Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Минералого-геохимические особенности циркон-ильменитовых месторождений Томь-Яйского междуречья

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

Автореферат диссертации по теме "Минералого-геохимические особенности циркон-ильменитовых месторождений Томь-Яйского междуречья"

На правах рукописи

Кропанин Сергей Сергеевич

МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИРКОН-ИЛЬМЕВИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТОМЬ-ЯЙСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

Специальность 04.00.11

Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений; металлогения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

геолого-минералогических наук

На правах рукописи

Кропании Сергей Сергеевич

МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИРКОН-ИЛЬМЕНИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТОМЬ-ЯЙСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

Специальность 04.00.11 Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождении; металлогения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Работа выполнена в Томском политехническом университете.

Научный руководитель

кандидат геолого-минералогических наук, доцент Л.П.Рихванов

Официальные оппоненты -

доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Г.Бакиров; кандидат геолого-минералогических наук, доцент А.Д.Строителев

Ведущая организация

ГГП "Берсзовгсология", г.Новосибирск

Защита состоится "21" января 1998 г. в 14 ~ часов

в аудитории 111" 1" корпуса на заседание диссертационного Совета Д 063 80 08

в Томском политехническом университете по адресу: 634004, Россия, г.Томск, пр. Ленина, 30

Автореферат разослан " 19"декабря 1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета ^^¿/'СА^ П.С.Ч)бик

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В Российской Федерации сложилась критическая ситуация с обеспечением предприятий государства титановыми и цирконовыми концентратами. Так как, с распадом Советского Союза их производство, практически, оказалось Rue России, а потребности в циркононых концентратах оцениваются (по аналогии с экономически развитыми странами) в 100-150 тыс.т. Потребности в титановом минеральном сырье в 600-675 тыс.т.

Основным промышленным типом месторождений циркония и титана являются комплексные циркон-ильменитовые россыпи, где сосредоточено 92 % и 52 % мировых запасов для каждого компонента соответственно. Разработка данного типа месторождений играет значительную роль в экономике различных государств и прежде всего Австралии, ЮАР, Индии, Бразилии. В настоящее время погребенные прибрежно-морские россыпи циркона и ильменита выявлены в различных регионах России. Детально разведано три россыпных месторождения, но только одно из них, Туганское (Томская область), подготовлено к эксплуатащш, два других - Центральное (Тамбовская область) и Тулунское (Иркутская область) - в настоящее время нуждаются в переоценке. Предварительно разведаны или оценены на поисковой стадии 7 комплексных циркон-ильменитовых россыпных месторождений: Георгиевское, Тарское, Ордынское, Николаевское (Западная Сибирь), Лукояновское (Нижегородская область), Кирсановское (Тамбовская область), Башпагирское (Ставропольский край). При вовлечешт перечисленных объектов в эксплуатацию необходимо их рассматривать не только как источник ильменитовых и цирконовых концентратов, а как комплексные месторождения кварца, каолина, титана, циркония, редких и редкоземельных элементов.

Для переоценке перечислешшх объектов, и Томь-Яйского междуречья, в частности, требуется совершенствования минералого-геохимических методов исследования.

Цель работы. Изучение минералого-геохимических особенностей циркон-ильменитовых месторождений Томь-Яйского междуречья, выработка минералого-геохимических критериев при геолого-экономической оценке циркон-ильменитовых россыпей, установление возможности их комплексного использования.

Основные задачи.

1) изучение минералого-геохимических особенностей продуктивных отложений различных циркон-ильменитовых россыпных месторождений;

2) изучение поведения элементов в процессе лейкоксенизации ильменита;

3) выработка геохимических критериев для минералого-технологического картирования основных минералов тяжелой фракции;

4) установление возможных источников питания россыпей и механизмов накопления продуктивных пластов по кристалло-морфологическим признакам и геохимическим данным циркона;

5) оценка возможности комплексной переработки циркон-ильменитовых месторождений Томь-Яйского междуречья.

Фактический материал. Автор с 1988 года занимается минералого-геохимическим исследованиями различных циркон-ильменитовых месторождений России, Казахстана и Украшга. С 1988 г по 1991 г были проведены исследоваши по изучению уровней накопления и распределению рассеянных элементов в концентратах и минералах Туганского месторождения. С 1991 г по 1993 г проводились минералого-геохимические исследования продуктивных отложений Георгиевского месторождения с разработкой технологической схемы обогащения и переработки руд (патент № 5019965/02/000643). С 1993 г по 1994 г в ходе выполнения хоздоговорной работы были проведены минералогические исследования концентратов Тарского месторождения с определением содержаний редких и редкоземельных элементов в основных рудных минералах и промышленных концентратах. В это же время были проведены минералого-геохимические исследования руд Обуховского (Казахстан) и Малышевского (Украина) месторождений с посещением единственного действующего добывающего предприятия на месторождениях подобного типа в бывшем СССР -Верхнеднепровского ГОК (г.Вольногорск). В 1995 г проведен анализ моношшеральных концентратов Кара-Откельского месторождения (Казахстан). В 1997 г проведены минералогические исследования продуктивных отложений Ордынской россыпи (Новосибирская область).

