Литолого-минералогические особенности и условия формирования верхнеолигоценовых циркон-ильменитовых россыпей Ордынского Приобья

Актуальность работы. Титан, являясь одним из наиболее распространенных химических элементов как по содержанию в земной коре, так и по наличию минералов этого металла в разнообразных горных породах, относится к стратегическим видам сырья. Благодаря хорошему сочетанию механических и технологических свойств и высокой коррозионной стойкости, титан находит широкое применение в самых различных отраслях промышленности, (авиакосмической, химическом и нефтяном машиностроении, черной и цветной металлургии и др.) обуславливая тем самым показатель уровня экономического развития и обеспечения обороноспособности страны. Промышленное значение имеют только два минерала: оксид титана и железа — ильменит и диоксид титана — рутил. Для производства металлического титана и его сплавов используются высокотитанистые (56−65% ТЮ2) ильменитовые концентраты, с минимальным содержанием шлакообразующих оксидов (SiC>2, А120з, MgO и др.), а также и рутиловые концентраты. Этим требованиям соответствуют концентраты из комплексных прибрежно-морских россыпей [Быховский и др., 1995, 2001]. Цирконий используется для производства стойких огнеупоров, керамики, глазури высокой степени белизны, в металлургической промышленности для улучшений качества сплавов. Цирконовые концентраты являются единственным источником получения редкого элемента гафния. Применение циркония в ядерной энергетике, оборонной и других отраслях промышленности послужило основанием для отнесения его к стратегическим видам минерального сырья (Распоряжение Правительства № 50 от 15.10.1997г). Цирконий практически не образует собственных месторождений, основные промышленные запасы, как в России, так и за рубежом, связаны с комплексными прибрежно-морскими россыпями.

После распада СССР и разрыва экономических связей между республиками производство цирконовых концентратов снизилось в несколько раз. Многие отрасли техники и промышленности России остро нуждаются в циркониевой продукции, по имеющимся прогнозам к 2010 г. уровень потребности в ней превысит показатели 1991 г. в несколько раз [Быховский, 1998].

Проблема обеспечения отечественной промышленности титановым и циркониевым сырьем остается одной из актуальных минерально-сырьевых проблем России. Производство титана в бывшем СССР характеризовалось высокой степенью кооперации между союзными республиками. Ситуация складывалась следующим образом: добыча и обогащение титановых руд осуществлялась на Украине (Малышевское циркон-ильменитовое россыпное месторождение), плавка титановых шлаков в России и на Украине, производство титанового пигмента — в России, Казахстане и на Украинепроизводство металлического титана и деформированных полуфабрикатов преимущественно в России. В настоящее время в титановой отрасли сложилась парадоксальная ситуацияне имея собственной горнодобывающей промышленности титана и полностью импортируя сырье, Россия, тем не менее, является крупнейшим в мире его экспортером в виде металла и изделий. К примеру, произведенный в 1998 году (39,2 тыс.т.) титан практически весь, был вывезен за рубеж в виде металла и изделий по контрактам с фирмами «Боинг» и «Дженерал электрик» [Короленко, 2001]. Распад Советского союза привел к дезинтеграции единного промышленного комплекса по производству титана по трем независимым государствам (Украина, Россия и Казахстан). Каждое государство приступило к созданию замкнутого самостоятельного производства титана по всему циклу, тем самым обострилась ситуация и в России. За счет собственного производства потребности России в титановом и циркониевом сырье удовлетворяется не более, чем на 2−3%. Импорт титанового сырья из Украины ежегодно обходится России в 80−100 млн долл. США, циркона — в 7 млн долл. США. К 2010;2020гг. России потребуется для выпуска всех видов титановой продукции ежегодно не менее 600−800 тыс.т. ильменитового концентрата и 40−100 тыс. т цирконового концентрата [Быховский и др., 2005].

Первоочередной задачей, направленной на обеспечение потребностей в собственном циркон-титановом сырье, является создание в ближайшее время отечественной горнодобывающей промышленности.

