Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Россыпная оловоносность Североляховского района

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

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Смирнов, Александр Николаевич

Введение.

1. История открытия и геологического изучения Североляховского оловоносного района.

2. Геологическое строение и полезные ископаемые района.

3. Общая характеристика россыпной оловоносности.

3.1. Эндогенные предпосылки.

3.2. Россыпные месторождения и проявления.

3.3. Особенности минералогии россыпей.

4. Строение кайнозойского чехла и россьшеобразование.

4.1. Рельеф докайнозойского основания.

4.2. Условия формирования и строение кайнозойской толщи.

4.3. Этапы россыпеобразования.

5. Геолого-генетические модели россыпных месторождений.;.

5.1. Факторы россыпеобразования.

5.2. Строение металлоносных пластов.

5.3. Динамические системы формирования россыпных месторождений.

6. Критерии оценки россыпной оловоносности Североляховского района.

6.1. Косвенные прогнозно-поисковые предпосылки.

6.2. Прямые прогнозно-поисковые предпосылки и признаки.

6.3. Рекомендации по дальнейшему изучению оловоносности района.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Россыпная оловоносность Североляховского района"

Состояние проблемы и актуальность работы. В начале 90-х годов завершился этап поисково-разведочных работ Полярной морской геологоразведочной экспедиции ПГО «Севморгеология» (ПМГРЭ), закрепивший открытие нового крупного россыпного района в Якутской оловоносной провинции - Североляховского. Район расположен на Лаптевоморском шельфе, в пределах северной части о.Болыпой Ляховский и прилегающей акватории пролива Этерикан (Новосибирские острова), и к настоящему времени объединяет 12 россыпей различного строения и масштаба. Три из них: Малая Кутта, расположенная в основной своей части на суше, Западная и Боруога, находящиеся на акватории, по оцененным запасам и ресурсам относятся к категории крупных россыпных объектов.

Значительная часть мировой добычи россыпного касситерита производится из объектов, расположенных в пределах шельфовых зон; ведущее место принадлежит странам Юго-Восточной Азии - Индонезии, Малайзии, Таиланду [1, 15]. Северо-Восток России является одним из основных оловодобывающих регионов нашей страны, но россыпи касситерита в его шельфовой области все еще являются нетрадиционными, скорее потенциальными источниками олова, удельный вес которых в современной горно-добывающей промышленности весьма невысок [3, 10, 49]. Такое положение связано, в частности, с недостаточной изученностью шельфа и особенностей шельфового россыпеобразования, а также незначительным отечественным опытом отработки россыпей на акватории.

Шельфовое россыпеобразование - относительно молодая область минерагениче-ских исследований, активно развивающаяся с начала 70-х годов работами специализированных производственных и научно-исследовательских геологических организаций: ПГО «Севморгеология», ПГО «Севвостгеология», ПГО «Дальморгеология», ПГО «Якутскгео-логия», НИИГА - ВНИИОкеангеология, ВНИИМоргео, ИМГРЭ и др. Изучение и оценка минерально-сырьевого потенциала оловоносных районов арктических шельфовых областей входили в Проблему «Твердые полезные ископаемые шельфа», разрабатывавшуюся ВНИИОкеангеология ПГО «Севморгеология» в 1974-90 годах.

Открытие в последние десятилетия крупных и весьма крупных (уникальных, суперкрупных) россыпных месторождений касситерита в России (Тирехтяхское, Тенкели, Депутатское, Мамонт, россыпи Североляховского района) существенно повлияло на представления специалистов о состоянии и перспективах расширения отечественной сырьевой базы олова. Во многом это определило и задачи развития теории россыпеобразования на современном этапе, поскольку одной из важнейших проблем геологии россыпей олова представляется прогнозирование и поиски именно крупных и суперкрупных объектов [54, 71]. При этом с позиций морфогенетической и промышленной типизации на первое место по значимости выдвигается категория россыпей, сформировавшихся в различного рода эрозионно-тектонических депрессиях: зонах тектонических уступов, грабен-долинах и др. [59].

