Литология и условия образования титан-циркониевых россыпей на примере Унечской и Скопинской рудных зон

До последнего времени потребности народного хозяйства России в титановом и циркониевом сырье удовлетворялись в основном из россыпных месторождений Украины — Малышевского комплексного циркон-рутил-ильменитового в Днепропетровской области и Иршинского ильменитового в Житомирской области. В связи с распадом СССР возникла проблема получения этого сырья из месторождений России. Однако они расположены в дальних, трудноосваиваемых районах страны и их ввод в эксплуатацию требует значительных капитальных вложений. Вместе с тем в Центрально-Черноземном экономическом районе и прилегающих к нему территориях имеются все предпосылки для нахождения титан-циркониевого сырья как в виде самостоятельных месторождений, так и в качестве попутных компонентов из пород вскрыши при добыче других полезных ископаемых.

Центрально-Черноземный экономический район находится в пределах Воронежской антеклизы, на северном склоне которой располагаются юг Рязанской, а на северо-западном — Брянская область (Унечский район) в пределах которых проводились настоящие работы (Рис. 1.). В осадочном чехле Воронежской антеклизы известны Центральное, Кирсановское, Унечское и другие месторождения, а также многочисленные проявления в Липецкой, Белгородской, Курской и Воронежской областях. Они наиболее распространены в меловых отложениях, как правило, не обводнены и имеют небольшую мощность вскрыши. Для создания минерально-сырьевой базы титан-циркониевого сырья в ЦЧЭР необходимы дальнейшие исследования с целью выработки надежных критериев поисков россыпей.

Автор в течение последних 11-ти лет занимался исследованием обнаруженных в последнее время апт-барремских россыпей на юге Рязанской и нижнекампанских россыпей на юго-западе Брянской области, где им собран обширный материал. Для воссоздания условий формирования титан-циркониевых россыпей потребовалось привлечение материалов по другим проявлениям этого сырья в ЦЧЭР.

Основной целью работы было изучение закономерностей формирования титан-циркониевых россыпей для их прогноза на территории ЦЧЭР. При этом необходимо решение следующих задач:

32 о Масштаб 1:2 500 ООО ! — участки работ 34°.

54°.

БРЯНСК (| ¡-К О Малин О ! «ураж, ' ¦ ¦ ¦Унеча о Почеп 'линцы О ?1ШШЩРШ^Ш^ЩЩ.

Новозыбков' 1 1 5 Трубчевск ° ъ С Стародуб х Погар

52° | | - - Новгород Северский О.

Рис. 1. Обзорная схема района работ.

Ш КАЛУГА ОРЕЛ.

КУРСК.

Серебряные пруды ттулл.

РЯЗАНЬ* О.

Михайлов О.

Кораблино^.

Павелец о Скопин О.

Куркино.

О Елец.

Милославское.

Лев Толстой.

ЛИПЕЦК.

ВОРОНЕЖ.

1 — установление приуроченности титан-циркониевых россыпей к определенным эпохам россыпеобразования;

2 — исследование литологии и фаций продуктивных меловых отложений;

3 — установление основных факторов формирования титан-циркониевых россыпей.

Автором защищаются следующие положения:

1. В меловой истории формирование россыпей на территории ЦЧЭР приурочено к баррем-аптской, сеноманской, раннесантонской и раннекампанской эпохам россыпеобразования. Каждая из них характеризуется развитием продуктивных формаций на определенных площадях, своими ассоциациями тяжелых минералов и составом вмещающих пород.

2. Меловые отложения в пределах северного и северо-западного склонов Воронежской антеклизы на территории Рязанской, Липецкой и Брянской области представлены породами различных фаций. Наиболее благоприятными для россыпеобразования были мелководно-морские обстановки.

3. Образование титан-циркониевых россыпей обусловлено рядом факторов, среди которых основными являются структурно-тектонический и фациальный.

