Особенности геологического строения Ставропольского свода и их связь с закономерностями формирования и размещения титан-циркониевых россыпей

Актуальность работы. С распадом Советского Союза все эксплуатируемые месторождения титана и циркония оказались за границей и Россия, располагая крупными мощностями по металлургической переработке руд, не использует собственные источники сырья и находится в полной зависимости от его импорта из Украины. Потребности в этом сырье весьма велики. Так только для производства титановой губки и металлического титана требуется 120 тыс. т/год ильменитового концентратав перспективе его потребление может возрасти более чем в два раза. Около 50 тыс. т/год концентрата требует производство ферротитана и других сплавов. Весьма значительна потребность в пигментном диоксиде титана, хотя собственного производства этой дефицитной продукции Россия не имеет. В настоящее время лакокрасочная промышленность вынуждена пользоваться титановым пигментом низкого качества, закупаемым в Украине (30−50 тыс. т/год). Перспективные потребности в пигменте высокого качества оцениваются в 300 тыс. т/год, т. е. не менее 600 тыс. т/год ильменитового концентрата. Потребности России в цирконовом концентрате оцениваются в 10 тыс. т/год и покрываются за счет импорта из Украины (Бы-ховский, Тигунов, Зубков, 2001).

Сложилась парадоксальная ситуация. Россия, располагая потенциальными возможностями собственной минерально-сырьевой базы титана и циркония, способной не только удовлетворить текущие и перспективные потребности промышленности, но и обеспечить значительный объем экспорта титановых концентратов, является крупнейшим в мире их импортером. В то же время имеющиеся в России мощности по производству металлического титана превышают в 3 — 4 раза аналогичное производство США.

Изложенное выше, свидетельствует о необходимости скорейшего создания в России собственной минерально-сырьевой базы титана и циркония. Для решения этой проблемы должны быть в первую очередь освоены россыпные месторождения, обладающие повышенной инвестиционной привлекательностью, так как для их освоения требуются менее значительные капиталовложения и незначительный срок ввода в действие горнодобывающего предприятия. При огромных выявленных ресурсах титана и циркония в россыпных месторождениях их освоение сдерживается тем, что это, как правило, погребенные па-леороссыпи с необходимостью либо больших вскрышных работ, либо сква-жинной гидродобычи. Оценки минимальной рентабельности погребенных при-брежно-морских россыпей показывают, что суммарные содержания титано циркониевых минералов в них должны быть не менее 40−50 кг/м (Водволь-ский, 1961; Прозоровский, 1968). В качестве полигона для выделения таких россыпей был выбран Ставропольский свод и его восточное обрамление, где на разных возрастных уровнях установлены титан-циркониевые россыпи и локализовано практически разведанное Бешпагирское месторождение.

Ставропольский свод и обрамляющие его прогибы привлекали к себе внимание исследователей в связи с нефтегазоносностью. Однако, несмотря на большое разнообразие проведенных геологических работ и достаточно высокую степень изученности, до 1959 года не уделялось внимания обследованию этой обширной территории с точки зрения поисков титан-циркониевых россыпей в развитых здесь мелководных и прибрежных неогеновых отложениях. Лишь в 1959;64 гг. здесь были проведены рекогносцировочные работы по оценке перспектив Ставропольского свода на древние морские россыпи, в результате которых в сарматских отложениях были выявлены Бешпагирское и Камбулатское месторождения. Геологической основой этих исследований служили имевшиеся на тот момент карты масштабов 1: 50 ООО и 1: 200 000, базировавшиеся на ярусном членении разреза. Последнее обстоятельство и привело к тому, что на результирующих картах не нашли отражения весьма существенные различия литологического состава одновозрастных образований, а недостаточная фаунистическая обоснованность стратиграфического расчленения разреза привела к ошибочному отнесению продуктивных отложений Ставропольского свода исключительно к среднему сармату (Казаринов и др., 1961, 1964; Казаринов, 1976). И хотя перспективы территории выявленными объектами не ограничиваются, с открытием и разведкой титан-циркониевых россыпей в других регионах СССР, дальнейшие работы по изучению и оценке продуктивных отложений юга России были прекращены.

Целью проведенных автором в рамках геологического доизучения площади исследований являлось выяснения факторов, определяющих локализацию титан-циркониевых россыпей. Поставленная задача решалась путем детального расчленения разреза неогена для определения продуктивных стратиграфических уровней, изучением тектонического строения и влияния выделяемых здесь структур на локализацию россыпей. Особое внимание было уделено выяснению структурно-текстурных особенностей разновозрастных продуктивных песков с целью воссоздания палеофациальных обстановок их накопления, изучению их гранулометрического, минералогического и химического состава.

