Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные типы и условия формирования комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов 23
1.1. Общая характеристика и геолого-экономические аспекты 23
1.2. Литолого-минералогические особенности, состав, источники и.факторы формирования 28f
1.3. Главные типы комплексных россыпей тяжелых минералов 33
1.3.1. Россыпи«современных побережий 34
1.3.2. Ископаемые россыпи 36
1.4. Провинции ифайоны комплексных россыпейтяжелых минералов на территории России 40
1.4.1. Восточно-Европейская мегапровинция 42
1.4.2. Западно-Сибирская мегапровинция 43
1.5. Россыпные районы и месторождения, исследованные автором г 44
1.5.1 Зауральский россыпной район, Мансийское россыпное поле 44
1.5.2. Россыпи Ставропольского россыпного района 50
1.5.3. Кембро-ордовикские песчаники северо-запада Русской платформы 55
1.5.4. Россыпи побережья юго-западной Индии 64
1.5.5. Туганское россыпное месторождение
1.5.7. Месторождение Центральное 71
1.5.8. Малышевское россыпное месторождение 74
Глава 2. Литодинамические условия и механизмы формирования комплексных прибрежно-морских россыпейтяжелых минералов 78
2.1. Актуальность исследования механизмов россыпеобразования в береговой зоне моря и пути решения проблемы 78
2.2. Особенности гидро- и литодинамики береговой зоны моря 80
2.3. Два типа россыпных концентраций комплексных прибрежно-морских россыпей
2.4. Моделирование образования, концентраций тяжелых минералов 91
2.4.1. Условные обозначениям используемые формулы гидродинамики 92
2.4.2 Вывод формул неразмывающей придонной скорости:
на негоризонтальной поверхности дна- 98
2.4.3.0бразование россыпных концентраций в литоральной зоне/ 114
2.4:4 .Образование россыпных концентраций в сублиторальной,зоне , 117
Глава.3 Моделирование вдольберегового потока наносов:и влияние литодинамических.режимов.на процессы концентрирования тяжелых минералов 126
3.1. Создание модели вдольберегового потока наносов и концентрации в нем россыпеобразующих минералов по методу «баланса масс» 126
3.2. Проверка.адекватности модели 138
3.3. Геологическая интерпретация коэффициентов модели 150
3.4. Оптимальные параметры литодинамических факторов россыпеобразования 155
4.1. Численное математическое моделирование россыпеобразования в условиях.различных тектонических режимов и интерпретация полученных данных 162
4.2. Влияние тектонического режима на структуру россыпей Зауральского россыпного района 173
Глава 5. Обобщенная локальная прогнозно-ориентированная геолого-динамическая модель комплексной прибрежно-морской россыпи тяжелых минералов 187
5.1. Гидродинамический фактор 189
5.2. Литодинамический фактор 194
5.3: Структурно-динамический фактор. 198
5.4: Тектоническийфежим бассейна россыпеобразования 201
5.5. Взаимоотношение и взаимосвязь,выделенных факторов, 205
Глава 6. Методытримененияразработанной модели на практике и прогнозирование ископаемых комплексных прибрежно-морских россыпей на территории России ; 210
6.1. Определение входящих в модель, факторов в условиях: реальных-геологических объектов 211.