Научная новизна работы. Впервые, совместно с другими авторами, определена связь различных типов россыпей с эпохами россыпеобразования в истории Воронежской антеклизы. В процессе исследований составлены фациальные и структурные карты для Скопинской и Унечской рудных зон. Разработана методика расчленения песчаных разрезов на основе метода многомерной статистики — факторного анализа. Использование корреляционного анализа позволило выявить зависимость содержания тяжелой фракции от гранулометрии песков, а для титан-фосфатных россыпей Унечской рудной зоны — зависимость содержания ТЮ2 от Р2О5. Установлены основные факторы формирования титан-циркониевых россыпей среди которых ведущими являются структурно-тектонический и фациальный. На основе фациального анализа выделены участки для постановки работ в Унечском и Скопинском районах.

Практическая ценность и реализация работы. Автор являлся ответственным исполнителем научно-производственных работ по изучению россыпей Скопинской (1987;89 г. г.) и Унечско-Крапивенской (1989;92 г. г.) зон. Отчеты по этим работам внедрены в производство и используются при постановке работ на титан-циркониевое сырье. Построенные фациальные карты с выделенными на них перспективными участками явились основой, которая использовалась для заверки последних скважинами. Разработанная автором методика расчленения песчаных толщ методом факторного анализа нашла применение при расчленении алевритово-песчаных толщ Унечско-Крапивенской рудной зоны.

Апробация работы. Отдельные положения и разделы диссертации докладывались на ежегодных конференциях геологического факультета (1988;1996 г. г.), на на совещании по региональной программе ЦЧЭР «Ренакорд» (1997 г.), на XI-ом международном совещании по геологии россыпей и кор выветривания (г. Дубна, 1997 г.). По теме диссертации опубликована в соавторстве одна монография и 4 статьи.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из восьми глав, введения и заключения. Она насчитывает 132 страницы текста, 15 таблиц, 21 рисунков и 44 библиографических ссылок. В первой главе описаны методика работ, во второй — геологическое строение района, в третьей — история изученности. В четвертой главе рассматриваются эпохи россыпеобразования, в пятой — литология и фации продуктивных меловых отложений, в шестой — минералогия, в седьмой — геология отдельных титан-циркониевых россыпей, в восьмой — основные факторы их формирования.

Первое защищаемое положение изложено в четвертой главе, второе — в пятой и шестой, третье — в седьмой и восьмой главах.

Исследования по теме диссертации автор проводит с 1987 года в качестве научного сотрудника ПНИЛ геологии и минерального сырья, затем аспиранта и преподавателя кафедры исторической геологии и палеонтологии. Он был ответственным исполнителем научно-производственных работ по поискам россыпей в Рязанской и Брянской областях, а также одним из основных исполнителей госбюджетной темы «Закономерности формирования и локализации полезных ископаемых на территории Центрально-Черноземного района». В процессе выполнения работ автору оказывали активное содействие геологи производственных организаций H.H. Иконников, О. В. Осауленко, О. Т. Агеенко, а также сотрудники ПНИЛ геологии и минерального сырья и геологического факультета В. К. Бартенев, В. И. Беляев, А. И. Мизин, C.B. Мануков-ский. Всех их автор благодарит. Особую благодарность автор выражает своему руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору, заслуженному геологу России А. Д. Савко.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В мезокайнозое Воронежской антеклизы установлены баррем-аптская, сеноманская, раннесантонская, раннекампанская и олигоцен-миоценовая эпохи россыпеобразования.

2. Для каждой эпохи характерны индивидуальные специфические черты. В баррем-аптское время в мелководно-морских условиях формировались мелкие титан-циркониевые россыпи дальнего переноса. В сеноманское время в глауконит-кварцевых песках образовались крупные залежи с высоким содержанием тяжелых минералов. Для сантонского времени характерны комплексные россыпи тяжелых минералов и желваковых фосфоритов, для кампанского — фосфатные с подчиненной ролью тяжелых минералов. Олигоцен-миоценовые россыпи связаны с кварцевыми песками и характеризуются повышенным содержанием циркона и лейкоксена.

