содержащие ракообразные структуры распада от едва различимых при больких убеличеииях до крупных.

Основные выводы из г лавы 1. Различие петрографа; геохимических признаков пород БКГ подтверждает наличие равных путей их Формирования. 2. Разнообразие форм выделения Ре-П-оксидов и последовательности кристаллизации о другими минералами указывает ка болъауя изменчивость физико-химических условий в магматических очагах не одинаковую для разновозрастных комплексов.

Глава 3. ЖЕЛЕЗО-ТИТАН-ОКСИДНЫЕ МИНЕРАЛЫ ВУЛКАНИЧЕСКИХ КОМШЕКСОВ

Среди оксидов БКГ выделяются минералы серий твердых растворов окислов в системе ГеО- РерОз-ТЮг- По составу Ре-И-оксиды разделяются на три серии: титаномагкетитовую, гемоильменитовую и псевдобрукитовую (ВисШп^.оп, 1ЛпсЫеу,1964).

Титакомагнетиты преобладают в составе акцессорных минералов в раглтных дифференциатах вулканических комплексов БКГ. Содержание петрогекных оксидов в них довольно разнообразно (табл 1).

; Таблица 1

Средне содержанке петрогенньк оксидов в тиганомагнетитах' (мас.%)

}^тлекс| "ЗеленотуфоБЬй" | "Фдиаоидно- пемзов"| "Базааътзид." | "АнлозитоЕий" 1 1 Породи |основ.| сред.1 кисл. ¡основ. 1сред. ¡кисл. I основ. 2 I 3 I _ ! 8 __]_ 8_ э" I ТТ "з Г.........

1№ группц| 1 ! г> проб | 3

Ь——-

II

6 ?В

иог 1 А1г0з I гсг0з I ГеО ! МтП

а м8о

7.50112.03! 7.71 | Ш.вв'Ю.гвПо.Ов! 7.34 < 3г| 3.35 1.45 | 2.47 2.111 1.631 2.78

150.02 41.0? 133.49 38.28 | 0.45 1.2-3 | 2.93: 1.73

сред. I ос1:1 срел) кис. I

9.23 3.17

■ I 9 " I 16

в.48 6.50

10 20

10.95 2.89 45.13

53.1С | 45.48;4Ь.87|47.42151.10 ¡17.48 146.47

36.43 | 34.63 38.02 37.70(36.23 ¡36.22 132.5В 36.76

1.02 | 0.64 0.89; 1.11| 0.5! | 0.43 | 0.511 0.50

0.77 | 2.«61 1.1в! 1.171 5 15

СгяОз I о. 16 I 0 14 1 0.06 | 0.081 .0.04) 0.031 0.06

2.08 I 5.2.71 '2.73 0.12 ! е.34 1 0.12

1И

27 !

10.391 2.231 45.491 38.131 0.7«| 1.48|

Пр.: Анализы Быпслненн на микрозонде в ИТиГ СО РАН О.Н.Майоровой

. г...

Исследование элементов-примесей в титансмагнетитах производилось в химико-спектральной лаборатории ДВГИ ДВО РАН спектральным методом, сведения о минералах из различных комплексов обобщены (табл.2).

Таблица 2 *

Средние содержание элементов-примесей в титаномагнетитах (г/т)

Компл."Зеленотуфов.""Флиш.-пемзовийи"Базальтоидный""Андезитовый"

Породы осн. ср. кис. осн. сред. кис. осн. сред. осн. сред. , кис

N гр. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

п проб 3 3 5 3 7 7 4 8 7 36 16

Сг 507 96 132 265 124 58 1610 267 1093 549 142

Мп 2700 4700 7840 2000 3500 5300 2600 2550 3192 2543 33)0

V • 3133 2100 1242 1650 1900 971 2300 2710 2650 3827 2671

Т1* 1.47 1.06 3.00 1.85 3.70 3.50 3.10 4.00 3.00 4.40 4.50

Со 226 180 120 165 135 106 170 208 235 249 171

N1 108 37 91 150 31 50 184 132 197 211 53

1т 43 53 202 51 55 81 67 89 75 64 64

2п 263 210 602 285 525 790 383 379 276 419 618

Си 92 73 79 110 25 55 62 69 91 100 за

Бп 5 3 9 6 4 11 6 5 3 6 Б

Примечания: Аналитик Т.В.Ланкова. (*) - И в мас.1.