Основу мировой минерально-сырьевой базы титана составляют месторождения трех геолого-промышленных типов: современные и древние аллювиальные и прибрежно-морские ильменитовые, рутиловые и комплексные ильменит-рутил-цирконовые россыпи, коренные (магматические) месторождения ильменит — магнетитовых (гематитовых) и ильменит-титано-магнетитовых руд в габбро-анортозитах и анатаз-перовскит-апатитовые руды в латеритных корах выветривания карбонатитов. В коренных месторождениях сосредоточено 69%, в месторождениях кор выветривания — 11,5%- россыпных месторождениях — 19,5% мировых запасов титана (без России). Запасы титановых руд России представлены двумя генетическими типами месторождений: экзогенные (россыпи) — 43,8% и эндогенные (коренные) — 56,2%. Занимая ведущее место в мире по разведанным запасам, Россия практически не имеет месторождений, подготовленных для рентабельного их освоения.

Для решения этой проблемы представляется целесообразным скорейший ввод в эксплуатацию ряда россыпных месторождений Центрального и Западно-Сибирского регионов [Быховский, 1995, 2000, 2001, 2005]. Россыпные месторождения обладают повышенной инвестиционной привлекательностью, так как для их освоения требуются менее значительные капиталовложения, чем для коренных месторождений, и незначительный срок ввода в действие горнодобывающего предприятия. Повысить рентабельность россыпных месторождений может их комплексная разработка с получением ильменитового, цирконового, фосфоритового, хромитового, монацитового и других концентратов, а также местных строительных материалов [Быховский и др., 1998]. Концентраты титановых россыпей комплексного состава России хотя и несколько уступают по содержанию ТЮг концентратам россыпей Австралии и Индии, но близки им по качеству. По содержанию «условного ильменита» российские россыпи приближаются к разрабатываемым зарубежным [Левченко, 2004], особенно в последнее время в связи с ростом цен на циркон. Долгое время основным недостатком циркон-ильменитовых россыпей считалось сравнительно большая глубина залегания, что делало невозможным их разработку открытым способом. С применением метода скважинной гидродобычи (СГД) стала возможной добыча рудных песков с больших глубин. Результаты технологических испытаний СГД, проведенных в Институте минералогии, геохимиии и кристаллохимиии редких элементов (ФГУП «ИМГРЭ») показали, что гидродобыча оказывает положительное влияние на вещественный состав песков и последующий процесс их обогащения, улучшает технологические показатели обогатительных фабрик [Кременецкий и др., 2004]. В промышленных масштабах этот метод используется на Тарской циркон-ильменитовой россыпи (Омская область).

Западно-Сибирская циркон-ил ьменитовая провинция, куда входят россыпные месторождения Ордынского Приобья, является одной из значимых в стране. Ордынская россыпь, основной объект изучения, находится в районе с благоприятными для эксплуатации экономическими и горногеологическими условиями. Прогнозные ресурсы по категории Рз достигают по диоксидам циркония 15,6 млн. т, диоксидам титана-63,0 млн.т. Пески россыпи обладают хорошей обогатимостью. Они не уступают по качеству и обогатимости другим месторождениям России и могут служить объектом разработки с применением метода скважинной гидродобычи. Одним из главных преимуществ Ордынской россыпи является низкая радиоактивность рудных песков (0,0032 экв%ТЬ, по нормам не более 0,1 экв%ТЬ). В цирконовом концентрате [Левченко, 2001] содержание радионуклидов: тория — 0,012%- урана — 0,017%. Это в четыре раза ниже, чем в концентратах Туганской россыпи (Томская область) и в два раза — чем в россыпях Австралии. Промышленную ценность имеют и кварцевые пески, которые попадают в хвосты при титан-циркониевом обогащении, их рекомендуют использовать, как для общестроительных целей (в качестве вяжущего заполнителя бетонов и др.), так и для производства зеленого бутылочного стекла.