6.2. Разработкаїметодики фациальногоїанализа по типоморфным-признакам россыпеобразующих минералов и. прогнозирования технологических свойств россыпных;руд;
6:2 1. Основные типоморфныепризнаки минералов комплексных;прибрежно-морских россыпей 216
6.2.2. Минеральные ассоциации как показатель направленности россыпеобразовательного процесса 237
6.2.3. Создание Базььданных типоморфныххвойств? минераловжомплексных прибрежно-морских россыпей- 247
6.2.4. Типоморфные свойства россыпеобазующих минералов и характер минеральныхассоциаций как индикатор фауиальной природы россы пей.и их технологических свойств 249
6.3. Прогнозирование ископаемых комплексных прибрежно морских россыпей тяжелых минералов 251
Заключение 265
Литература
- Главные типы комплексных россыпей тяжелых минералов
- Два типа россыпных концентраций комплексных прибрежно-морских россыпей
- Геологическая интерпретация коэффициентов модели
- Литодинамический фактор
Введение к работе
Современное состояние и проблемы исследования комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов
Анализируя историю изучения и современное состояние проблемы комплексных прибрежно-морских россыпей (ПМР) тяжелых минералов, являющихся для промышленности основным источником, в первую очередь, титанового и циркониевого сырья, можно выделить следующее: промышленное освоение и сопутствующее ему научное изучение комплексных ПМР началось с россыпей, расположенных на современных океанических побережьях Австралии, Индии, Северной Америки, юго-восточной Африки и Бразилии. Поиски комплексных ПМР в бывшем СССР начались в 50-е годы ХХ века с поисков аналогов этих месторождений на побережьях прилегающих морей, но не увенчались сколько-нибудь серьезными успехами из-за отсутствия необходимых природных предпосылок для формирования современных комплексных ПМР. И только в пределах древних аналогов этих россыпей - в прибрежно-морских фациях палеобассейнов Восточно-Европейской и Западно-Сибирской платформ был выявлен целый ряд крупных и перспективных месторождений, что послужило созданию сырьевой базы комплексных ПМР. Эта специфика российских месторождений накладывает отпечаток на методы их изучения, геологоразведочных и эксплуатационных работ.
Трудами А.А.Малышева, С.И.Гурвича, А.М.Болотова, Г.С.Момжи, С.Н.Цимбала, Ю.А.Полканова, В.А. Даргевича, Л.Н. Казаринова, В.А.Блинова, Н.В.Хмара, А.П.Сигова, Н.А.Шило, Н.Г.Патык-Кара, Л.З.Быховского, Л.П.Тигунова, А.А.Кременецкого, А.Д.Савко, Л.П.Рихванова, Г.В.Нестеренко, Н.И.Бойко, И.Ф.Рудянова, В.С.Доля и многих других исследователей были хорошо проработаны и решены проблемы контроля металлоносности комплексных ПМР на историко- геологическом и региональном структурно-тектоническом уровне. Был выявлен региональный характер источников россыпеобразующих минералов и принадлежность бассейнов россыпеобразования к шельфовым морям пассивных континентальных окраин и внутренним крупным озерно-морским водоемам. Установлена приуроченность россыпей к главным эпохам развития кор глубокого химического выветривания, связь с зонами гумидного тропического и субтропического литогенеза, в результате чего в бассейны осадконакопления поступали большие объемы химически зрелого выветрелого обломочного материала. Исследователями была отмечена приуроченность россыпей к сводово-купольным структурам осадочного чехла платформ и большое значение для россыпеобразования устойчивых литодинамических процессов.
Обобщающим фундаментальным трудом по региональной геологии и минерагении комплексных ПМР тяжелых минералов стала последняя книга Н.Г.Патык-Кара «Минерагения россыпей» (М.: ИГЕМ РАН, 2008), которая подытожила результаты этого этапа исследований.
Выявленные ранее закономерности относились к объектам ранга
мегапровинций, провинций и россыпных районов. В тоже время, условия, определяющие локализацию и параметры россыпей в пределах россыпных зон, узлов, полей и отдельных месторождений изучены в недостаточной степени. Конкретные механизмы формирования повышенных россыпных концентраций при одинаковой гидравлической крупности вмещающих отложений и полезного компонента практически не исследованы, не определены причины формирования различных фациальных типов комплексных ПМР, отсутствует количественная оценка связи россыпной металлоносности с литодинамическими параметрами прибрежной части акватории, не выявлена связь неотектонических режимов зон россыпеобразования с условиями формирования, захоронения и сохранности древних россыпей, не разработана локальная геолого-динамическая поисково- ориентированная модель ископаемой комплексной ПМР тяжелых минералов.
Все это привело к тому, что на сегодняшний день при достаточно хорошо исследованных россыпеконтролирующих факторах регионального масштаба, условия и процессы локального контроля россыпной металлоносности изучены в недостаточной степени; отсутствует модель образования россыпных концентраций в условиях одинаковой гидравлической крупности частиц тяжелых минералов и вмещающих отложений.
Актуальность работы
Изучение комплексных ПМР тяжелых минералов является одним из важных направлений геологических исследований, обеспечивающих как общее развитие наук о Земле, так и расширение минерально-сырьевой базы, определяющей экономическое развитие страны.