Титаномагнетиты россыпей хорошо сохраняют свойства, присущие им в коренных источниках. Титаномагнети? как преобладающий 1сом-понент в россыпях составляет от 10-15 до 70-90%, в среднем составляя 20%. Б большинстве случаев в титаномагнетчтах содержится от V до 11 мас.% ТЮг, 1-2 мас.% М^О' и столько же А1г0з, а также 0,5-1,5 мае.Г. >Ип0.

■ Гемоильмециты встречаются значительно реже титаномагнетитов, особенно редко встречаются крайние члены ряда. При высоких температурах расплавов наблюдается значительная растворимость гематита и ильменита, кроме тс го даже при небольшом окислении уль-вошпинель быстро переходит л ильменит. Ильменит встречается в породах как в виде самостоятельных зерен, так и в виде пластинок распада г, титаномагнетитах и имеет различный химический состав (табл.3)

Х{эош1стио шпинедиды. Среди Ге-Т1-оксидов"зеленотуфоього"

Таблица 3

Химический состав ильмекигов Большой Курильской гряды

-------------------,-------г------------—---:-----1----,--,

I И п/Л I 1|2|3|4|5|6|7|8|9| I Образец 1164/1» 1137/10» | 35/10» | 605а I 113/2» Í 619 I 6356 I 6356 I 607» |

(-------.----F---,---1---1---1--1----1-1

1ТЮ;: I37.SO I 38.20 I 43.95 | 47.70 | 43.90 | 47.30 | 33.83 I 39.43 I 41.101 ¡А120э I 0.71 | О ЧЛ | 0.45 | 0.35 1 0.23 | - | 0.23 I 0.21 I 0.271 !FO203 126.04 I 23.50 | 16.70 | 7.92 I 15.80 | 8.71 | 26.80 I 25.83 I 11.211 ¡Feo 13!.¡4 ! 29.39 | 34.82 | 41.37 | 33.37 I 39.19 I 23.99 | 30.61 | 41.801 IVnO 1 0.81 I 0.63 | 0.77 | 1.56 I 1.20 | 1.25 | 0.65 I 0.67 | 0.751 ¡Mg'J í l.DO I 2.24 ] 2.23 | и.о. | 2.42 I 1.22 | 2.43 1 2.35 | 2.271 |СгйОз 1 и.о. I - I - | - I - ! - | 0.02 ' 0.01 I 0.021 IСумма ,'97.03 | Э9.51 | 93.37 | Э7.79 I 96.74 / 93.15 | 99.04 | 99.20 I 97.J3|

Примечания: 1 - дациг. экструзия, 1,5 км вверх по течению руч. Минерального (о.Итуруп); 2- дацит, экструзия, оз. Ильинское (о. Куна-аир); 3- дацит ив дайки, мыс Кинжал (о.Итуруп); 4- да-цит, экструзия, мыс Столбчатый; 5- риолит, р. Винай (о.Кунашир); б - перлит, р. Водопадный (o.Kyiiami.^); 7,8- дацит, тихоокеанское побережье острова Итуруп; э- дацит купола вулкана Менделеева (о.Кунашир); (+) - сосуществующие с титаномагнетитами.

комплекса в базальте руч. Тройного выделяются'хромистые шпинели-ды следующего состава

(feo. 4эМ?о.59МП0.oí)(Feo.39П о.03AIi.14СГ0,42)О4•

Также хромистые шпинелиды встречаются в базальтах вулкана Ллаид. Исследование кристаллов на сканирующем микроанализаторе JXA-50A в ИГиГ СО РАН показало небольшое отличие свойств краевых зон минерала 'и участков возле трещин. В краевых зонах и возле трещин отмечается увеличение содержания Mg и Al, уменьшение -Сг.