Цели и основные задачи исследований. Целью проведенных исследований являлось выяснение закономерностей размещения и факторов локализации богатых титан-циркониевых россыпей Ставропольского свода и прилегающих территорий, а также прогнозная оценка полей развития продуктивных отложений. Ее реализация включала: изучение геологического строения и истории развития Ставропольского свода и обрамляющих площадейдетальное расчленение разрезов и выяснение изменений литологического состава отложений, вмещающих титан-циркониевые россыпианализ гранулометрического, минералогического и химического состава продуктивных песков с целью определения их формационной принадлежностивыяснение структурно-текстурных особенностей продуктивных отложений в зависимости от условий их формированиярайонирование изученной части Ставропольского россыпного района, воссоздание палеофациальных обстановок накопления рудных песков, определение закономерностей размещения и их использование при выделении потенциальных месторождений. На основе обобщения и анализа информации решалась ключевая задача — определение взаимоотношений между факторами накопления и сохранения россыпей и установление критериев, определяющих размещение богатых участков, т. е. промышленно значимых объектов.

Фактическая основа и методика исследований. Работа является результатом анализа и обобщения данных геологосъемочных, тематических и геофизических исследований, выполненных в течение 1993;2002 гг. Федеральным государственным унитарным геологическим предприятием (ФГУГП) «Кавказгеолсъемка»" на пяти планшетах масштаба 1:200 ООО — Ь-37-ХХХУ1 и Ь-38-Х1Х, XX, XXV и XXVI, где автор являлся руководителем и ответственным исполнителем. Фактической основой для данной работы послужили материалы предшествующих исследований и личных наблюдений. Лично автором описано 3 500 м разрезов, 2 200 км маршрутов, отобрано 350 проб на гранулометрический и минералогический анализы, определен необходимый набор картируемых фациальных признаков. Им самостоятельно и совместно с другими сотрудниками ФГУГП «Кавказгеолсъемка» составлены «Карты полезных ископаемых и закономерностей их размещения» и палеофациальные карты для разновозрастных уровней локализации титан-циркониевых россыпей Ставропольского россыпного района, выявлены закономерности размещения и критерии локализации богатых россыпей и на этой основе дана их прогнозная оценка. При написании диссертации использованы результаты гранулометрических, минералогических и химических анализов продуктивных песков Ставропольского россыпного района, выполненных в Центральной испытательной лаборатории ФГУГП «Кавказгеолсъемка» (Доля, 1998). Привлекались и анализировались литературные источники и фондовые материалы.

Методика включала сбор и обобщение материалов предшественников, проведение полевых исследований с целью расчленения разреза продуктивных отложений, изучение их структурно-текстурных особенностей и их картирование, опробование естественных выходов и оконтуриванияе обогащенных песков методом ВЭЗ ВП, а также камеральную обработку результатов гранулометрических, минералогических и химических анализов продуктивных песков.

Основные защищаемые положения: 1. Ставропольский свод, представлявший собой на протяжении всего мезо-кайнозоя положительную структуру, является определяющим фактором в формировании гидродинамических условий палеобассейна, обусловивших многократный перемыв, переотложение и концентрацию титан-циркониевых минералов на продуктивных уровнях.

2. Единый, по представлениям предшественников (Казаринов, 1976), сред-несарматский уровень локализации продуктивных отложений подразделяется на два самостоятельных, отделенных друг от друга стратиграфическим перерывом, уровня — среднеи верхнесарматский.

3. Становление россыпей верхнего сармата, локализованных по обрамлению Ставропольского свода, происходило за счет перемыва среднесарматских продуктивных отложений его осевой части.

4. Районирование россыпей Ставропольского свода и прилегающих территорий, установление закономерностей размещения и критериев локализации участков богатых рудных песков может основываться на палеофациальных условиях накопления продуктивных отложенийна этой же основе может быть дана прогнозная оценка территории.

5. Формирование всех продуктивных уровней, за исключением апшерон-ского, происходило за счет сноса материала с «кавказской» суши. Источником россыпей апшеронского времени служил материал Восточно-Европейской платформы — «северной» суши.

Научная новизна. Установлено определяющее влияние Ставропольского свода на закономерности размещения и факторов локализации богатых россыпей, ведущими факторами признаны стратиграфический, тектонический, фаци-альный и геоморфологический. В качестве источника россыпей чокракского возраста определены коры химического выветривания, сформированные на метаморфических и магматических породах ядра Большого Кавказа в майкопское время, когда в Предкавказье накапливались обогащенные органическим веществом глинистые осадки. Формирование обогащенных песков последующих уровней связано с перемывом ранее накопившихся россыпей. Впервые составлены палеофациальные карты разновозрастных продуктивных отложений, послужившие основой для прогнозной оценки исследованной и прилегающих территорий, разработана стратиграфическая схема продуктивной на титанциркониевые россыпи части разреза неогена, использованная при составлении Государственных геологических карт нового поколения.