Результаты работ отражены в 5 научно-производственных отчетах и 6 опубликованных статьях.

При написании диссертационной работы были использованы производственные отчеты по геологоразведочным работам на различных циркон-ильменитовых месторождениях России, Казахстана и Украины, опубликованные материалы по минералогии и геохимии россыпных месторождений титана и циркония, и результаты минералого-геохимических исследований акцессорных минералов магматических горных пород.

Научная новизна. Впервые определены уровни накопления редких и редкоземельных элементов в концентратах и минералах различных объектов данного типа и выполнены детальные минералого-геохимические исследования продуктивных пластов погребенных циркон-ильменитовых россыпей ЗападноСибирского региона. Показана возможность использования результатов геохимических данных исходных проб и тяжелой фракции для расчета содержания циркона, ильменита, лейкоксена и монацита с построением карт их распределения. Показаны новые возможности использования морфологии кристаллов циркона и его геохимических особенностей в определении возможшях источников питания россыпей и моделирования процессов отложения материала в прибрежно-шельфовой зоне. Изучено поведение элементов в процессе лейкоксенизации ильменита на месторождениях юго-восточной части Западно-Сибирской плиты.

Практическая ценность. Полученные данные о содержании редких и редкоземельных элементов в продуктивных отложениях циркон-ильменитовых россыпных месторождений позволяют утверждать, что эти объекты должны рассматриваться, не только, в качестве источника мономинералы гых концентратов кварца, каолина, ильменита и циркона, а как комплексные месторождения кварцевых песков, каолина, титановых и циркониевых продуктов, а также как источники редких и редкоземельных элементов. Рентабельность предприятия, которое включает в себя добычу, обогащение и первичную переработку коллективного концешрата тяжелой фракции и отдельных мономинеральных концентратов, существенно выше, чем у предприятия ориентированного на получение мономинералыюго сырья.

Основные защищаемые положения.

1. Циркон-нльменитовые россыпи Томь-Яйского междуречья необходимо рассматривать как комплексные месторождения кварца, каолина, титана, циркония, а также редких и редкоземельных элементов.

2. В процессе лейкоксенизации ильменита происходит накопле1ше редких и редкоземельных элементов, по характеру изменения их содержаний возможна коррелящи отдельных учаегков и пластов россынных месторождений.

3. Результаты геохимических данных исходных продуктивных песков и тяжелой фракции возможно использовать для опредеяе1шяконцентраций основных минералов тяжелой фракции и их минералогического карпгрования.

4. Основываясь на кристалломорфологических и геохимических особенное! циркона возможно определение материнских пород, служивших источника питания россыпных проявлений, через расчет их петрохимическ характеристик.

5. По распределению определенных морфологических типов кристаллов цирке возможно геолого-сгруктурнос и фациальное моделирование услов формирования россыпи, выявление перерывов в осадконакоплении проявленности процессов денудации ранее отложенных продуктивных пласт установление изменений ппеобдадающих направлений в процессе перенос; отложения материала, а также можно судить об относительной интенсивно« волноприбойной деятельности.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав и заключения. Ее обги

объем - 177 страниц текста, которые иллюстрированы 49 таблицами и 77 рисунка!

Список литературы содержит 190 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается история изучения вопроса, которая состс

из нескольких разделов:

• В первом разделе отражена история изучения общих вопросов геолог россыпей, от стихийного накопления разрозненных сведений о находках, прея всего, благородных металлов и ювелирных камней, до становления теор россыпиобразовашм и обоснования критериев поисков и разведки россыпи месторождений различных полезных компонентов;

• Во втором разделе рассматривается, конкретно, история изучения цирке ильменитовых россыпей от первых находок современных россыпш ильменитовых проявлений на берегу Азовского моря до обоснования поиск погребенных прибрежно-морских отложений обогащенных титановыми циркониевыми минералами. Особое внимание уделено разведке Туганскс месторождения и открытию Георгиевской россыпи;

• В третьем разделе дан перечень геологоразведочных и поисковых раб( проводимых на территории изучаемой площади, который дает пред став лег о геологической изученности района;

• В четвертом и пятом разделах представлена последовательность минерало геохимического изучения руд Туганского и Георгиевского месторождений;

• В шестом разделе рассматривается изученность технологических свойств {

россыпных месторождений Томь-Яйского междуречья.