3. Расчленение и корреляция немых в палеонтологическом отношении меловых толщ в пределах отдельных площадей возможно по гранулометрическому составу с помощью факторного анализа.

4. Фациальный анализ барремских отложений юга Рязанской области показал, что в барремский век эта территория являлась частью мелководно-морского шельфа, в пределах которой располагались три зоны с различными условиями осадконакопления, обусловленными глубиной, особенностями рельефа морского дна, гидродинамической активностью водной среды. Наиболее благоприятной для россыпеобразования была центральная зона, где сформировались продуктивные отложения.

5. В аптское время на территории юга Рязанской области и примыкающих к ней районов севера Липецкой области также располагалось мелководное море с хорошо выраженной пляжевой зоной. Благоприятными условиями для формирования россыпей были как пляжевые участкитак и подводные поднятия на шельфе.

6. В кампанское время терригенные фации мелководно-морского бассейна, замещающиеся на юго-восток мелами, находились на северо-западе Воронежской антеклизы, где на положительных формах рельефа дна в мелкозернистых песках образовались фосфатные россыпи с титан-циркониевыми минералами.

7. Ассоциации тяжелых минералов изменяются снизу вверх по разрезу, что объясняется сменой продуктивных титан-циркониевых формаций во времени. В вертикальном ряду формаций баррем-аптская формация мономиктовых кварцевых песков сменяется сеноманской глауконит-кварцевой, а затем нижнесантон-ской глауконит-кремнисто-кварцевой и нижнекампанской карбонат-фосфат-кварцевой. Венчает этот ряд олигоцен-миоценовая формация мономиктовых кварцевых песков.

8. Барремские россыпи представлены рутил-дистен-ильменитовой ассоциацией, аптские — рутил-ставролит-дистен-циркон-ильменитовой, сеноманские — ру-. тил-циркон-эпидот-гранат-дистен-ильменитовой, сантонские — рутил-циркон-дистен-фосфат-гранат-ильменитовой, кампанские — дистен-эпидот-гранат-рутил-ильменит-фосфатной и олигоцен-миоценовые — дистен-ставролит-рутил-циркон-ильменитовой.

9. Накопление тяжелых минералов происходило в разных частях шельфаот пляжевой зоны до относительно глубоководных его частей. В зависимости от глубины формирования менялся минеральный состав россыпей, в первую очередь, содержание глауконита и фосфатов. Количество последних могло возрастать до такой степени, что из попутного они становились основным компонентом россыпей.

10. В тектоническом плане россыпи тяготеют к краевым частям Воронежской антеклизы, к ее пограничным частям с отрицательными структурами. Накопления тяжелых минералов локализуется в пределах склоновых частей положительных структур более высоких порядков.

11. Формирование россыпей обусловлено рядом факторов. Роль стратиграфического фактора второстепенна и сводится к выявлению узких временных интервалов, отвечающих времени образования россыпесодержащих свит, подсвит, биостратиграфических зон в пределах ярусов, подъярусов и серий. Использование палеогеографического фактора при прогнозе титан-циркониевых применимо для регионального обзора с целью выявления источников сноса и различных типов фациальных обстановок. Использование эволюционного фактора позволяет прогнозировать состав россыпеобразующих формаций и минеральные ассоциации тяжелой фракции россыпей.

12. Ведущими для росеыпеобразования являются фациальный и структурно-тектонический факторы. Благоприятными условиями для формирования россыпей являются наличие прибрежных и мелководно-морских фаций с переменной и средней гидродинамической активностью водной среды, преобладание в песках фракций 0,25−0,05 мм, многократный и длительный перемыв песков при устойчивом положении береговой линии. Однако этот фактор не является определяющим при отсутствии хорошо выраженной пляжевой зоны или положительных форм подводного рельефа. Последние, в большинстве своем, это структуры высоких (3-го и 4-го) порядков в пределах склонов Воронежской антеклизы на границе с обрамляющими ее структурами первого порядка.