Минеральные ассоциации и индикаторы рудоносности Пижемского титанового и Ичетъюского алмазоносного месторождений Среднего Тимана

Актуальность работы.

Оживление интереса к проблеме алмазоносности Тимано-Уральского региона вызвано находками ювелирных кристаллов алмаза в отложениях, пространственно совмещенных с крупным месторождением титана на Среднем Тимане. На севере Вольско-Вымской гряды известно единственное комплексное алмаз-золото-редкоземельно-редкометалльное месторождение Ичетью, приуроченное к маломощному конглобрекчиевому горизонту пижемской свиты среднего девона. Продуктивный конглобрекчиевый горизонт залегает непосредственно на Пижемском месторождении титаноносных песчаниках малоручейской свиты неопределенного возраста. Оба рудных объекта уникальны и расположены только в пределах Пижемской депрессии.

Представления о происхождении алмазов в месторождении Ичетью и о нахождении коренных источников этого минерала имеют остродискуссионный характер. Существует несколько точек зрения на возможные источники поступления полезных компонентов в девонские терригенные породы, которые можно разделить на две основные группы: эндогенную (Макеев А., Рыбальченко и др., 1999) и чисто осадочные. Среди последних в свою очередь выделяются (литоральные) гипотезы о россыпном прибрежно-морском (Щербаков, Плякин, Битков, 2001; Игнатьев, Бурцев, 1997), аллювиально-дельтовом (Дудар, 1996; 2001), эоловом (Остащенко, Майорова, 1987), а по мнению Ю. К. Голубева флювиогляциальном генезисе. Также неоднозначны представления исследователей о сложности строения, фациалъной принадлежности и источниках вещества Пижемского титанового месторождения. Установление генезиса и источников минерального вещества этих промышленно важных объектов является весьма актуальной задачей.

Цель исследований. Установление геологических и вещественно-минералогических особенностей полиминерального Ичетъюского и Пижемского титанового месторождений для выявления поисковых признаков рудоносности, оценочных критериев и источников полезных компонентов.

Задачи исследований.

1. Детальная вещественно-минералогическая характеристика пород малоручейской титаноносной толщи на материале керна разведочных скважин.

2. Изучение морфологических и типохимических особенностей сквозных рудных минералов Ичетъюского и Пижемского месторождений.

3. Установление минералов-спутников алмаза в составе тяжелой фракции шлиха месторождения Ичетъю, детальная характеристика минералов-индикаторов, накапливающихся совместно с ним.

4. Разработка научных критериев определения генетической принадлежности и установления источников вещества титан-циркониевых месторождений и проявлений, приуроченных к древним отложениям Тимана.

Научная новизна. Установлена тесная пространственная и генетическая связь обоих объектов исследования. Форма геологических тел алмазоносной конглобрекчии месторождения Ичетъю и их распространение по площади Пижемской депрессии имеют пятнистый характер. Тела конглобрекчии располагаются в синформах исключительно над самой верхней частью малоручейской толщи, сложенной безрудными каолинит-кварцевыми песчаниками. Это является прямым геологическим поисковым признаком на алмазы.

Автором с использованием современных методов исследования (электронно-микроскопического, рентгеноструктурного, рентгеноспектрального микрозондового, рентгенофлуоресцентного, масс-спектрометрического) получены принципиально новые данные о составе породообразующих, рудных и акцессорных минералов Ичетъюского и Пижемского месторождений. Значительно расширен кадастр рудной и акцессорной минерализации. Получены новые сведения, уточняющие генезис Пижемского титанового месторождения и природу источника полезных компонентов.

Предложена новая номенклатура гранатов, основанная на формульных коэффициентах. Для визуального отображения состава гранатов предлагается использовать два вида диаграмм двухи трехвалентных катионов.

Практическая значимость работы. Алмазоносный конглобрекчиевый горизонт месторождения Ичетъю имеет локальное пятнистое распространение в пределах Пижемской депрессии и встречается только поверх третьей пачки малоручейской свиты, сложенной каолинит-кварцевыми песчаниками, что предлагается использовать как местный поисковый признак на алмазы.

Марганцовистый ильменит, цинкистый хромшпинелид и редкоземельные алюмофосфаты предложено использовать в качестве минералов-индикаторов при поисках алмазов наподобие знаменитой «пироповой дорожки». Продемонстрировано, что минералы монацит, куларит, колумбит, хромшпинелиды, ильменорутил месторождения Ичетъю обладающие близкой гидравлической крупностью к алмазу являются региональными, гидродинамическими спутниками алмаза.

Защищаемые положения.