Во второй главе изложена методика проведения минералого-геохимических исследований, которая включает в себя несколько основных блоков:

• Отбор проб и предварительная обработка кернового материала;

• Выделение тяжелой фракции с рассмотрением оптимальных вариантов использования различных методов при минералого-геохимических исследованиях в ходе разведке циркон-ильменитовых россыпей и разделение коллективного концентрата различными способами магнитной и электромагнитной сепарации;

• Диагностика минералов и выделение мономинеральных концентратов;

• Аналитические работы;

• Обработка полученной информации и сопоставительный анализ.

Отдельно рассмотрен вопрос о результатах исследований по выбору оптимальной навески проб для проведения инструментального нейтронно-активационного анализа концентратов и минералов циркон-ильменитовых россыпей, и контролю качества ИНАА.

В третьей главе рассмотрено геологическое строение северо-западной части Томь-Яйского междуречья, находящегося в области сочленеши Колывань-Томской складчатой зоны с Западно-Сибирской плитой (Рис.1), в частности дается краткая характеристика пород кристаллического фундамента, состоящего, преимущественно из глинистых сланцев верхнего девона и нижнего карбона с развитой на них корой выветривания, и платформешюго чехла Западно-Сибирской плиты, состоящей из меловых (киялинская, покурская, симоновская, сымская свит), палеогеновых (люлшгоорская, юрковская, новомихайловская свиты), неогеновых - (кочковская свита) отложений, а также различных отложений четвертичного возраста (Рис.2). Рассмотрена тектоника и история геологического развития района. Основное внимание уделено геологическому строению и морфологии россыпей Туганского и Георгиевского месторождений, а также их сходству и отличию, в этом плане, между собой и с другими объектами подобного типа.

В четвертой главе дается общая характеристика продуктивных пластов циркон-ильменитовых россыпей Томь-Яйского междуречья с описанием установленных в них минералов, включая легкую фракцию, и отличительные особенности состава Туганского и Георгиевского месторождений от других объектов подобного типа.

„✓'-у

гамусь

//

Александр

I ¿^ш/ШЧ''

У

, ¿¿О I,;' Н-А

I Схематический рагреэ по линии АБ

100

10

Рис.1 Тектоническая схема северо-западной части Колывань-Томской складчатой зоны (Составил Рубцов Л. Ф.) 1-Мезозой-кайнозойские отложения платформенного чехла; 2-Томский выступ; З-Колывань-Томский синклинорий (поздние герцениды); 4-Омутнинский выступ (ранние герцениды); 5-Ташминская грабсн-синклиналь (поздние герцениды); б - Дайки "томских диабазов" (ЬР,); 7 - Дизыонктивы мезозой-кайнозойского возрас! в) установленные бурением, б) предполагаемые дешифрированию аэрофотоснимков космофотоснимков; 9 - Ось Ко л и в а н ь - То м с ко го синклинория, 10 - районы циркон-ильменитовых месторождений

1 система | 1 отдел 1 ярус 1 1 индекс 1 s £ ь о o r 3 o 5 ОПИСАНИЕ ПОРОД

É s о ', ; 1, o 1П Кочковскзя cejma Глины коричневые, галечники

^ , . о'-

Новомихзйповска свита. Глины серые, пески белые, кварц-каолиновые мелкозернистые,

ГС о 0) и е s fc с. ИД o со

о £ Р а бурые угли

Юрковская свита. Пески светло-серые, тонкозернистые, глины серые

О О с (Я с X р i^IJJïïT? O o

о Ür

' '|''"мм"'"|~**ГГ o (O Люлинвсрские свита. Глины зеленые

ос M Т со е o N- Сымская свита. Пески белые, кварц-каолиновые, мелкозернистые; глины серые

Симоновская свита. Пески белые, квзрц-

Г X о а. каолиновые.мелкозернистые; глины серые зеленовато-серые и пестроцветные

(-' ь *"!¿Li' - ■ ^ 8 (M

гс 01 — V ! \ . У Г , '

(В CÛ <П

а о о X ш о

...,, Покурская свита Пески серые и зеленовато-серые, тонко-среднезернистые; глины зеленые

а> ю л o LT)

S <<3 а. — зеленовато-серые

Е <0

г s 4U а Я )¿ -г-г-г-г- o Киялинская свита. Глины пестроцветные, сидеритизированные

п: Басандайская свита. Песчаники, алевролиты,

а S to J3 -"Х-..... я глинистые сланцы с Lepidodendroh uscovi Chache, Angaropteridium cordiopíeroides Schm, Yinkgo tomiensis Chache

а О О т— 1—

С. Û> о

о X m _D> О ПС! o o Ю Лагерносадская свита. Глинистые сланцы с Fenesîela plebeja M'Coy, F.membranacca Phiil, Polypora

к \siblrica Jan . Soinfersibtrica Jan.

Турнейский ярус. Глинистые сланцы, песчаники,

ь.