Указанные типы россыпных месторождений принципиально отличаются от традиционных, связанных с флювиальными формами современного рельефа (и отработанных в основной массе в 70-х годах), условиями формирования, сложностью строения, но главное - масштабностью: 2/3 учтенных запасов россыпного олова приходятся на объекты этой категории [63]. Последнее обстоятельство во многом определяется длительностью формирования россыпей - нередко на протяжении большей части кайнозоя, что способствовало «наработке» гигантских объемов продуктивной горной массы при дезинтеграции источников. Важной генетической особенностью, существенно влияющей на геолого-промьппленные показатели, является полигенность продуктивной толщи [72], наиболее контрастно прослеживающаяся в районах унаследованного развития кайнозойского шельфа. Смена субаэральной обстановки субаквальной влечет изменение гидродинамических условий осадконакопления и, соответственно, смену континентального генетического комплекса отложений морским - даже в пределах одного объекта. Абразионно-аккумулятивные процессы могут непосредственно вовлекать в россыпеобразование коренные источники (россыпи Чокурдахская, Валькумейская и др.) и промежуточные коллекторы приморских равнин [75]. Важной специфической особенностью прибрежно-морских обстановок, характеризующихся высоким (до 35-50% и более) коэффициентом россыпеобразования, является возможность формирования концентраций касситерита мелких (менее 0.5 мм), не россыпеобразующих для суши классов, что существенно расширяет рудно-формационный диапазон коренных источников [5]. Этот фактор выравнивает также по россыпеобразующей значимости ведущие формации: касситерит-кварцевую и касситерит-силикатную [6, 44].

Современное состояние оловодобывающих регионов страны требует вовлечения в промышленное освоение новых месторождений. Открытие нового крупного оловоносного района подтверждает перспективы расширения минерально-сырьевой базы за счет шель-фовых зон [33, 62]. Североляховский район характеризуется уникальным сочетанием весьма крупных россыпных объектов различного морфогенетического типа и является первым и пока единственным шельфовым оловоносным районом столь крупного маештаба. Многообразие россыпеобразующих обстановок, проявленных в одном районе, позволяет использовать его объекты в качестве сопоставимых эталонов при моделировании условий локализации и строения крупных россыпных месторождений различных морфо-генетических и геолого-промышленных типов.

Обзор современной литературы показывает, что специальных разработок, касающихся теории формирования крупных и уникальных россыпных месторождений, крайне мало, в отличие от многочисленных публикаций об эндогенных месторождениях-гигантах [54, 64]. К тому же, теория минерагении шельфовых областей содержит немало спорных положений, «белых пятен» и недоработок в вопросах генезиса и возраста продуктивных отложений, этапности и механизма формирования концентраций полезных ископаемых, типизации россыпей и др. [76, 77]. Настоящая работа направлена на восполнение некоторых из имеющихся пробелов в вопросах шельфового россыпеобразования.

Цели и задачи. Североляховский оловоносный район (СЛР) расположен в области унаследованного развития кайнозойской шельфово-островной системы, что определяет многие особенности строения и масштабность его россыпеносности. Среди россыпных оловоносных объектов крупными считаются месторождения с запасами более 20 тыс. тонн [54] - три россыпи Североляховского района, заключающие порядка 90% его потенциала, существенно превышают этот показатель каждая.

Главная цель исследования заключается в раскрытии особенностей формирования и строения суперкрупного Североляховского оловоносного района, расположенного на пассивной арктической континентальной окраине.

Первоочередной задачей является выбор принципа и проведение типизации россыпей. Комплексное изучение россыпных объектов показывает, что, несмотря на принципиальные морфогенетические различия, существуют общие закономерности условий их формирования, локализации и строения, позволяющие оценивать объекты в единой системе критериев.

Следующей задачей является разработка системы оценочных критериев условий формирования и локализации крупных оловоносных россыпей - системы, в перспективе пригодной также и для прогнозирования подобных объектов в кайнозойских шельфовых областях Северо-Востока нашей страны. При этом речь идет в первую очередь о критериях локализации, поскольку процессы формирования наблюдаться непосредственно не могут, а моделирование последних при имеющемся геологическом материале достаточно гипотетично. В основе своей система критериев базируется на ряде положений, разработайных в учении о россыпях [7, 85], специализированных работах по россыпному олову [16, 38, 53], а также по вопросам шельфового россыпеобразования [1, 32].

Завершающей задачей исследований является разработка моделей россыпных месторождений - обобщенных образов объектов прогноза, поисков и оценки. Условия для моделирования обеспечены анализом огромного объема фактического материала. Исходная геологическая информация обобщается в процессе подбора признаков, выбора наиболее значимых из них. Рабочие задачи моделирования сводятся к выбору принципов и методов формирования моделей, определяемых их содержанием и дальнейшим назначением.

Таким образом, в целом постановка и последовательность решения задач определяются схемой: анализ геологического строения и оловоносности района - типизация россыпей и оценка факторов россыпеобразования - подбор и систематизация критериев условий формирования и локализации крупных россыпных объектов - строение объектов и их моделирование.