Основные выводы из глаЕы 3: 1. Титаномагнетиты разновозрастных Вулканических комплексов в своем составе отражают различи? P-T-foz-Условии и, как следствие, глубинности промежуточных магматических очагов. В составе Fe-Tl-оксидов базальтоидов "зелено-гуфпвого" и "багальтоидного" комплексов запечатлены условия i o'iara". близкие к верхнемантийным. "Коровые" условия привели i обоазованию Fe-Tí-оксидов базальтоидов "флишоидно-пемзового' комплекса. 2. Наиболее пестрый состав имеют Ti-Mt "андезитового' шшчкса, что объясняется наличием выраженной зональности : ■:Т(:0'Ш!1Ч 8тиой коры и разнообразия промежуточных очагов вкрес -] ':с:ти; дуги. 3. Наличие хромистых шпияелвдов указывает н

-I О-

условия формирования близкие к верхам мантии.

Глава 4. ПЕТРОГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАТИВНОСТЬ ЖЕЛЕЗО-ТИТАН-ОКСИДНЫХ МИНЕРАЛОВ.

Железо-титан-оксидные минералы являются чуткими индикаторами изменения . физико-химических условий в магматическом расплаве в момент их кристаллизации. Изменение поведения основных петроген-ных оксидов отражено на диаграмме ГеО-ГегОз-ТДОг (рис. 1Б).

В титаномагнетитах с падением основности пород от базальтов к дацитам содержание МпО растет, МйО - уменьшается. Сложнее ведет себя А1г0з: в П-МЬ "базальтовдного" комплекса его содержа' ние с увеличением кремнекислотности растет, в других комплексах - падает, что связано с фугитивностью кислорода в момент образования Т1-МЬ. Полная смесимость герцигита и магнетита наступает при высоких температурах (1300-1500°С) и больших значениях (от, 1.8 х 10"4 :до 7 х 10"11 ГПа). При* снижении снижении температуры в промежуточных очагах алюминий не входит в магнетит, а образует собственные структуры М^А1г04, ГеА1г04.

Весьма четкое разделение П-МЬ из различных по кремнекислотности дифференциатов вулканических комплексов выполнено по пет-рогенным оксидам методом дискриминантного анализа: Титаномагне-титы из базальтов комплексов расположились по убыванию вдоль оси дискриминантной функций х= 0.59А1г0з + 0.17Сгг0з-1.14Мв0 -6.gf.in0 в следующем порядке: "базальтоидного", "зеленотуфового", "анде-зитового", "флишоидно-Семгового". Можно предполагать такой же порядок глубинности расположения промежуточных очагов, из которых на поверхность поступали базальтовые расплавы этих комплексов.

Для выявления характерных особенностей железо-титан-оксидных минералов, образовавшихся в различных физико-химических условиях использованы элементы-примеси Щ, Т1, А1, Мп, Сг, V, N1. Со, 2т, 2п, Бп, Сц. Характер изоморфного вхождения этих элементов позволяет судить об условиях образования минералов. Причем, наибольшую петрогенетическую информационную нагрузку несут сведения о типоморфных ассоциациях микроэлементов в титаномагнетитах, что было убедительно доказано раньше Шараг енезисы..., 1980).

При помощи . дискриминантного анализа подобраны функции для

Л Ранний м средний md-BepxHud ииоцен-гикоцеи I Верхний плиоцен л. не». — ________v—

Четвертичная система

СОСТАВ ПЕТРОГЕННЫХ ОКСИДОВ НА ДИАГРАММЕ FeO-

FeO

Fe203-Tí02

tio»

ГеД1 ГеО Ге,0,1 ГеО ГеД

ДИСКРШ1НАНТНЫЕ ДИАГРАММЫ НАБОРА ЭЛЕМЕНТОВ Ре-П-ОКСИДАХ ПОРОД БКГ-ОСНОВНЫХ

ГеО

ПРИМЕСЕЙ В

h

1_£_L

Ll

, 4.9 Cu+ 1.8Y+1.5TÍ+ l.4Zr+ Í.OCo

Ьш.