X ш S га ъс X о >£ а> X Q. о 4sFr\S f 1500 линзы известников с Stingothyris cuspidata Man., Spirfferina octoplvata Sow., Spiriïer attenuatus Sow., Productos semireticulatus Mart.

•s s ......■{■..... Юргинская свита. Песчаники с Sptifer(Cyrtospirffer)

ГС X 3 '-A-.....Y" o verneuilli M'jrch., Chonetes minuta Voíaf., Plicatifera praelonga Sov

га п

Í Ï * -е- •s ",:y.': "y...'

X О m о а. ш а X 0 1 го а. ■е- о CL | 1500 Пачинская свита. Филлиты, глинистые сланцы с Minussina maculosa Mor, Neotrematopora srbirica Sc., Hem/typa devónica Nekh., Retzia lopatlni Stuck.

Ч. сред-1 ний 1 g S i ° Q ;

Рис.2 Стратиграфическая колонка северо-западной части Томь-Жского междуречья (СоставилЛ.Ф.Рубцов)

В пятой главе рассматриваются геохимические особенности продуктивны толщ Туганского и Георгиевского месторождений, которые основаны ка данны результатов определения содержания основных и рассеянных элементов установленных силикатным, спектральным, инструментальным нейтронно активационным анализами в исходных породах, легкой песковой и глинисто: фракциях, суммарном коллективном концентрате минералов тяжелой фракции ; мономинеральных фракциях (ильменит, лейкоксен, рутил, анатаз, брукиг, цирког монацит, турмалин, ставролит, дистен, силлиманит).

В шестой главе показано поведение редких и редкоземельных элемента в процессе лейкоксенизации ильменита в гипергенных условиях, на пример Тутанского, Георгиевского, Кара-Откельского и Тарского месторождений.

В седьмой главе показана возможность использования результато: инструментального иейтронно-активационного анализа исходных поро, продуктивных песков (на примере Кантесского участка Георгиевског месторождения) и тяжелой фракции (на примере Кусково-Ширяевского участк Тутанского месторождения) для установления распределен™ основных минерала тяжелой фракции (ильменит, лейкоксен, циркон, монацит) в пределах исследуемо] площади.

В восьмой главе рассмотрена новая возможность использовани: морфологических признаков кристаллов циркона и его геохимического спектр; для решения ряда практических и теоретических задач.

В первом разделе восьмой главы показана возможность использовани внешних признаков кристаллов циркона (развитие простых форм, коэффициен удлинения) для определения возможных источников питания россыпны: месторождений.

Во втором разделе рассматривается решение того же вопроса, но чере геохимические особенности циркона.

В третьем разделе дается обзор возможностей решения практических зада' (определение условий отложения материала и направлений его переноса), чере: исследование распределения цирконов с определенными морфологическим! особенностями, при проведении геологоразведочных работ.

В девятой главе представлена практическая значимость минералого геохимических исследований при геолого-экономической оценке возможност) комплексного использования продуктивных отложений циркон-ильменитовы

месторождений.

В первом разделе сделан краткий обзор производства титановых и циркониевых концентратов в мире;

Во втором разделе дано технолого-экономическое сопоставление различных вариантов отработки Туганского и Георгиевского месторождений;

В третьем разделе рассмотрены возможности использования полученной продукции.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

I Защищаемое положение

Циркон-ильменнтовые россыпи Томь-Яйского междуречья необходимо рассматривать как комплексные месторождения кварца, каолина, титана, циркония, а также редких и редкоземельных элементов.

Основываясь на результатах минералого-геохимических исследованиях вмещающих пород, легкой песковой и глинистой фракций, тяжелой фракции и мономинеральных фракций было установлено, что продуктивные отложения циркон-ильменитовых месторождений являются концентраторами широкого спектра редких и редкоземельных элементов с уровнями накопления в коллективном концентрате минералов тяжелой фракции и отдельных мономинеральных концентратах на уровне собственных редких и редкоземельных месторождений.

■ Таблица I

■ Среднее содержание редких, редкоземельных и-радиоактивных эяементов;(г/г) в ;

исходных пробах продуктивных пластов, коллективйом концентрате тяжелой фракции ; и основных рудных минералах циркон-ильменитовых месторождений :