Практическое значение работы. Установленные в Ставропольском россыпном районе закономерности размещения и факторов, определяющие локализацию богатых россыпей в зависимости от фациальных условий их формирования, применимы к полям развития продуктивных отложений Предкавказской провинции вцелом, а также могут быть применимы к аналогичным россыпным провинциям в других регионах. Оконтуренные в Ставропольском районе участки богатых рудных песков, вместе с практически разведанным, крупным по запасам, Бешпагирским месторождением, могут явиться основой для создания минерально-сырьевой базы титана и циркония на юге России, а прогнозируемые, исходя из палеофациальных условий их накопления, россыпи — для ее расширения. Результаты исследований автора были использованы при подготовке к изданию 5 листов Госгеолкарты — 200. В связи с решением вопросов стратиграфии были изучены стратотипические разрезы продуктивной на титан-циркониевые россыпи части разреза неогена. Выделенные впервые 11 валидных свит включены в «Легенду Скифской серии листов масштаба 1:200 ООО». Итогом работы явилось выдвижение в качестве наиболее важного объекта Гофицкого участка, где продуктивные верхнесарматские отложения пользуются большим (до 100 кв. км) площадным распространением и отличаются высокими (до 109 кг/м3) содержаниями.

Апробация работы. Основные положения диссертации рассматривались на Научно-Редакционном Совете МПР России (Санкт-Петербург, 1999, 2000 и 2001 гг.), на 5 Всероссийском совещании-семинаре «Компьютерное обеспечение работ по созданию Государственной геологической карты Российской Федерации» (Ессентуки, 1998), на различных симпозиумах и совещаниях (Санкт-Петербург, 1996, 2001; Москва, 1998), на IX конференции «Геология и минерально-сырьевая база Северного Кавказа» (Ессентуки, 2000), докладывались на III Международной научной конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии юга России и Кавказа» (Новочеркасск, 2002). Результаты g работы оперативно рассматривались на Научно-Технических Советах ФГУГП «Кавказгеолсъемка» и Департамента природных ресурсов по Северо-Кавказскому региону. Материалы исследований изложены в 4 монографиях (Объяснительных записках), а по разным разделам работы — в 10 публикациях и в 2 производственных отчетах.

Объем работы. Диссертация состоит из 155 страниц, в т. ч. 7 таблиц, 22 рисунка. Текст содержит введение, 6 глав и заключение. Список цитированной литературы включает 71 наименование. Работа выполнена в ЮРГТУ (НПИ) на кафедре месторождений и разведки полезных ископаемых при активной помощи автору со стороны коллег по работе — соавторов производственных отчетов и монографий (Объяснительных записок) к изданным комплектам Госгеолкар-ты-200: Печенюка В. Ф., Калюги С. Е., Снежко В. В., Деркачева С. Ю., Пановой Е. А., Письменской Г. А. и Погребнякова А. Н. Пользуясь случаем, автор выражает искреннюю признательность своим коллегам.

14 5 Заключение.

1. На основании обобщения и анализа накопленного фактического материала, а также результатов собственных исследований рассмотрены особенности геологического строения Ставропольского свода и прилегающих территорий, оказавшие влияние на локализацию титан-циркониевых россыпей. Из всех выделяемых на уровне фундамента и осадочного чехла тектонических структур наибольшей выраженностью отличается Ставропольский свод. Оставаясь на протяжении всего мезокайнозоя положительной структурой, он обусловил сокращение мощностей и изменения литологического состава отложений в осевой части и по своему обрамлению. Особенно четко его влияние проявилось в среднем и, особенно, верхнем миоцене, когда вначале на своде, а затем и на прилегающих территориях были созданы благоприятные условия для осадко-накопления разновозрастных продуктивных отложений. Возрастными уровнями локализации титан-циркониевых россыпей являются существенно песчаные осадки калаусской (чокрак), болыпеянкульской (караган-конк), деминской и михайловской (средний сармат) и бешпагирской (верхний сармат) свит, разделенных преимущественно глинистыми отложениями сергиевской, светлоград-ской, старомарьевской, дубовской и калиновской свит.

2. Единый, по представлениям предшественников (Казаринов, 1976), сред-несарматский уровень локализации продуктивных отложений подразделяется на два самостоятельных, отделенных друг от друга стратиграфическим перерывом, уровня — среднесарматский и верхнесарматский.

3. Существенно кварцевые пески всех уровней по гранулометрическому составу относятся к тонкои мелкозернистым, по соотношению устойчивых, промежуточных и неустойчивых минералов, т. е. по коэффициенту устойчивости, отвечают продуктивным, значения их медианных размеров зерен находятся в пределах 0,09−0,13 мм и отвечают таковым наиболее крупных и богатых россыпей. Размеры зерен минералов тяжелой фракции смещены относительно кварца в сторону меньших значений, а их закономерное изменение является следствием хорошей естественной сортировки песчаного материала, его многократного переотложения и длительного совместного пребывания минералов. Качественный минеральный состав тяжелой фракции продуктивных песков Ставропольского россыпного района на всех возрастных уровнях практически одинаков, меняются лишь соотношения отдельных минералов.