i t о

-0.75Mn-0.51Zn-i I2MÍ- 1.60Cr-4;40Sn

1-1 «»«te

С Р Е Д Н

I

И X

Q.S3V ♦ 3' 0.37TÍ ♦ 0.14 CP <

олзп+о.о1со-о.зсц КИСЛЫХ

-O.38Mn-0.SZr-O.fiZn

-+-Т-4-

5 т 0>ВМп+й76Ш + 0.52п+0.472г+ОА5Си-0.1НСг-0.16Со-авУ-а8ЬТ1-0.»8п

? Рис.1. Зволюнчя глубинного разреза земной кори под островаш Большой Курильской гряды (А) и ее отражение в составе петроген-оксидов СП) и парагенезисе« элементов-примесей (В).

сценки общих черт и различий титаксжагнетмтов но составу элементов- примесей. Выполнено сравнение минералов отдельно для основных, средних и кислых пород пскомплексно (рис.1В).

. Когда из-за малы/, размеров минералов не удается проанализировать их химический состав, а следовательно, и правильно диагностировать сами минералы, молно в некоторых случае прибегнуть к косвенным методам определения, не требующим выделения монофракции минерала. В частности, может успешно использоваться метод термомагнитного анализа. Он позволяет диагностировать ряд хорошо изученных магнитных минералов, какими-являются к железо-титан-оксиды." Тесная взаимосвязь состава и магнитных свойств позволяет извлечь дополнительную информацию об условиях формирования Fe-Ti-оксидных минералов, что мы и сделали. ; Анализ сосуществующих титаномаГнетитов и ильменитов использовался в качестве геотермометра и оксометра. Принцип непрерывности химического сродства металлов и линейной зависимости свободной энергии реакции образования шпиньлидоз позволил нам расширить область . применения гестермсметрз Пауэллсв (1977) на интервал состава 0.75-0.80 Ilm. По результатам исследования температуры образования ильменит-магнетитовых пар в дацитах БКГ лежит в пределах 845-930°С.

По геотермометру Баддингтона-Линдсли с поправками К). С.Полтавца (1975) температуры уложились в пределы 375-970°С. Для уточнения последовательности формирования минералов в различных магматических расплавах, а также для сравнения результатов, полученных по ильменит-магнетитовому геогермометру, выполнены определения в тех же-породах с помощью двупироксенового геотермометра Уэллса. Пары Срх и Орх образовались при температурам 0ОО-1СЗО°С. Температура кристаллизации по геотермсметру Ку-цо-Вейла (для плагиоклазов) и Линдсли (для пироксенов) составила пс оценке Т.И.Фрсловой с соавторами (1989) 1150-1000°С.

Оценка режима кислорода при формировании сосуществующих Fe-Ti-оксидов по геотермометру-оксометру Егшдингтона-Линдсли с юправ!сами Ю. С. Полтавца показала, что для дацитов БКГ -lg f0?. находится в пределах 5,2-11.0. Окислительно-восстачовптелыше /словия в расплавах состветствовзлэи HNC--буферу либо отличались зт него в сторону большей окис-ленкости на 0,3-0,5 лог.ед. Установлено, что условия Формирования пород БКГ незначительно отли-

-ТЗ-

чаются от хорсшо изученных зкспериментадьно пород базальт-риоли-TOBOil серии Исландии (Кадик и др. ,1390) .

Обобщение результатов данного исследования, а также анализ гкспериментальннх данных А.А.Кадика с соавторами (1990) и геофизических - В.А.Ермакова с соавторами (1975) .и Т.К.Злобина (1SS7), позеодил составить схематический разрез земной коры и определить в нем место промежуточных магматических очагов для разновсзрастнцх, вулканических комплексов Большой Курильской гряды, а также предположить изменение в ее пределах геодинамического режима растяжения - сжатия в процессе эволиции островодужиой системы (рис 1А).