элемент Исходная порода Тяжелая фракция Ильменит Лейкоксен Циркон

Бс 13 106 96 121 122

Ьа 112 1356 51 349 38

Се 197 2740 126 739 42

8ш 15 234 11 65 32

Ей 3 26 3.8 18.7 7.5

ТЬ 1.8 15 11 7.4 12

УЪ 12 131 16 47 397

Ьи 2.3 26 5.3 8.6 120

Ш 132 1899 41 126 8490

Та 4.9 60 54 89

ТЬ 49 618 82 168 479

и 11 176 49 102 366

В концентрате минералов тяжелой фракции на различных участках Туганского месторождения и Кантесском участке Георгиевского месторождения среднее содержание скандия составляет на уровне 100 - 120 г/т при максимальных концентрациях более 170 г/т, Hf - 0,15-0,28 %, La - 0,08-0,17 %, Се - 0,15-0,37 %, Sm - 130-325 г/т, Eu - 23-33 г/т, Yb - 90-263 г/т, Lu - 22-37 г/т. Средние содержания в концентратах и минералах Туганского и Георгиевского месторождений представлены в таблице 1. Анализ нормированных кривых содержания элементов к кларку концентрат! в континентальной земной коре (по Тейлору С.Р.) в тяжелой фракции (Рис. 3) показывает, что месторождения Томь-Яйского междуречья имеют более высокие уровни накопления перечисленных элементов по сравнению с другими объектами подобного типа на территории СНГ.

В цирконе в больших количествах накапливаются гафний (до 1,2 %), скандий (90 - 135 г/т), тяжелые лантаноиды (Yb - 235-465 г/т, Lu - 44-170 г/т), в лейкоксене - тантал (65-145 г/т), скандий (105-165 г/т), все редкие земли (La - 0,020,07%, Се - 0,03-0,12%, Srn - 50-120 г/т, Ей -18-24 г/т, Yb - 40-60 г/т) и радиоактивные элементы (Th - 100-300 г/т, U - 100 г/т). Кроме того, в тяжелой фракции Туганского и Георгиевского месторождений постоянно присутствует монацит в количестве около 0,03% от исходных песков, а в нем содержится 68,9% суммы редких земель. С учетом того, что лейкоксен и монацит имеют близкие физические свойства возможно совместное их получение в отдельный концентрат, из которого, в дальнейшем, перечисленные элементы могут быть извлечены.

Основываясь на данных минералого-геохимических исследованиях была разработана новая технологическая схема обогащения и первичной переработки циркон-ильменитовых россыпных месторождений на основе гидрометаллургического передела (патент № 5019965/02/000643) с получением: кварцевого, каолинового, ильменитового, цирконового концентратов, титановых катализаторов, диоксида циркония, "Аэросила" и суммарного продукта редких и редкоземельных элементов. Экономический расчет показал не только выгодность такого предприятия, по сравнению с ориентации его на производство только мономинеральных концентратов, но и существенное повышение рентабельности данного предприятия. Так, при объемах добычи 5 млн.т ориентировочная суммарная стоимость продукции по варианту ориентированного на получение мономинеральных концентратов составляет около 35 млн.долл.США, а по варианту предусматривающий гидрометаллургический передел - более 161 млн.долл.США, при этом, по оценке сотрудников ТПУ и экспертов США (Fletcher и др.), затраты производства для нерудного сырья составят 20% от их стоимости, для рудного сырья 68%, при использование гидрометаллургического передела - 49% от стоимости получаемой продукции.

Рис. 3 Нормированные кривые содержаний элементов в тяжелой фракции различных циркон-ильменитовых месторождений 1-Туганское, 2 - Георгиевское, 3 - Тарское, 4 - Обуховское, 5 - Малышевское

II Защищаемое положение

В процессе лейкоксенизации нльменига происходит накопление редких и редкоземельных элементов, по характеру изменения их содержаний возможна корреляция отдельных участков и пластов россыпных месторождений.

Ильменит хотя и является устойчивым минералом в процессе выветриващш, но при воздействии внешних факторов происходит постепенное изменение, не только его физических свойств, но и химического состава с образованием новой минеральной формы - лейкоксена.

Основной чертой изменения химического состава ильменита является изменение валентности железа с уменьшением его содержания, соответственно концентрация второго основного элемента (титана) увеличивается. Для установления поведения редких элементов в процессе перехода ильменит -лейкоксен было взято содержание железа и относительно его концентраций построены графики зависимости уровней накопления послещшх. Содержание всех редких, радиоактивных и редкоземельных элементов увеличиваются от 2 до 200 раз с понижением содержания железа (Рис.4). Вероятнее всего, что данный процесс наиболее интенсивно протекал на заключительной стадии в момент отложения продуктивных пластов и после их формирования. При сопоставление характера накопления элементов в лейкоксене из различных объектов, с использованием регрессионного анализа, было установлено, что на россыпях, которые имеют близкое геологическое строение, наблюдается сходимость в степени изменения концентраций редких и редкоземельных элементов.

В целом, можно сделать вывод о том, что лейкоксен является хорошим природным сорбентом редких и редкоземельных элементов, поэтому сильно измененные разности ильменита и лейкоксен являются их концентраторами и могут служить как потенциальные источники их получения.

III Защищаемое положение

Результаты геохимических данных исходных продуктивных песков и тяжелой фракции возможно использовать для определения концентраций основных минералов тяжелой фракции и их минералогического картирования.