В настоящее время потребности России в стратегическом титан- циркониевом сырье практически полностью обеспечиваются импортными поставками. По экспертным оценкам и прогнозам российских ученых (Быховский и др., 1998; Быховский, Тигунов, 2006), к 2015-2020 годам России ежегодно потребуется не менее 600 тыс. тонн ильменитового и до 100 тыс. тонн циркониевого концентрата; монацитосодержащие россыпи могут стать основой ториевой энергетики (Рихванов, 2010). Имеющиеся на балансе месторождения не удовлетворяют промышленность по ряду экономических и технологических показателей, поэтому изучение закономерностей формирования комплексных ПМР и оптимизация на основе этого поисков и разведки новых месторождений является важной научной, экономической и стратегической задачей.
В первую очередь это касается определения геолого-динамических факторов локального контроля россыпной металлоносности, что необходимо для создания поисково-ориентированной модели месторождения комплексных ПМР: установление гидродинамических механизмов образования повышенных россыпных концентраций и литодинамических условий, оптимальных для проявления этих механизмов, а также структурно-тектонических обстановок, благоприятных для формирования и сохранности комплексных ПМР промышленного масштаба.
Цель работы
Основной целью работы является определение факторов локального прогноза и создание на основе этого локальной поисково- ориентированной геолого-динамической модели месторождения комплексных ПМР тяжелых минералов.
Поскольку существование россыпных месторождений с промышленными параметрами определяется не только абсолютным значением отдельных факторов, но, в первую очередь, их взаимосвязью и оптимальным сочетанием на отдельных этапах развития процесса формирования россыпей, решение задач локального прогнозирования комплексных ПМР представляется возможным на основании изучения геолого-динамических факторов россыпеобразования различной природы (гидро- и литодинамических, локально-структурных и режимно- тектонических). В пределах выявленных крупных россыпеобразующих областей ранга провинций и районов конечное образование и локализация россыпных тел и месторождений происходит только при оптимальном соотношении локальных геолого-динамических условий.
Моделирование этих факторов, определение характера их взаимодействия и оценка оптимального для формирования россыпей соотношения интенсивностей различных геолого-динамических процессов, а также применения установленных закономерностей для оптимизации геологоразведочных работ является основным содержанием данной диссертационной работы.
Основные задачи исследования:
выяснение условий и механизмов формирования повышенных россыпных концентраций в различных фациально-гидродинамических условиях;
исследование влияния литодинамических обстановок на параметры, структуру и локализацию россыпных объектов;
определение влияния структурно-динамических обстановок и тектонического режима областей россыпеобразования на строение, состав, локализацию и условия сохранности ископаемых комплексных ПМР;
построение локальной прогнозно-ориентированной геолого- динамической модели месторождения комплексных ПМР тяжелых минералов для различных фациальных и литодинамических зон бассейнов россыпеобразования;
определение способов формализации геолого-динамических факторов россыпеобразования и применения разработанной модели в практических прогнозных целях.
Защищаемые положения
-
-
Формирование двух генетических типов россыпей - литорального (пляжевого) и сублиторального (мелководного) обуславливается двумя различными механизмами концентрирования тяжелых минералов.
-
Наиболее благоприятными для образования комплексных прибрежно-морских россыпей являются участки аккумулятивных побережий, где в результате замедления вдольберегового потока наносов и многократной переработки обломочного материала происходит устойчивое обогащение и накопление тяжелых минералов.
-
Режим неотектонических движений в пределах локальных сводово-купольных поднятий осадочного чехла контролирует локализацию россыпевмещающих структур и определяет морфологические параметры, состав и сохранность ископаемых комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов.
-
Создание локальной поисково-ориентированной геолого- динамической модели ископаемой комплексной прибрежно-морской россыпи тяжелых минералов дает возможность определять локализацию объекта и характер россыпной металлоносности разведуемых территорий, устанавливать наиболее перспективные параметры поисково-разведочной сети и прогнозировать качество россыпных концентратов.
Научная новизна
выявлен механизм образования россыпей двух фациальных типов (пляжевого и мелководного морского) в условиях эквивалентных гидравлических крупностей частиц вмещающих осадков и россыпеобразующих компонентов;
дана количественная оценка взаимосвязи литодинамических параметров бассейна с характеристиками россыпной металлоносности;
установлено влияние тектонического режима области россыпеобразования на параметры ископаемых комплексных ПМР тяжелых минералов;
- разработана поисково-ориентированная геолого-динамическая модель комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов и предложены методы формализации геолого-динамических факторов россыпеобразования для применения разработанной модели в практических условиях геологоразведочных работ.