Основные ьызоды из главы 4: 1. Состав петрогенных оксидов запечатлел условия их формирования, возможные в расплавах' про-шедплх промежуточные миметические очаги во всех без исключения комплексах БКГ. 2. Все магматические расплавы в той или иной степени затронуты процессом кристаллизационной дифференциаши. 3. Дискриминантншй анализ элементов-примесей в титаномагнетитах основных пород показал, что хорошо отличается их набор по оси х, где выявлен устойчивый "отрицательный" парагенезис Cr-Ni-Sfj, объяснимый различием температур кристаллизации титаномагнетитов. Наибольшей температурой отличались более глубинные расплавы "Са-зальточдиого" комплекса. По наличию парагенезиса Sn-Tl-Co-Cr можно говорить о сходстве титаномагнетитов "зеленотуфового" и "андезитоЕОГо" комплексов и обеднении по сравнению с ними титаномагнетитов "флишоидьо-пемзового" комплекса. 4. Термоыагнитный анаяиз образцов псглзал подавляющее преобладание одной титано-магнститовой фазы. При анализе некоторых дацитов из каждого комплекса получены двухступенчатые кривые температурного размагничивания. Снижение температуры Кюри для образцов базальтов "se-ленотуфоього" и "базальтоидного" комплексов объясняется.присутствием в составе титаномагкетита большого количества Mg, что свидетельствует о большой глубинности магматических очагов.б. Окис-Ашелыю-восстансЕиг'ельные условия при кристаллизации железо-ти-тач-оксидных минералов плодятся в пределах буферов NN0 и QFM.

Глага Б. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

h последние I олi.i заметно повысился интерес к исследованиям

по изучению связи россыпей различных минеральных видов с их - коренными источниками. Выявление характера этих связей позволяет на их основе прогнозировать новые россыпные месторождения, переоценивать ранее известные, а в ряде случаев, и "отработанные".

В процессе работы были исследованы типоморфкые особенности железо-титан-оксидных минералов из различных вулканических комплексов БКГ, которые являются коренными источниками всех россыпей ка Курильских островах По набору парагензисов. свойственных Ре-Т1-оксидам из разных вулканических комплексов, можко определять участки прибрехнс-морских россыпей, наиболее пригодных к первоочередному испольгованка з качестве минерального сырья

Минимальные расстояния между фигуративными точками евгаидовз пространства (Бронштейн, 1981), отражающими характеристики всего совокупного набора химических элементов в минералах после предварительного ранжирования их численных значений, позволяют определить наиболее близкие группы титаиомагнетитов из дифференциа-тов различных вулканических комплексов, а также титаномагнетито-вых россыпей. Наиболее четко прослеживается индивидуальность совокупных признаков титаномагнеТИТОВ отдельных групп по набору элементов-примесей (табл.4).

Россыпи титаносодержшшх минералоЕ являются основным источником получения титана, значение которого определяется стремительным ростом его потребления в связи с исключительной ролью в современном производстве и переходом части сырьевой базы в ближнее. зарубежье (Украина, Казахстан)

На Курильских островах достаточно хорошо разведанным является Ручарское месторождение титансмагнетитовых песков, приуроченное к современным отложениям морского пляжа, развитым по охо-томсрскому побережью, и к песчаным эоловым дюнам различной морфологии и морфсметрии, расположенным на поверхности низкой прибрежной равнины Ветророго яергшейка.

Мощность залежи полезного ископаемого, 'приуроченной к морскому пляэт, относительно невелика и находится в пределах 1.5-2.5 м. Эоловые дюны содержат в себе основной с-бъсм втлмш полезного ископаемого. Высота дга изменяется г преле.г« Б-10 м.

Площадь распространения ооловых нескоп в сварной -ю^гн Рет ропого пер^п'шп составляет около 4 плггдяль {•а^г^^гиц'кх запасов и кептуре распространения лкч; •• около П. 1 км*'.