В то же время, условия формирования и закономерности размещения россыпных месторождений этого района были недостаточно изучены. Поэтому актуальность исследований заключается — в детальном изучении литолого-минералогических особенностей, условий формирования россыпей и определения критериев их поиска.

Цель работы — выявить закономерности размещения верхнеолигоценовых циркон-ильменитовых россыпей на территории Ордынского Приобья и обосновать критерии прогнозной оценки.

Задачи исследований.

1. Изучить геологическое строение верхнеолигоценовых отложений на территории Ордынского Приобья;

2. Провести фациальный анализ с реконструкцией палеорельефа, на опорном Филипповском участке (Ордынская россыпь), а затем, с учетом выявленных закономерностей и на территории Ордынского Приобья;

3. Определить возможные источники поступления рудных минералов.

4. Установить закономерности размещения россыпей и выделить перспективные участки для их опоискования.

Защищаемые положения.

1. Циркон-ильменитовые россыпи Ордынского Приобья приурочены к определенному стратиграфическому горизонту — журавской свите верхнего олигоцена, отложения которого сформировались в условиях мелководного бассейна («море-озеро»),.

2. На локализацию рудных минералов в отсортированных крупнозернистых алевритах влияли палеогеоморфология рельефа и гидродинамический режим бассейна седиментации.

3. Формирование рудных пластов происходило в гидродинамических условиях характерных для прибрежно-континентальных и прибрежно-бассейновых и в меньшей степени мелководно-бассейновых фаций в трансгрессивный период осадконакопления. Рудные минералы концентрируются в участках «торможения» вдольбереговых течений, вблизи выступов древней береговой линии, подводных отмелей, мысов, кос, и т. д.

4. Для россыпей Ордынского Приобья характерен циркон-эпидот-титанистый руководящий комплекс аллотигенных и сидерит-пиритовый — аутигенных минералов тяжелой фракции, а также преимущественно кварцевый состав минералов легкой фракции. Типоморфные особенности рудных и породообразующих минералов свидетельствуют о формировании россыпей за счет слабо измененных выветриванием пород из близких источников сноса.

Фактический материал. Основу работы составляют полевые и лабораторные исследования отложений вмещающих циркон-ильменитовые россыпи Ордынского Приобья, выполненные автором в 1995;2003гг. в Литолого-петрографической партии ОАО «Центральная геофизическая экспедиция» под руководством З. Я. Сердюк. В процессе исследований изучены пробы из разрезов 27 картировочных и 40 поисково-оценочных скважин, пробуренных на территории Ордынского Приобья (Прил. 1). По этим скважинам изучены первичные полевые материалы и данные геофизических исследований скважин. Проанализировано более 1800 гранулометрических анализов с последующим вычислением структурных коэффициентов So, Md, Max, и построением кумулятивных кривых и генетических диаграмм методом Пассега, Рухина. Изучен минералогический состав более 1700 проб. Использованы данные термического, рентгено-структурного анализов глинистой составляющей, выполненные в лабораториях ИГиГСО РАН. В процессе работы привлекались результаты гранулометрического, минералогического, спектрального, химического, и микрозондового анализов, выполненные в лабораториях Бронницкой геолого-геохимической экспедиции и Новосибирской геолого-поисковой экспедиции (ФГУП «НГПЭ»). В работе проинтерпретированы результаты полученые при определении абсолютного возраста циркона по изотопам свинца 207РЬ/206РЬ. Анализ проводился в Лаборатории изотопных методов анализа Всесоюзного института минерального сырья (ФГУП ВИМС). Для решения поставленных задач, наряду, с методами применяемыми в J11111 ОАО «ЦГЭ» привлекались фондовые материалы и литературные источники — работы В. А. Даргевич, Е. И. Евдокимова, Ю. А. Билибина, Г. С. Момджи, Г. В. Нестеренко, Е. Н. Левченко, Л. П. Рихванова, И. И. Малышева, Н.Г. Патык-Кара, Г. Ф. Крашенинникова, С. Н. Цымбала, А. Д. Савко, Н. А. Шило и др.