Установлено, что в циркон-ильменитовых россыпях отдельные минералы являются концентраторами определенных элементов, так в ильмените содержится основная масса Ре, Та, Сг, в лейкоксене - Та, в цирконе - Щ УЪ, Ьи, в монаците -1; и Се.

Рис.4 Графики зависимости содержания редок элементов от

содержания железа (среднее по Туганскому и Георгиевскому месторождениям)

На этой основе по контрольным пробам, где был выполнен ] минералогический анализ и инструментальный нейтронно-активационный анали исходных проб продуктивного пласта (для Георгиевского месторождения) 1 тяжелой фракции (для Туганского месторождения) были рассчитаны формул! зависимости концентраций минералов от уровней накопления перечисленны: элементов.

В пределах Георгиевского месторождения формула расчета концентраци: циркона (кг/м3) от уровней накопления гафния, иттербия и лютеция в исходно] пробе продуктивного пласта имеет вид:

У (циркон») = (х^ОЭЗ+х^,091^*5,556-3,107)/3 содержание всех элементов было взято в г 'т.

Формула расчета суммы титановых минералов (кг/м3) соответственно н уровням накопления железа, тантала и хрома имеет вид:

У(ильы) = V)*0'0364" х^/3,385+35,951)/3

содержание железа взято в %, а остальных элементов в г'т.

По полученным данным были построены каргы распределеш1я минерало: в пределах Кангесского участка Георгиевского месторождения. Для пример; приводится карта распределения циркона по результатам минералогической анализа (Рис.5.а) и по данным пересчета результатов ИНАА (Рис.5.б). Коэффициен корреляции результатов составляет-: дня циркона - 0,96, для титановых минерало; 0,92. Таким образом, минуя трудоемкие стадии отделения глинистой фракции выделения тяжелой фракции и ее минералогического анализа, получаем достоверную информацию о содержание циркона и титановых минералов ] пределах разведываемой россыпи.

В связи с тем, что основным показателем продуктивности пласта являете; общее содержание в нем тяжелой фракции, то возможен второй вариант расчет! концентрации минералов от уровня накопления элементов, определенных методод нейтронной активации, в тяжелой фракции, что было выполнено для Кусково Ширяевского участка Туганского месторождения. В данном случае было получен« процентное соотношение ильменита, лейкоксена, циркона и монацита < последующим пересчетом на кг/м3.

Формула расчета для ильменита: У(и„ьм> = (^„'4,261+ х(Сг)*0,004б+ х(Со)*1,1014+ х^'284,667+49,283)/4

Для леГосоксена:

^(лейкоксен) = (хда)*0,56+Х(Т1/Рс)*3,936-22,137)/2

Для циркона:

У(цирксна) = (х(1Ю*0,018+х(уь;0,225+х(и1/1,101-21>297)/3

Рис.5 Распределение циркона по данным минералогического анализа (а), и по данным пересчета ИНАА (б) в пределах Кантесского участка Георгиевского месторождения

Рис.6 Распределения ильменита по данным минералогического анализа (а) и по пересчету геохимических данных (б) в пределах Кусково-Ширяевского участка Туганского месторождения

Для монацита:

У(шк.щгга) = 0^*0,00027+ хм*0,00059-0,288955)73 (23) содержите железа взято в процентах, остальные элементы в 1&4%.

По полученным данным были построены карты распределигия минералов. Для примера приводится распределение ильменита по результатам минералогического анализа (Рис.6.а) и но результатам пересчета ИНАА (Рис.6.б).

Коэффициент корреляции составляет: для циркона и ильменита - 0,96, для лейкоксена - 0,84, для монацита - 0,74, но информация о распределение последнего, по геохимическим данным, возможно, более верна, чем данные минералогического анализа.

Применение данного метода возможно для контроля минералогического анализа или частичной его замены.

IV Защищаемое положение

Основываясь на кристалломорфологическнх и геохимических особенностях циркона возможно определение материнских пород, служивших источниками питания россыпных проявлений, через расчет их нетрохнмнческнх характеристик.

Морфологические особенности кристаллов циркона неоднократно использовалось для определения возможных источников питания россыпей. Основываясь на типологической таблице кристаллов циркона (Рис.7), разработанной французскими специалистами J.-P.Pupin, G.Turco, автором были построены графики зависимости пегрохимических показателей пород a,b,c,s,r,m',n,a' от параметра "Л" кристаллов акцессорных цирконов установленных в них (Рис.8). На график вынесены средневзвешенные значения параметра "А" кристаллов циркона из россыпных месторождений, по полученным данным петрохимических показателей определено, что источниками питания цирконом Туганского месторождения служили граниты нормального ряда и гранит-граносиениты, а для Георгиевского месторождения - плагиограниты, гранит-граносиениты.