1. Минеральный кадастр и химический состав сквозных индикаторных минералов (марганцовистый ильменит, хромшпиненлид, флоренсит, ильменорутил и др.) Ичетьюского и Пижемского месторождений во многом совпадают, что свидетельствует о близости их генезиса и источника минерального вещества.

2. На Среднем Тимане прослежена цепочка находок высокоцинкистых хромшпинелидов от коренных тел лампрофировых даек на плато Четласского Камня с акцессорным метаморфизованным хромшпинелидом и каймами цинкистого хроммагнетита к палеогеновым корам выветривания и современным аллювиальным отложениям на восточном склоне Четласского Камня и далее к среднедевонским алмазоносным конглобрекчиям месторождения Ичетъю. Цинкистый хромшпинелид предлагается использовать как минерал-индикатор при поисках алмазов на подобие знаменитой «пироповой дорожки».

3. Редкоземельно-стронциевые алюмофосфаты, часто встречающиеся в месторождениях в ассоциации с алмазом, в виде вторичных гипергенных примазок на его поверхности и нередко поверх сингенетичных (алмазу) металлических пленок, а также в виде вторичных включений в поровом пространстве карбонадо и лейкоксена, являются вторичными минералами-индикаторами алмаза и не только на Среднем Тимане.

Фактический материал. Основой работы для исследования Пижемского титанового месторождения послужил каменный материал, отобранный из керна разведочных скважин № 18, 42, 58 и канавы КУ-1 (УГРЭ), предоставленный руководством ЗАО «Тимангеология». Исходным фактическим материалом в изучении минералогии месторождения Ичетью послужили шлиховые десятилитровые пробы и концентрат обогащения крупнообъёмных проб. Для решения поставленных задач за период с 1998 по 2011 г. автором было изучено 25 шлихов тяжелой фракции из конглобрекчиевого горизонта месторождения Ичетъю, и современного аллювия Вольско-Вымской гряды и Четласского Камня. Минеральный состав шлихов определялся объемно-весовым и весовым анализами. Проведен гранулометрический анализ монофракций минералов. Изучена плотность рудных минералов тяжелой фракции. В лабораторных условиях совместно с А. Б. Макеевым было исследовано более 200 кристаллов алмаза месторождения Ичетъю, из коллекции ЗАО «Тимангеология» (Макеев А., Макеев Б., 2000) обработано 500 микрозондовых анализов зерен минералов и 133 рентгенофлуоресцентных анализа пород, автором проведено более 400 рентгенофазовых анализов минералов. Для решения генетических вопросов использованы данные изотопных исследований углерода, алмаза и сидерита.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на VII — XVIII научных конференциях «Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента» (Сыктывкар, 1998, 1999, 2001, 2002, 2006, 2007, 2008, 2009) — XIII Коми республиканской молодежной научной конференции (Сыктывкар, 1997) — XIII и XV Геологических съездах Республики Коми (Сыктывкар, 1999,.

2009) — Севергеоэкотех-2001 (Ухта, 2001) — III и V Международных минералогических семинарах (Сыктывкар, 2002, 2008) — IV Международном симпозиуме «Минералогические музеи», (Санкт-Петербург, 2002) — I Всероссийской молодежной научной конференции (Сыктывкар, 2008) — Всероссийской молодежной научной конференции (Миасс, 2009, 2011) — Международном симпозиуме «Геология девонской системы» (Сыктывкар, 2002) — Всероссийском совещании «Алмазы и алмазоносность Тимано-Уральского региона» (Сыктывкар, 2001) — Международных научных конференциях «Углерод: Минералогия, геохимия и космохимия» (Сыктывкар, 2003), «Самородное золото: типоморфизм минеральных ассоциаций, условия образования месторождений, задачи прикладных исследований» (Москва,.

2010) — XIV Международном совещании «Геология россыпей и месторождений кор выветривания» (Новосибирск, 2010) — Всероссийском совещании «Новые горизонты в изучении процессов магмои рудообразования» (Москва, 2010), и опубликованы в материалах этих форумов.

По теме диссертации опубликовано 36 работы, в том числе одна брошюра, девять статей и две из них в Записках РМО и Докладах РАН (в периодических рецензируемых журналах по списку ВАК), двадцать шесть тезисов докладов различных совещаний.

Структура и объем. Диссертация состоит из шести глав, введения и заключения, общим объемом 218 страниц, содержит 107 рисунков, 47 таблиц.

Список литературы

насчитывает 90 источников, в том числе 15 фондовых.