Фактический материал был собран при проведении исследований комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов России - ископаемых титан-циркониевых россыпей и россыпепроявлений Восточно-Европейской и Западно-Сибирской россыпных мегапровинций, а также современных россыпей побережья Каспийского моря (Дагестан) и юго-западного побережья Индии.
Исходными материалами для диссертации послужили результаты собственных полевых, лабораторных и экспериментальных работ, собранные при участии автора во время проведения совместных исследований с организациями: ООО НПП «Техноцентр» и «Кавказгеолсъемка» (Ставропольский край), Институтом геологии Дагестанского научного центра РАН (г. Махачкала), НПЦ «Мониторинг» (г. Ханты-Мансийск), ОАО «Центральная геофизическая экспедиция» (г. Новосибирск), кафедрой литологии, морской и нефтяной геологии геологического ф-та СПбГУ (г. Санкт-Петербург) и кафедрой полезных ископаемых КГУ (г. Казань).
По тематике исследования современных титан-циркониевых россыпей Индии в рамках проекта IGCP-514 и программы двустороннего научного обмена между Индийской национальной академией наук (INSA) и Российской академией наук, совместно с департаментом Морской геологии и геофизики Университета науки и технологии (г. Кочин), Центром изучения наук о Земле (Centre for Earth Science Studies) (г. Тривандрум) и Национальным океанографическим институтом Индии (г. Панаджи) было проведено исследование россыпных прибрежно- морских месторождений тяжелых минералов Чавара (штат Керала), Манавалакуричи (штат Тамилнаду) и Ковалам-бич (Панаджи).
При выполнении работы были проанализированы и использованы как опубликованные, так и фондовые материалы предшествующих исследований комплексных ПМР различных регионов мира.
Методика исследований
На стадии полевых работ производилось изучение естественных обнажений и искусственных горных выработок, керна скважин колонкового бурения, при этом основное внимание уделялось описанию текстурно-литологических характеристик отложений, что в дальнейшем легло в основу палеофациальных реконструкций бассейна россыпеобразования.
При изучении современных россыпей исследовалась морфология береговой зоны и, если это было возможно, подводного мелководья, производилось описание донных и внутрислоевых текстур, что служило основой реконструкции литодинамики побережья.
На лабораторной стадии изучался гранулярный, минеральный и химический состав осадков в целом и, в особенности, тяжелой фракции. На стадии специальных минералогических исследований с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопа изучались основные россыпеобразующие минералы, химический состав основной массы и микровключений диагностировался с использованием микрозондового анализа.
Для обработки результатов исследований широко применялись методы статистического и динамического (аналитического и численного) математического моделирования.
Публикация результатов исследования и апробация работы
По теме диссертации опубликовано 77 печатных работ, в том числе 13 в журналах, рекомендованных ВАК. Основные положения работы докладывались на 19 международных совещаниях: Владивосток 2004, Москва 2004, 2006, 2007, Ницца 2004, Торонто 2005, Санкт-Петербург 2005, Пермь 2005, Льеж (Бельгия) 2006, Мельбурн 2006, Вена 2007, Пекин 2007, Тривандрум (Индия) 2007, Осло 2008, Судак (Украина) 2008, Гуйлинь (Китай) 2009, Новосибирск 2010, Мендоза (Аргентина) 2010, а также многочисленных российских и региональных конференциях. Автор являлся руководителем и ответственным исполнителем по 4 проектам НИР и 4 грантам РФФИ.
Практический вклад
В рамках договора с ФГУП ВИМС по теме: «Разработка критериев локализации и обоснование перспектив комплексных титан-циркониевых россыпей в Зауральском районе Западносибирской плиты (Мансийская и Северо-Сосьвинская площади, ХМАО)» было проведено литолого- фациальное районирование перспективных площадей, даны рекомендации по дальнейшему направлению геолого-поисковых работ и разработано «Методическое руководство по полевому изучению текстур осадочных пород при проведении поисковых работ на титан- циркониевые россыпи».