Материалы и методика исследований. Для решения поставленных задач проведено комплексное исследование (по перечисленным направлениям) геологического строения и россыпной оловоносности Североляховского района в целом, и детально - по всем установленным россыпным объектам. Основным материалом исследований послужили данные поисково-разведочных работ на россыпи касситерита, проведенных ПМГРЭ в 1974-90 гг. на о.Болыпой Ляховский и прилегающей акватории. Часть фактического материала, использованного в работе, получена непосредственно автором при полевых исследованиях. В 1984-90 годах автор принимал участие в качестве геолога поискового и съемочного (ГСШ-200) отрядов в полевых работах Восточно-Сибирской партии ПМГРЭ, и нач. тематического отряда ВНИИОкеангеология при проведении НИР. За этот период в рамках поисковых, съемочных и тематических работ автором было проведено шлиховое опробоу вание территории площадью порядка 800 км (плотность опробования соответствует м-бу 1:25 ООО - 1:100 000 для различных участков) с изучением характера распределения касситерита в различных возрастных и генетических разностях отложений рыхлого кайнозойского чехла по площади и в разрезе.

Вторым направлением исследований, проведенных автором, является структурно-палеогеоморфологический анализ территории о.Болыцой Ляховский в целом и Североляховского района в частности. Эти исследования базируются на данных бурения при проведении съемочных (ГГС-200, ГСШ-200), поисково-оценочных и разведочных работ, маршрутных наблюдений и результатах дешифрирования космо- и аэрофотоснимков территории. В результате была отстроена схема рельефа докайнозойского основания о.Болыпой Ляховский м-ба 1:100 ООО. В дальнейшем она послужила основой разработки морфоструктурной и структурно-палеогеоморфологической карт территории, а также схемы устройства кайнозойского чехла.

Защищаемые положения.

1. Формирование россыпей Североляховского района происходило в кайнозое по единой событийно-стратиграфической схеме; на фоне чередования трансгрессий и регрессий моря проявились две неравноценные по продуктивности эпохи россыпеобразования: палеоцен-раннемиоценовая (Р1 - N1') и миоцен-раннеплейстоценовая (К!2 - С^).

2. Россыпные объекты Североляховского района относятся к россыпям ближайшего сноса при минимальном перемещении касситерита (до 1 -2-х км) от источника питания.

3. Разнообразие типов геолого-генетических моделей россыпных месторождений обусловлено особенностями морфоструктурного плана Североляховского района, определяющего различия морфодинамических условий формирования объектов.

4. Принадлежность Североляховского россыпного района к шельфово-островной морфодинамической системе обусловила локализацию на ограниченной площади высокопродуктивных россыпей различных морфогенетических типов.

Научная новизна работы определяется, прежде всего, объектом исследования - это новый, открытый и изученный в последние 20 лет крупный оловоносный район с новыми, нетрадиционными для континентальных областей типами россыпей. Впервые в геологической литературе показаны особенности строения и закономерности формирования и локализации россыпей в кайнозойской шельфово-островной системе длительного развития, характерной для арктической (пассивной) континентальной окраины; разработки автора вносят существенный вклад в теорию шельфового россыпеобразования.

Весьма перспективным является примененный в диссертации комплексный подход в изучении россыпной оловоносности района - сочетание взаимно дополняющих друг друга морфоструктурного, литолого-стратиграфического, минералогического, фациально-динамического, рудно-формационного способов исследования. Обоснована и проведена морфогенетическая типизация всех установленных к настоящему времени россыпных объектов с выделением наиболее ресурсоемких. Впервые оценена продуктивность выделенных россыпеобразующих эпох: палеоцен-миоценовой (Р1 - N1') и миоцену раннеплейстоценовой (N1 - СЬ) и их роль в формировании россыпной оловоносности района в целом и россыпей различных типов в частности. Предложена система критериев локализации крупных россыпных объектов применительно к особенностям кайнозойской шельфово-островной системы; разработаны их геолого-генетические модели.