Благодарности. Данная работа не могла быть выполнена без заинтересованного и активного участия научного руководителя к. г.-м. н. В. П. Лютоева, и научного консультанта д.г.-м.н. А. Б. Макеева, которым автор приносит глубокую признательность. Академику Н. П. Юшкину, и многим другим, оказавшим автору неоценимую помощь на всех этапах проведения исследований, а также за исчерпывающие научные консультации, автор выражает персональную благодарность. Автор благодарит В. Н. Филиппова, С. Т. Неверова за помощь в аналитической части работы, руководство ЗАО «Тимангеология» в лице В. А. Дудара, а также А. Б. Макеева за любезно предоставленный материал для исследования. Автор благодарен за ценные замечания по диссертации, сделанные А. М. Пыстиным, В. И. Силаевым и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На севере Вольско-Вымской гряды на площади Пижемской депрессии пространственно совмещены два уникальных рудных объекта — Пижемское титановое и полиминеральное месторождение Ичетъю.

Титаноносная толща Пижемского месторождения залегает с размывом и резким несогласием на выветрелых рифейских глинистых сланцах. Перекрывается она с размывом (локального характера) живетскими осадками. Титаноносные породы объединены в малоручейскую свиту (условно среднедевонскую «D2mrc»), подразделяемую на три толщи — верхнюю, среднюю и нижнюю. Верхняя толща (D2mrc3) представлена слабыми каолинит-кварцевыми песчаниками и алевролитамисредняя (D2mrc2) — слабосцементированными серо-зеленовато-желтыми ильменит-лейкоксен-кварцевыми песчаникаминижняя (D2mrc!) -переслаиванием красно-коричневых ожелезненных аргиллитоподобных глин, алевролитов, рутил-сидерит-гематит-лейкоксен-кварцевых песчаников и гравелитов. Глубина залегания титаноносных руд колеблется в широких пределах от 0 до 158.0 м.

Малоручейская титаноносная толща представляет собой переслаивание алевролитов, аргиллитоподобных глин, песчаников и в меньшей степени гравелитов. Суммарная мощность прослоев песчаника — 5.0−73.8 м от общей мощности титаноносных слоев. Песчаники обогащены лейкоксеном и ильменитом, они являются основными промышленными титаносодержащими минералами и фазами Пижемского месторождения. Песчаники в основном, олигомиктовые, состав их: лейкоксен-кварцевый, ильменит-лейкоксен-кварцевый, сидерит-лейкоксен-кварцевый, рутил-сидерит-гематит-лейкоксен-кварцевый, они разнозернистые, преимущественно мелкои среднезернистые, часто глинистые (с каолинитом и гидрослюдой), плохо сортированные. Кварц в песчаниках неокатанный — кластогенный (остроугольный), по морфологическим признакам соответствует дробленому жильному кварцу. Содержание ТЮ2 в песчаниках колеблется от 3.5% до 13.51%, модальное 5−6%. Содержание ТЮ2 в алевролитах и аргиллитоподобных глинах значительно меньше (до 3%) и модальное 1.0−2.0%. Циркон сопутствующий полезный компонент песчаников Пижемского месторождения. Содержание двуокиси циркония варьирует по данным химических анализов от 0.008 до 0.301%, и большинстве проб составляет 0.05−0.06%.

Двуокись титана содержится в породах Пижемского месторождения, в основном, в виде трех минеральных фаз: лейкоксена (согласно электронно-микроскопическим исследованиям и данным рентгеноструктурного анализа) являющегося смесью кварца и рутила (30−35% Si02, 58−65% ТЮ2, остальная доля приходилась на примесь алюмосиликатов), сильно лейкоксенизированного ильменита (-16−22% Si02), и свободного рутила в виде новообразованных игольчатых кристаллов. Среднее соотношение титановых минеральных фаз в изученных рудах: лейкоксен: ильменит: рутил = 4: 1: 0.1.

Район Пижемского месторождения перспективен на другие полезные ископаемые. В неограниченном количестве имеются строительные материалы: каолинитовые песчаники, стекольные кварцевые пески, известняки, базальты. С Пижемским титановым месторождением пространственно совмещено уникальное полиминеральное месторождение Ичетъю специализированное на золото, алмазы, циркон, редкометалльные, редкоземельные и титановые минералы.

Конглобрекчиевый алмазоносный горизонт месторождения Ичетъю распространен только поверх верхней (кварц-каолинитовой) пачки малоручейской толщи. Это минералого-петрохимическая характеристика пород подложки является главным поисковым признаком алмазоносных конглобрекчий. Поэтому алмазоносный горизонт не имеет площадного распространения, а только пятнистое. Подробно изучен минеральный состав месторождения и охарактеризован химический состав и свойства минералов. Установлены первичные, вторичные и гидродинамические минералы-спутники алмаза типоморфные только месторождению Ичетъю. Показано, что минеральный состав обоих рудных месторождений очень близок, а значит, они близки по генезису и источнику полезных компонентов.