Для совмещения типологической таблицы кристаллов циркона с основами генерационного анализа цирконов разработанного под редакцией В.В.Ляховича предлагается полученные средневзвешенные значения параметров "А" и "Т" разделить на коэффициент удлинения и получаем поля распределения акцессорных цирконов из различных пород (Рис.9), куда выносятся результаты исследования цирконов из россыпных месторождений.

(ПО)

<100)<*(П0)

yooKOicj

(looH'io)

(1001-Ч1|0|

(100)>?<I10J

По результатам химического анализа цирконов можно, также, произвести расчет петрохимических показателей пород, которые являлись возможными источниками питания россыпей, для этого используются отношения: Zr02Л^f02, гЮ2/А12Ог 8Ю2/А1Д, ХЮДРеО+ТЮ,), фО +А1203)/(РеШ-ТЮ2), ТЯ(_„/П^гдииЕ!, тя, утя, „ ТЯ, 7ТЯ,

(легкие) (тяжелые)' (средние) (тяжелые)

По результатам анализа акцессорных цирконов различных интрузивных образований были построены графики взаимозависимости петрохимических показателей пород и отношений окислов элементов в цирконе, которые представлены на рисунке 10. На графики были вынесены результаты анализа цирконов из россыпных месторождений по полученным средним значениям петрохимических показателей. С определенной долей вероятности установлено, что источниками нитания цирконом Туганского месторождения являлись граниты нормального ряда и субщелоч1гые граниты.

Коэффициент корреляции между значениями, рассчитанными по морфологическим и геохимическим особенностям цирконов, составляет 0,94.

90 80 70 60 2 50

о

а 30 с

20 10 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900

Параметр "А"

Рис.8 График взаимозависимости параметра "А" кристаллов циркона и химического состава пород, через петрохимические показатели

Россыпные месторождения: I - Туганское, II - Георгиевское, III - Обуховское, IV - Тарское, V - Караоткельское, VI - Ордынское

Коэффициент А/Ку

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

3042/4 ^ 7

и&са

411-32 ^ Л2_I

зл

.......д

10

11

12

Рие.9 График распределения отношений кристаллов циркона (параметр А / Ку, параметр Т / Ку) в различных породах: 1 - ультрооснсвные, 2 - переходные от ультроосновных к основным, 3 - основные, 4 - переходные от основных к кислым, 5 - кислые, 6 - щелочные; Россыпные месторождения: 7 - Туганское, 8 - Георгиевское, 9 - Тарское, 10 - Обуховское, 11-Ордынское, 12-Караоткельское

60 50 5 40

4 ? 3 [1 5 -

а)

10 20 30 40 50 60 70 80 ВО; отношение 2Ю3/НЮ,

80 г

70-

РО -

Л 50 .

* 40

т

и 30 ■

20

10 -

0

. 0

'V

|4 5 <гг

- (Ь)

, ^--

._

в)

100 200 300 400 500 отношение SiCyAljOj

I о

и 1 , у <Ь)

t

1 - \

/

- iX>! - —

0 50 100" 150 200 250 300 350 д^ отношение (ЗЮ^А^СуДРеСКТЮ,)

21 3

X

4

-- 5

—

1 1

е)

0,5 1 1 £ 2 . 2.5 3 3,5 отношение ТЯпДНс

о

о

2 к.

3 14 - 0

— \

к'

¡А Ф- "Ч/ л

___

0 1 2 3 4 5 6 7

отношение ЛЧл/ТЯт

) ¡3 1?)

5 < - - ' —

Г 1 -

1 t

t ...1.....

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1.5 1.75 Отношение TRc/TRt

Рис. 10 Взаимозависимость химического состава пород (пегрохимические показатели - а, Ь, с, я, Г, т', п, С, ¡, а') и химического состава циркона (отношения окислов элементов) Участки Туганского месторождения: I- Малииовский, 2 - Северный, 3 - Кусково-Ширяевский, 4- Южно-Александровскин, 5 -Обуховское месторождение

V Защищаемое положение

По распределению определенных морфологических типов кристаллов циркона возможно геолого-структурное и фациальиое моделирование условий формирования россыпи, выявление перерывов в осадконакоплешш и проявлешюсти процессов денудации ранее отложенных продуктивных пластов, установление изменений преобладающих направлений в процессе переноса и отложения материала, а также можно судить об относительной интенсивности волнопрнбойной деятельности.

При изучении кристалло-морфологических характеристик циркона было установлено, что циркон-ильменитовые россыпи содержат большое число морфотипов кристаллов данного минерала, но при рассмотрение средневзвешенных значений параметров "А" и "Т" (согласно классификации J.-P.Pupin, G.Turco) наблюдается четкая закономерная их смена в плане и разрезах россыпей. В случае, когда отдельные части продуктивного пласта выходят на дневную поверхность и происходит их частичный размыв, то на более удаленных от источников питания участках происходит перемешивание вновь поступивших разностей циркона с ранее отложенными. При погружении площади и возобновлении осадконакопления опять наблюдается закономерная смена набора одних морфологических типов другим (Рис.11).