Практическая ценность. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для совершенствования методики локального прогнозирования и, непосредственно — повышения эффективности геологоразведочных работ. Морфогенетическая типизация россыпей и их геолого-генетическое моделирование предшествуют геолого-промышленному моделированию, на базе которого возможен подбор наиболее рациональных методов ведения геологоразведочных работ, расчет оптимальной сети скважин и горных выработок, выбор систем отработки месторождений. Предложенную систему критериев рационально применять (в случае возобновления работ на побережье, островах и акватории Арктики) для поисков и оценки оловоносных объектов, подобных Североля-ховскому району и его россыпям. Кроме того, научные исследования по критериям, строению и локализации россыпей могут быть использованы при составлении методического руководства по геологоразведочным работам на россыпи олова в шельфовых областях Арктики.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из 6 разделов, Введения, Заключения и списка литературы. Объем работы составляет 149 страниц машинописного текста, 39 рисунков, 17 таблиц. Список литературы включает 87 наименований.

В диссертации выделяются три части:

- вводная, включающая фактический материал по геологическому строению и россыпной оловоносности района, входящих в него узлов и россыпей (главы 1-3);

- аналитическая, содержащая анализ обстановок формирования, условий локализации и строения россыпных объектов для трех иерархических уровней россыпной таксономии: района, узла (площади), месторождения (главы 3-4);

- результирующая, в которой обоснованы практические выводы - предложена система оценочных критериев россыпных объектов указанных иерархических уровней, а также рассмотрены геолого-генетические модели, отражающие строение крупных россыпных месторождений касситерита наиболее ресурсоемких типов (главы 5 - 6).

Апробация работы. Изучение россыпной оловоносности Североляховского района проводится автором с 1984 года в рамках научных и научно-производственных тем. Результаты, полученные в процессе исследований, были использованы при разработке принципов и методов регионального и локального прогнозирования россыпей олова, оценке перспектив арктических шельфовых областей на россыпи олова, проведении мор-фогенетической типизации россыпных объектов, геолого-экономической оценке россыпных районов и узлов и т.д., и отражены в отчетах ВНИИОкеангеология и ГП ПМГРЭ (всего 11 фондовых работ). По теме диссертации и защищаемым положениям выпущен ряд публикаций (в соавторстве), в том числе монография: «Новосибирские острова. Геологическое строение и минерагения» [48]. Готовится к печати монография «Ляховский оловоносный район».

Научные разработки автора докладывались на Всероссийских и Международных совещаниях и конференциях (Москва, 1994; С.-Петербург, 1998; Ганновер, 1998). Они могут быть использованы в лекционных курсах по темам: «Россыпные месторождения олова», «Методика поисков и оценки россыпных месторождений» для высших учебных заведений (геологоразведочные специальности).

Список публикаций по теме диссертации:

1. Геолого-геоморфологические и минералогические критерии оценки оловоносно-сти локальных площадей. (В соавторстве с Давыдовым П.С. и Тороховым М.П.), В сб.: «Минералогия и геохимия россыпей. М., Наука, 1992, с. 161-168.

2. Металлоносные коры выветривания и геолого-промышленные типы россыпей золота и олова в новых россыпных районах на шельфе и островах арктических морей. (В соавторстве с Ушаковым В.И., Кузьминым В.Г. и др.). Тезисы докладов X совещания по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. М., ИГЕМ РАН, 1994, с. 214-216.

3. Информационный банк данных по россыпным полезным ископаемым шельфо-вых областей России (концепция, структура). (В соавторстве с Ивановой A.M.). Тезисы докладов X совещания по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. М., ИГЕМ РАН, 1994, с. 196.

4. Россыпи континентальных окраин арктических областей России. (В соавторстве с Ивановой A.M., Черкашевым Г.А. и др.). Тезисы докладов III-й Международной конференции по Арктическим окраинам. Gelle, Германия, ICAM-III, 1998, с. 89-90.

5. Россыпи шельфовых областей России. (В соавторстве с Ушаковым В.И., Ивановой A.M.). Тезисы докладов VI Горно-геологического форума «Природные ресурсы стран СНГ», СПб., 1998, 10 с.

6. Новосибирские острова. Геологическое строение и минерагения. (В соавторстве с Дорофеевым В.К, Благовещенским М.Г., Ушаковым В.И.). Изд-во ВНИИОкеангеология, СПб., 1999, 130 с.

Кроме того, ряд публикаций (в т.ч. в соавторстве) посвящен различным вопросам россыпеобразования шельфовых областей - строению и типизации россыпей различных полезных ископаемых, условиям их формирования и локализации:

1. Зависимость концентраций золота от субстрата в плотиковых россыпях о.Болыпевик // Сб. н. тр. «Прогнозирование и поиски россыпей на шельфе», ПГО «Сев-моргеология», Л., 1985. С. 157-163.

2. Мамонтовая кость - россыпное полезное ископаемое арктической области России // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление, 1998, № 2. С. 16-20.