В процессе выполнения диссертационной работы с использованием современных методов исследования и приборной базы (микрозондовый, электронно-микроскопический, рентгеноструктурный, рентгенофлуоресцентный, масс-спектроскопический — изотопный) получены принципиально новые сведения о составе породообразующих, рудных и акцессорных минералов Ичетъюского и.

Пижемского месторождений. Значительно расширен список акцессорной минерализации до сорока минеральных видов. Семьдесят пять процентов минералов из этого списка встречаются в обоих рудных объектах. Получены сведения, уточняющие генезис Пижемского титанового месторождения и источник рудных компонентов. Главными хранителями и источником генетической информации становятся типоморфные признаки рудных и акцессорных минералов: алмаза, граната, титановых минералов, хромшпинелидов, монацита, флоренсита и других.

1. Кристаллы алмаза месторождения Ичетъю демонстрируют все признаки (изотопный состав углерода, парагенетические включения и др.) своего происхождения из мантийных эклогитов и местных тиманских коренных источников. Большая часть алмазов (кривогранные, ювелирного качества) не имеют признаков дальнего переноса, а общность химического состава золото-палладиевых металлических пленок на гранях алмаза (из месторождения Ичетъю Вольско-Вымской гряды и современного аллювия р. Косью — Четласский Камень) свидетельствуют о возможно едином типе коренного источника (эклогиты) и транспортера из мантии — глубинных вулканических пород лампрофиров.

2. Результаты расчета кноррингита и других экзотических миналов, зависят от последовательности их расчета. Предложена новая номенклатура гранатов, основанная на формульных коэффициентах. Для визуального отображения состава гранатов предлагается использовать два вида диаграмм двух и трех валентных катионов.

3. Впервые установлено, что колумбит месторождения Ичетъю представлен почти полным Бе-Мп изоморфным рядом от колумбита (Ре0.9б, Мпо. о4)1^Ь2Об до манганоколумбита (Мпо.8ьРео.19)№>2Об. Типоморфной особенностью колумбита является наличие в объеме и на поверхности кристаллов обильных включений ильменорутила.

4. В конглобрекчиях месторождения Ичетъю колумбит и ильменорутил накапливаются совместно с постоянным соотношением ~ Г. З. В зернах ильменорутила в качестве включений встречен колумбит, а в нем ильменорутил. Из вышесказанного можно сделать вывод, что ильменорутил и колумбит являются акцессорными минералами одной и той же породы и имеют единый коренной источник близкий к Бобровскому КЕЕ-№)-проявлению.

5. В лейкоксенизированном ильмените обоих рудных объектов присутствует постоянная изоморфная примесь МпО от 0.21 до 2.17% (в месторождении Ичетъю), что обеспечивает изоморфную примесь пирофанитового минала МпТЮз от 0.44 до 4.62%- и (в Пижемском месторождении) от 2.10 до 5.11%, с примесью пирофанитового минала от 4.47 до 10.88%. Следует отметить высокое содержание А1203 от 0 до 0.90% и У205 от 0.19 до 1.09% в составе измененных зерен ильменита. Все перечисленные признаки позволяют сделать вывод о полной аналогии состава и свойств ильменита Ичетъюского и Пижемского месторождений. Подобный марганцовистый ильменит типоморфный акцессорный минерал четласских лампрофиров.

6. По химическому составу, минеральным включениям (каолинит, мусковит, флоренсит, ильменорутил, кварц) и всем другим признакам лейкоксен из конглобрекчий Ичетъю ничем не отличается от лейкоксена нижележащего Пижемского титанового месторождения. В связи с этим можно предположить, что источником этого рудного компонента являются именно малоручейские титаноносные песчаники.

7. Флоренсит и другие редкоземельные алюмофосфаты являются вторичными минералами-индикаторами алмаза, присутствующие вместе с ним во многих коренных и промежуточных коллекторах.

8. Установлен коренной источник среднетиманских цинкиетых хромшпинелидов — это лампрофировые дайки Четласского Камня, а сам цинкистый хромшпинелид предложено использован как минерал индикатор при поисках алмазов на подобие знаменитой «пироповой дорожки». Можно предположить, что и на Вольско-Вымской гряде будут найдены лампрофиры подобные четласским с акцессорными цинкистыми хромшпинелидами. Недавно цинкистый хромит с 5.84% ZnO впервые найден в качестве включения в алмазе Архангельской кимберлитовой трубки (Криулина и др., 2010).