Таблица 4

Простые евклидовы расстояния между характеристиками всего набора петрогенных оксидое в титаномагнетитач вулканических комплексов

и россыпей

г~

I

I—Г-! 110 I 21 I 3| ; 4i I 5| 1 61 I ?! I 31 191 »01 »11 »21 »31 »41

1

S

8

10

11

12

13

14

-I

I

т-1

12.74 1

12.63 | 13.01 J 15.09 j 13.27 | 12.62 \ 11.85 | 14.30 1 16.11 J 14.05 5 12.07 J

12.64 J 12.11 J 10.00 «

C0J4.1214.2014.75¡3.46¡5.4612.96 |6.83|7.79 10.0014.4116.29|3. Е9ГЗ. 8312.78 15.35(7.16 1 |0.00|7.0316.30|4.0413.28 |6.49|6.27 ! ! |0.СО|5.69|7.87|5.65 |?.Е8|8.Э4

1 I

I

10.C0I4.1512.87 17-0717.09

! 10.0013.59 |6.70|6.03

I | ' 10.00 15.2516.59

I | | 10.0019.08

i | 10.00

I

I I 1 I

15.89 14.42 14.44

18.03 15.31 13.68 13.66 14.56 |7.30 10.00 I I 1 I

13.77 14.23

13.54 13.36

12.05 14.58

15.62 16.26

14.50 13.64

13.49 ¡3.54

12.92 13.62

13.80 15.47

16.26 ¡6.19

14.66 14.41

10.00 13.65

1 ¡0.00

¡3.62 ¡3.48 14.41 ¡5.96 13.61 ¡3.53 13.31 ¡5.05 17.11 ¡4.97 ¡3.12 ¡1.30 ¡0.00

I

Примечание. 1-3- титшюмагнетиты из пород "зелеистуфовогс" комплекса: 1- основных; 2- средних; 3- кислых; 4-6- "флщоид-но-пемзового" комплекса от основных дс кислых соответственно; 7-8- основные и средние породы "базальтоидного" комплекса; 9-11-"андезитового" комплекса от основных до кислых соответственно; 12- из россыпи в бухте Трех Скал (о.Итуруп); 13- из россыпи Сер-шводского перешейка (о.Кунашир); 14- из россыпи Лзсозавсдского перешейка (о.Итуруп).

Мощность залежи полезного ископаемого в пределах площади распространения золовых песков изменяется от первых метров дс СО-35 и. Магнетит, как основной компонент в песках, составляет от 10 15% до 70-90%. при среднем содержании около 201. Общие запасы песков Ручарасого месторождения оцениваются в количественном содержании Fe до 25617 тыс.тонн.

Изучение ыинеральноого состава проб песка, произведенное в ¡¡Ш!Ы "Уралмеханобр", показало, что основным рудным минералом в j.occumi является титаномигнетит. Его содержание составляет 0-45%. ильменита в россыпи содержится Б-10%. Для тиганомагнетита характерно глшещение трехвалентного железа титаном. В ильмените наблюдался аамещоиис' титана трехвалентным железом, что приводит к исилаених) магнитных овейоть ильменита.

Из проб серых и черных песков (в зависимости от степени обо-гащенностл) получены партии концентратов с массовой долей железа 57-582, диоксида титана 10%, пентаоксида ванадия 0.43%. Результаты тегдологических испытаний показали хорошую обогащаемость сырья, что позволяет сделать вывод о перспективности его использования.

Обогащенный концентрат может успешно использоваться в черной металлургии для производства легированных сталей при плавке методом электропечь-вращающаяся печь. Титан при данном способе переработки возгоняется в шлаки и удаляется с поверхности расплава. В шлаки также удаляется ванадий. В дальнейшем как титан, таг? и ванадий выделяются из шлаков гидрометаллургическим методом.

' Часто для извлечения ванадия используется пирогидрометаллурги-ческий способ.

В процессе исследования титаномагнетитов БКГ производились работы по оценке возможностей их использования в комплексной переработке. В частности, отмечена перспективность использования сырья в порошковой металлургии. При аналитических исследованиях концентрата в институтах Гиредмет, ИГЕМ в титаномагнетитах обнаружено аномально высокое содержание индия (до 150 г/т), что значительно превышает его концентрацию известную раньше для Ti-Mt вообще.