С-3192

С-3042

3067,2 /\/\/\ X Ч.

/-Ху'ЧА/

3067/4 /\ /\ 3067/5 ^

-V ЧчС\\\ Ъ._А..............V_

Рис.11 Распределение цирконов с различными параметрами А/Ку и Т/Ку в разрезе Туганского месторождения

При рассмотрении россыпи в целом можно установить направление (или направления) переноса материала и его отложения. В частности, в пределах Кантесского участка было установлено, что материал поступал в северо-западном, западно-юго-западном и западном направлениях, меняющихся во времени, с существенном преобладанием на последних стадиях формирова!гия продуктивного пласта западного направления (Рис.12). Таким образом, результаты исследования распределения разл1гчных морфологических типов кристаллов циркона возможно

Рис.12 Изменения преобладающих направлений движение материала в пределах Кантесского участка Георгиевского месторождения

Кроме того, по результатам изучения распределения цирконов с определенным коэффициентом удлинения в плане и разрезах россыпных месторождений можно судить об относительной интенсивности волно-прибойной деятельности при отложении материала. Так, было установлено, что в пределах продуктивного пласта на Кусково-Ширяевском участке Туганского месторождения существует связь между содержанием тяжелой фракции и коэффициентом удлинения зерен циркона находящихся в ней. Чем выше содержание первой, тем меньше среднее значение отношения длины к ширине зерен. Вероятнее всего, что длиннопризматические кристаллы циркона разрушились в условиях более интенсивной волноприбойной деятельности, когда происходило накопление более "богатых" руд.

В целом, изучение морфологических особенностей цирконов дает много полезной дополнительной информации, которая может быть использована при проведении геолого-экономической оценки россыпных месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Минер алого-геохи мические исследовшшя циркон-ильменитовых россьшей То Яйского междуречья показали необходимость корректировки взглядов на месторождя подобного типа. Современные экономические и производственные тенденг ориентированы на получение новых материалов, что не возможно без использования редз и редкоземельных ачементов. Этот факт необходимо учитывать при геотого-экономичеа оценке циркон-ильменитовых россыпей, входе которой требуется не только установле! содержаний основных минералов тяжелой фракции, но и определение концентра: элементов, и в частности редких и редкоземельных, и формы их нахождения. Кроме тс при поисковых и геологоразведочных работах необходимо совмещение традиционн методов с новыми, позволяющими получить дополнительную информацию о сост; продуктивных отложений, которая потребуется при освоение месторождений.

Список опубликованных статей и докладов

1 Рихванов Л.П.,Кропании С.С.,Вертмаи Е.Г., Бирюков В.Г., Язиков Е.Г., Судыко А.Ф., Миков А.Д. Особенности методики анализа и геохимическая характеристика минералов россыпей Западной Сибири // Вопросы геологии Сибири. - Томск: Изд-во ТГУ, 1992. - С. 166-179.

2. Рихванов Л.П.,Вертман Е.Г., Ершов В.В., Кропании С С , Судыко А.Ф., Левицкий В.М , Мельников Н.В. Комплексное минералого-геохимическое исследование известных и вновь открываемых месторождений полезных ископаемых с целью выявления нетрадиционных типов редких, редкоземельных и благородных металлов // Конкурс грантов по фундаментальным исследованиям в области геологии. Рефераты лучших научных разработок. -М.: 1994. - С. 23-24.

3. Кропанин С.С. Поведение радиоактивных и редкоземельных элементов в процессе лейкоксенизации ильменита // Вопросы геологии Сибири. Вып. 3. -Томск: ТГУ, 1994. - С. 169-173.

4. Кропанин С.С. Радиоактивные элементы в рудных минералах циркон-ильменитовых россыпей. // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. Маг. Междун. конф. - Томск: Изд. ТПУ, 1996. - С. 170-172.

5. Рихванов Л.П., Кропанин С.С.. Соловьев А.И., Бабенко С.А. Возможности комплексной переработки циркон-ильменитовых россыпных месторождений // Тез. докл. Междун. конф. - Алматы: 1993. - С. 134-136.

6. Кропанин С.С., Рихванов Л.П. Микроэлементный состав песков циркон-ильменитовых месторождений Западной Сибири и оптимизация технологии их комплексной переработки. //Мат. Междун. совсщ. по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. - М.: ИГ'ЕМ, 1997. - С. 133.

ИПФ ТПУ Заказ №

Подписан к печати /£. /2. У 7

Бумага гооАг

Тираж 100 экз.