3. Карта размещения россыпных полезных ископаемых в шельфовых областях России, м-ба 1:5 ООО ООО /В соавторстве с В.Г.Гопчак и Е.А.Пашковской/ СПб, ВНИИОкеан-геология, 1998.

4. Условия размещения и формирования россыпей золота в Североземельско-Челюскинской шельфовой зоне / В соавторстве с В.Г.Кузьминым и А.В.Гавришем/ // Недра Таймыра. Вып. 3. Норильск, 1999. С. 150 - 171.

5. Условия локализации и типизация россыпей ископаемой мамонтовой кости // Сб. докладов Научно-практической конференции «Россыпи, источники, их генезис и перспективы», посвященной памяти выдающихся геологов. Якутск (ноябрь 1998 г.) ЯИГН СО РАН (в печати).

6. Северная Земля. Геологическое строение и минерагения / В соавторстве с В.Г.Кузьминым и др./ // Изд-во ВНИИОкеангеология, СПб. (в печати).

Работа написана во ВНИИОкеангеология и автор глубоко признателен всему коллективу отдела геологии ТПИ шельфа за разностороннюю помощь и внимание к выполненной работе, особенно - зав. сектором, д.г.-м. наук В.И.Ушакову и д.г.-м. наук

A.М.Ивановой за детальные консультации при написании работы, к.г.-м.н.

B.К.Дорофееву, к.г.-м.н. В.В.Жукову, сотрудникам института: д.г.-м.н. И.Н.Горяинову, к.г.-м.н. А.С.Смекалову, к.г.-м.н. Э.Ф.Гринталю, а также к.г.-м.н. И.А.Карякину (СПГГИ) за обсуждение отдельных вопросов, разрабатываемых в диссертации.

Автор благодарен научному руководителю, д.г.-м.н. профессору Ю.В.Лиру за высококвалифицированное руководство и консультации по наиболее спорным и сложным вопросам россыпного рудогенеза.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения", Смирнов, Александр Николаевич

Выводы. Геолого-генетические модели (ГГМ) россыпных месторождений могут быть представлены в виде комплекса вышеперечисленных россыпеобразующих факторов, сведенных в единую систему и отражающих в совокупности строение месторождений. Модели различаются по морфогенетическим (структурным), вещественно-структурным и динамическим характеристикам. Под морфогенетическими характеристиками в данном случае понимаются:

- структурно-геоморфологическая позиция и морфологический тип месторождения, определяемый россыпелокализующими элементами палеорельефа;

- строение разреза оловоносных отложений, выражаемые комплексом элементарных россыпевмещающих горизонтов (возрастные и генетические разности отложений); поскольку моделируемые месторождения находятся в погребенном состоянии, сюда же относится еще одни элементарный горизонт, «торфа» - не содержащие олова рыхлые отложения в верхней части разреза (см. главу З.2.).

Вещественно-структурная характеристика - это соотношение продуктивных элементов: продуктивная толща - продуктивный горизонт - залежь, определяющих положение, морфологию и строение металлоносного пласта. Продуктивная толща представляет собой совокупность пространственно-сближенных горизонтов оловоносных отложений в контуре россыпного месторождения. Под залежью понимаются горизонты (участки) продуктивной толщи, выделяемые по приуроченности их к определенным элементам палео-рельефа или гипсометрическим уровням, содержанию полезного компонента и мощности; залежь может быть сформирована в пределах одного, двух или нескольких различных по генезису и возрасту оловоносных горизонтов продуктивной толщи. Залежь или совокупность залежей одного объекта, ограниченные кондиционными параметрами, образуют металлоносный пласт.

Наконец, динамическая составляющая моделей фиксирует механизм формирования россыпных концентраций полезного компонента, и в сочетании с россыпелокализую-щей структурой - морфологию металлоносного пласта.

Тип ГГМ определяется всей совокупностью указанных характеристик природного объекта, причем в зависимости от реальной геологической обстановки превалирует та или иная группа характеристик. Геолого-генетические модели крупных россыпных месторождений СЛР представлены тремя типами: депрессионный линейный (месторождение Малая Кутта). склоновый линзовидный (месторождение Западное), равнинный плащеобразный (месторождение Боруога). При этом два первых типа характеризуются аккумулятивно-денудационным, а третий -остаточно-денудационным механизмом формирования.

Предложенные ГГМ являются в основе своей типовыми для россыпных оловоносных объектов как Североляховского района, так и других районов Восточноарктической шельфовой области РФ (таблица 15).