Разработанная в рамках договора с ОАО «НПЦ Мониторинг» Департамента по нефти, газу и минеральным ресурсам ХМАО-Югры по теме «Прогнозно-поисковое моделирование россыпного поля на базе ГИС-технологий и разработка критериев контроля титан-циркониевой металлоносности в целях оптимизации поисковых работ в пределах Умытьинской площади» и Государственного контракта №12/08.49 (37000.08.000053) от 10.12.08 г., литолого-фациальная модель образования комплексных ПМР была применена при прогнозировании параметров олигоценовых россыпей Зауральского россыпного района Западно-Сибирской россыпной провинции. По результатам этих исследований были сделаны рекомендации по проведению поисково- разведочных работ на Мансийской площади ХМАО. Сделанный прогноз подтвердился выявлением на участке Умытьинский россыпных объектов, параметры которых близки к промышленным.
Предложена методика палеофациального анализа по типоморфным характеристикам россыпеобразующих компонентов, которая дает возможность определять локализацию россыпных объектов и характер металлоносности разведуемых территорий, выделять наиболее перспективные участки и рационально распределять и использовать объемы геологоразведочных работ при изучении погребенных россыпей по керну скважин, когда текстурные особенности отложений, применяемые при традиционном фациальном анализе, не могут быть исследованы в необходимом объеме.
В рамках этого же проекта совместно с Институтом космических исследований РАН разработана авторская программа обработки данных поисково-разведочных работ «ГЕОРЕДАКТОР», позволяющая обрабатывать результаты опробования горных выработок, строить геологические разрезы и производить подсчет запасов россыпных месторождений.
В пределах кембро-ордовикских терригенных отложений северо- востока Русской платформы установлена структура минеральных полей титан-циркониевых минералов и определены литофациальные зоны, перспективные на выявление титан-циркониевых россыпей.
В рамках договора с ООО «Техноцентр» по проекту «Геологическое изучение южной части Бешпагирского месторождения титан- циркониевых песков» (2005 г.) проанализирована литолого-минеральная структура россыпного поля в пределах Бешпагирского месторождения и Ставропольского россыпного района в целом. Установлена технолого- минералогическая зональность района и прослежена пространственная изменчивость степени вторичных изменений ильменитовых концентратов в контуре Бешпагирского месторождения.
Структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения и содержит 293 страницы текста, 75 рисунков и 11 таблиц. Список литературы включает 267 наименований.
В главе 1 дается описание объекта исследований - современных и ископаемых комплексных ПМР, их морфоструктурных, фациальных, литодинамических и литолого-минералогических особенностей.
В главе 2 исследуется гидро- и литодинамика прибрежно-морской зоны россыпеобразования и описываются механизмы концентрации тяжелых минералов в различных динамических зонах.
В главе 3 рассмотрены математическая модель вдольберегового потока наносов, влияние разных литодинамических режимов на процессы концентрирования тяжелых минералов и определены оптимальные условия для образования комплексных ПМР.
В главе 4 моделируются тектонические режимы областей россыпеобразования и определяется их влияние на структуру, состав, локализацию и условия сохранности ископаемых комплексных ПМР;
В главе 5 приводится обобщенная локальная прогнозно- ориентированная геолого-динамическая модель месторождения комплексных ПМР тяжелых минералов для различных фациальных и литодинамических зон бассейнов россыпеобразования.
В главе 6 содержатся рекомендации по практическому использованию предлагаемой модели и дается прогноз комплексных ПМР тяжелых минералов в пределах исследованных россыпных районов и провинций.