4. На основании анализа структурно-текстурных особенностей, гранулометрического и минералогического состава установлены условия формирования и источники сноса разновозрастных продуктивных песков. Большая их часть принадлежит к прибрежно-морским образованиям, являющимся основным промышленно-генетическим типом титан-циркониевого сырья. Для верхнесарматского уровня на основании изменений литологического состава отложений воссозданы западное и южное ограничения бассейна осадконакопления, что позволило с большой долей уверенности связать накопление сформированных на этом уровне по обрамлению Ставропольского свода россыпей за счет перемыва среднесарматских песков. В восточной части Ставропольского района продуктивные отложения бешпагирской свиты сформированы мутьевыми потоками за счет размыва продуктивной толщи, локализованной к северу от исследованной территории в пределах «зрелой» области сноса.

5. Контуры выделенного автором Ставропольского россыпного района определяются полями развития продуктивных отложений чокракского, караган-конкского, среднеи верхнесарматского возраста, локализация которых обусловлена специфическими фациальными условиями в пределах Ставропольского свода и его обрамления. Выделенные россыпные поля объединяют сближенные контуры обогащенных песков конкретного возрастного уровня. В пределах россыпных полей по совокупности накопленных данных оконтурены участки обогащенных песков.

6. Установлены основные факторы, определяющие закономерности размещения промышленно значимых объектов Ставропольского россыпного района, — стратиграфический, тектонический, фациальный и геоморфологический. Стратиграфический фактор определяется приуроченностью продуктивных отложений к конкретным стратиграфическим уровням, которыми являются ка-лаусская (чокрак), болыпеянкульская (караган-конк), деминская и Михайловекая (средний сармат) и бешпагирская (верхний сармат) свиты. Тектонический фактор сказывается в локализации обогащенных песков непосредственно на Ставропольском своде и по его обрамлению, т. е. на тех участках, где в наиболее приподнятых частях территории создавались мелководные условия, в высокоэнергетической обстановке которых поставлявшийся материал подвергался многократному перемыву с выносом «хвостов» из зоны россыпеобразования. Фациальный фактор проявлен на всех уровнях локализации обогащенных песков и выражается в наибольшей концентрации титан-циркониевых минералов в областях, отвечающих пляжам и отмелям, их содержания несколько снижаются в зоне слабых придонных течений и волнений. В области относительно спокойной седиментации концентрации полезных компонентов наименьшие. Геоморфологический фактор оказал существенное влияние на сохранность россыпей, большая часть которых располагается на структурно-денудационных плато, бронированных устойчивыми породами. Помимо указанных факторов на формирование россыпей влияют гранулометрический и минералогический состав продуктивных песков. Первый из них выражается в приуроченности наиболее крупных и богатых россыпей к осадкам со средней размерностью зерен в пределах 0,1−0,15 мм, к которым относятся практически все россыпи Ставропольского района. Наличие в составе продуктивных песков в переменных количествах полевых шпатов и обломков пород является свидетельством формирования россыпей за счет перемыва как рудных песков, так и вмещающих их отложений. Сохранность полевых шпатов и обломков пород указывает на незначительные расстояния транспортировки размываемого материала.

7. Прогнозная оценка исследованной территории основана на воссозданных палеофациальных условиях накопления осадков. Положительно оценены поля развития среднесарматских отложений деминской и Михайловской свит в пределах Ташлинского россыпного поля (участки Петропавловский и Тугулук-ский) и верхнесарматской бешпагирской свиты. На последнем уровне локализованы наиболее значимые в экономическом отношении россыпи (Бешпагир-ское и Камбулатское месторождения) и наиболее важный, по нашему мнению, объект — Гофицкий участок. На основе установленных критериев размещения.

1к 8 промышленно значимых россыпей положительно оценены поля развития среднеи верхнесарматских отложений слабо изученного западного фланга Ставропольского россыпного района.

8. На основе анализа и обобщения имеющихся данных и личных наблюдений дана палеогеографическая характеристика уровней локализации титан-циркониевых россыпей Предкавказской россыпной провинции — чокракского, караган-конкского, среднесарматского, верхнесарматского, понтического, киммерийского и апшеронского. Формирование всех уровней, за исключением ап-шеронского, происходило за счет сноса материала с «кавказской» суши. Источником россыпей апшеронского уровня является материал кор выветривания метаморфических и магматических пород Восточно-Европейской платформы. Об этом же свидетельствуют установленные различия типоморфных признаков минералов Ставропольского и Приазовского россыпных районов.