Основные выводы из главы 5: 1. Идентификация титаномагнетитов из россыпеобразующих коренных источников и непосредственно россыпей при помом определения минимальных евклидсвгх расстояний, указывающих на близость свойств показала, что рс -сыпи образуются в основном при абрадировании обнажений, сложенных кислсй пирокластикой "флшюидно-пемзового" и "андезитового" комплексов. 2. Наработка нобых технологий по использованию титаномагнетито-вого сырья показывает, что его применение в промышленных масштабах стало весьма целесообразным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Выполненная работа позволяет заключить следующее:

1. Летрогенетичоская информативность железо-титан-оксидных минералов позволяет предположить, что вулканические ксмплегся Большей Курильской гряды сформировались в ревультат«: накопления

-Т7-

продуктов извержений, прошедших в Еиде магматических расплавов в земной коре через промежуточные магматические очаги при изменяющемся геодинамическом режиме. Преобладанием режима растяжения объясняется образование больших близповерхлостных очагов, характерных для "флишоидно-пемзового" комплекса и фронтальной части современной гряды.

2. Основным поставщиком титаноыагнегита в прибрежно-морские россыпи Курильских островов являются кислые пирокластические породы "флишоидно-пемзового" и "андезитовсго" комплексов.

3. Весьма перспективно использование прибрежно-морских тита-ноыагнетитовых россыпей в качестве комплексного сырья для производства легированных сталей, феррочугуна и феррованадия, а также их применение в порошковой метал¿ургпи.

Список работ,опубликованных по теме диссертации:

1. Выявление источников питания четвертичных пляжей с помощью термомагнитного анализа // Стратиграфия и корреляция четвертичных отложений Азии и Тихоокеанского региона. INQUA. Тез. 16-19 октября 1988 г. Находка, т.2. Владивосток, 1988. с. 157-159. Соавт. Ерегштейн Ю.С.

2. Titanium-magnetite sands of Kuril islands // Transnational resourse management issues possible cooperative responses (International conferens on the Seas of Japan and Okhotsk. Nakhodka, USSR, September 1989). Vladivostok. 1989. p. 76-77. With S'edin V.T., Pi sí; uno v Yu.ü.

3. Исследование петрологии и геохимии вулканических построек семеро-западной части Тихого океана. (Отчет заключительный).ч.2. ШГиГ ДВО АН СССР. М г.р. 01.86.0133528. Инв. N. 02.9.10006684.-Ккло-Сахалинск, 1990. 202 с. В соавт. с Пискуновым Б.II., Гранни-ком В.М., Рибиншл A.B.

4. Термомагнитная диагностика ферромагнитных минералов пород базальтоидного вулианичесиого комплекса Курильских островов У/ Тез. докл. XVI конф. молодых ученых и специалистов. Южно-Сахалинск, ИМГиГ ДВО АН СССГ, 1989. с. 4.

5. Петромагнети^м пород базальтоидного вулканического комплекса острова Итуруп // Актуальные вопроси геологии, геофизики и биологии (Материалы XVi коиф. молод, ученых и спец.). Южно-Сахалинск, 1990. с. 41-50.

6. 1изико-географический очерк // Южные Курильские острова (ириродно-географический очерк). шно-Сахалинск, 1992. с. 4-16.

7. Перспективы использования прибрежно морских россыпей Дальнего Востока // Россыпи и месторождения пор выветривания -обгект инвестиций на современном этапе. Tea. докл. X Международного ссь'.иишиа. 21-26 ноября 1994 г. Москва. 1994. с. 128 129, Соамсри; Пьянел; В.В., Хитрсь В.В.

С. 'jhuikа ¡ьтзиюст к эксплуатации Ручарскогм шстороадсшш ичинсм«.! i»; i и i с.ы-ix. иьеиоя // Там же. с. I2ß-127.

~Л 8-