Научная повнзна работы заключается в том, что:

— впервые на обширном фактическом материале проведено комплексное исследование циркон-ильменитовых россыпей Ордынского Приобья. На основе детального фациального анализа и реконструкции палеорельефа басейна седиментации определены условия формирования россыпейи закономерности их размещения.

— выявлена приуроченность россыпей к определенным типам палеорельефа дна бассейна, гипсометрическим уровнямпалеофациальным зонам, а именно прибрежно-континентальным и прибрежно-бассейновым.

— выделены литотипы, характерные для различных фациальных зон, а также литотипы для рудных пластов верхнеолигоценовых отложений журавской свиты.

— впервые детально изучены гранулометрический и минералогический состав россыпей, дана характеристика количественного содержания рудных и сопутствующих минералов. Впервые изучено внутреннее строение и типоморфные особенности рудных минералов методом электронной микроскопии.

— впервые при анализе источников циркона в россыпи использовались изотопно-геохронологические определения его возраста.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основании комплексного изучения циркон-ильменитовых россыпей Ордынского Приобья, определены литолого-минералого-фациальные критерии прогноза, которые могут быть использованы при поиске россыпей данного типа на территории Западной Сибири. Рекомендованы площади для проведения дальнейших работ в пределах Филипповского участка (Ордынская россыпь) и других перспективных площадей на территории Ордынского Приобья.

Апробация работы. Основные положения изложены в 7 опубликованных работах, 1 статья принята к печати и в 2 фондовых отчетах. Результаты выполненной работы неоднократно докладывались и обсуждались на различных региональных международных и научно-практических конференциях и совещаниях, в том числе: на XII и XIII Международном совещании по геологии россыпей и месторождений кор выветривания (г.Москва, 2000, г. Пермь, 2005) — Международной научно-технической конференции «Горно-геологическое образование в Сибири, 100 лет на службе науки и производства» (г.Томск, 2001) — конференции «Формационный анализ в геологических исследований» (г.Томск, 2002) — VII научно-практической конференции «Пути реализации нефтегазового потенциала Ханты-Мансийского автономного округа» (г.Ханты-Мансийск, 2002) — научно-практической конференции по проблемам и перспективам развития минерально-сырьевого комплекса Томской области (г.Томск, 2004). Основные результаты исследований, вошедшие в диссертационную работу, отражены в тематическом отчете Литолого-петрографической партии (J11 III) «Литолого-стратиграфические и минералогические исследования перспективных на циркон-ильменитовые россыпи палеогеновых отложений южной части Новосибирской области».

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 113 наименований фондовых и опубликованных работ. Материал диссертации изложен на 178 страницах, включая 44 рисунка, 3 таблицы и 1 приложение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Комплексное изучение отложение журавской свиты Ордынского Приобья позволило реконструировать условия формирования циркон-ильменитовых россыпей более детально на опорном Филипповском участке (Ордынская россыпь), а затем и на территории Ордынского I.

Приобья. Основные результаты проведенных работ заключаются в следующем:

1. Установлена приуроченость циркон-ильменитовых россыпей к определенному стратиграфическому горизонту — журавской свите верхнего олигоцена, отложения которой сформировались в разнофациальных бассейновых условиях («море-озеро»).

2. На территории Ордынского Приобья выделено три типа разрезов в отложениях журавской свиты, которые соответствуют трем фациальным зонам: — прибрежно-континентальной, прибрежно-бассейновой и мелководно-бассейновой. Зоны различаются литологическими характеристиками отложений, отраженными на каротажных пачках, их гипсометрическим положением, мощностями, продуктивностью и удаленностью от древней береговой линии журавского бассейна.

3. Установлено, что на локализацию рудных минералов в благоприятных фациальных обстановках влияли палеогеоморфология дна бассейна седиментации и гидродинамический режим. Так, на денудационно-аккумулятивном склоне сформировались осадки, характерные для прибрежно-континентальной фациальной зоны журавского бассейнаразвитые здесь фации пляжа являются наиболее обогащенными рудными минералами. Осадки прибрежно-бассейновой фациальной зоны, представленные алевритами с промышленными содержаниями ильменита и циркона соответствуют аккумулятивной поверхности верхнего уровня журавского палеобассейна. Аккумулятивной поверхности нижнего уровня журавского палеобассейна соответствуют, преимущественно, осадки мелководно-бассейновой фациальной зонысодержание рудных минералов в них значительно понижено. В пределах фациальных зон максимальная концентрация рудных минералов происходила на участках торможения вдольбереговых течений, вблизи выступов древней береговой линии, подводных отмелей, мысов, кос и т. д.

4. Установлено, что продуктивный пласт имеет постоянный, довольно выдержанный состав. Это, в основном, крупнозернистые алевриты, местами слабо песчанистые и, реже, глинистые. Однородность рудного пласта обусловлена особенностями формирования россыпей в определенных активных гидродинамических условиях бассейна седиментации, отразившихся на гранулометрическом составе и физических свойствах как рудных, так и породообразующих минералов.

5. Дана детальная характеристика рудных и породообразующих минералов. Установлено, что для россыпей Ордынского Приобья характерен циркон-эпидот-титанистый руководящий комплекс аллотигенных и сидерит-пиритовый — аутигенных минералов тяжелой фракции. Состав легкой фракции преимущественно кварцевый. Повсеместное присутствие среди аутигенных минералов легкой фракции глауконита, органогенного опала (в виде обломков спикул губок и створок диатомовых водорослей), а также монтмориллонита, гидрослюды и смешанослойных образований гидрослюда-монтмориллонитового типа в составе глинистой составляющей является подтверждением бассейнового генезиса россыпей.

Свежий облик минеральных зерен, слабая лейкоксенизация ильменита, хорошая сохранность зерен циркона, представленого в основном обломками бесцветных и реже слабо-розовых кристаллов призматически-дипирамидального габитуса, свидетельствуют о формировании Ордынской россыпи за счет пород слабо измененных выветриванием и расположенных в непосредственной близости от области осадконакопления.

Возможными конкретными источниками поступления титанистых минералов в журавский бассейн седиментации являются магматические комплексы КТСЗ: буготакско-тогучинский плагиориолит-андезибазальт-базальтовый вулканическийприобский монцодиорит-граносиенит-меланогранитовый плутоническийташаринский габбро-долеритовыйизылинский базитовый дайковый. Одновременно с ними источниками питания являлись разновозрастные осадочные породы фанерозоя.

Исходя из определений абсолютного возраста, датирования можно предполагать что мезо-неопротерозойские образования (первичные источники цирконов) являются глубинной принадлежностью покровно-складчатой структуры КТСЗ. Вероятнее всего, они были тектонически запечатаны в параавтохтонах позднепалеозойскими коллизионными процессами. Промежуточными же коллекторами древних цирконов повидимому являются осадочные образования палеозоя КТСЗ. В пользу этого свидетельствует отмеченное совпадение габитусов кристаллов и типов цирконов Ордынской россыпи с таковыми в палеозойских литокомплексах.

С учетом основных факторов формирования и закономерностей размещения циркон-ильменитовых россыпей разработаны поисковые критерии и рекомендованы перспективные площади для поиска циркон-ильменитовых россыпей на территории Ордынского Приобья.

Обобщенный в работе анализ комплексного литолого-фациального и структурно-минералогического изучения циркон-ильменитовых: россыпей в отложениях журавской свиты Ордынского Приобья имеет практическое значение и рекомендуется к использованию при выполнении аналогичных исследований на других россыпях и россыпепроявлениях Западно-Сибирской плиты.