Благодарности
Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность (к огромному сожалению, уже ушедшим от нас): своему отцу, геологу с 40- летним стажем, первооткрывателю золотых и оловяных месторождений Колымы, Лаломову Валериану Александровичу, первому учителю в геологии - профессору Николаю Васильевичу Логвиненко, академику Николаю Алексеевичу Шило, с которым автору посчастливилось обсудить некоторые вопросы диссертации, и Наталии Георгиевне Патык-Кара, которая помогла определить основное направление данной работы. Большое спасибо член-корреспонденту РАН Юрию Григорьевичу Сафонову, докторам геолого-минералогических наук Б.А.Богатыреву, Ю.Ю.Бугельскому, Л.З.Быховскому, А.В.Волкову, Ю.О.Гаврилову, А.А.Кременецкому, К.В.Лобанову, В.А.Наумову, О.Б.Наумовой, В.М.Новикову, И.Г.Печенкину, В.Н.Холодову, В.И.Черкашину, И.А.Чижовой, кандидатам геолого-минералогических наук А.А.Бочневой, А.В.Григорьевой, В.Г.Изотову, Л.И.Исаковой, В.У.Мацапулину, Л.М.Ситдиковой, Л.В.Спорыхиной, М.А.Тугаровой, Р.М.Чефранову за творческое сотрудничество, конструктивную критику, полезное обсуждение материалов и помощь в проведении исследований. Спасибо сотрудникам НПЦ «Мониторинг» (г. Ханты- Мансийск) О.П.Федорову, В.И.Кудрину, В.А.Трофимову, НПП «Техноцентр» (г. Есентуки) А.Т.Васильеву, Кавказгеолсъемка Н.И. Пруцкому, доценту каф. Литологии СПбГУ М.В.Платонову, старшему исследователю Centre for Earth Science Studies (Индия) Сурешу Бабу за помощь в проведении полевых работ. Отдельное спасибо моему другу и коллеге С.Э.Таболичу и почетному председателю французского отделения Международной ассоциации седиментологов Ги Берто.
Главные типы комплексных россыпей тяжелых минералов
В первую очередь,это касается определения факторов локального контроля- россыпной» металлоносности и выявления, механизмов образования промышленных россыпных концентраций и, тектонических закономерности их сохранности в ископаемом1» состоянии: Это необходимо для создания поисково-ориентированной модели
В области исследования типоморфных особенностей и вторичных изменений россыпеобразующих минералов необходимо выявление зависимости- этих параметров от фациально-литодинамических условий бассейнов осадконакопления, что позволит реконструировать в прогнозных целях палеофациальные условия- россыпеобразования по микрокомпонентамфоссыпей (Patyk-Kara et al., 2006).
Основной целью работы является определение факторов локального прогноза и создание на их основе локальной поисково ориентированной геолого-динамической модели месторождения аллохтонных комплексных ПМР тяжелых минералов.
Поскольку существование россыпных месторождений с промышленными параметрами определяется не только абсолютным значением отдельных факторов, но, в первую очередь, их взаимосвязью и. оптимальным сочетанием на отдельных этапах развития процесса формирования: россыпей; решение? задач-локального прогнозирования комплексных ПМР представляется . возможным, на основании изучения динамических, факторов россыпеобразования различной: природы (гидро- и литодинамических, локально-структурных, и режимно- тектонических). В пределах выявленных крупных россыпеобразующих, областей фанга провинций-и районов; существование которых контролируется региональной тектонической структурой; геологическим строением, историей, развития и палеоклиматом, конечное образование и локализация россыпных тел и месторождений происходит только при. оптимальном соотношении локальных геолого-динамических условий.
Моделирование этих факторов, определение характера их взаимодействия и. оценка оптимального- для- формирования россыпей соотношения интенсивностей различных геолого-динамических процессов, а также применение установленных закономерностей, для, оптимизации геологоразведочных работ является основным содержанием данной диссертационной работы.
Основные задачи исследования: - выяснение условий, Hf механизмов формирования повышенных россыпных концентраций в» различных» фациально-гидродинамических условиях; - исследование влияния: литодинамических- обстановок на параметры, структурой локализацию россыпных объектов; - определение влияния структурно-динамических обстановок и тектонического режима областей россыпеобразования на строение, состав, локализацию и условия сохранности ископаемых комплексных ПМР; - построение локальной прогнозно-ориентированной геолого-динамической модели месторождения комплексных ПМР тяжелых минералов для различных фациальных И литодинамических зон бассейнов россыпеобразования; - определение способов формализации геолого-динамических факторов россыпеобразования и применения разработанной модели, в практических прогнозных целях.
Научная новизна - выявлен» механизм, образования россыпей двух фациальных типов (пляжевого.и мелководного, морского) в условиях эквивалентных гидравлических крупностей частиц вмещающих осадков, и россыпеобразующих компонентов; - дана количественная оценка взаимосвязи! литодинамических параметров бассейна с характеристиками россыпной металлоносности; - установлено влияние тектонического режима, области россыпеобразования на параметры ископаемых комплексных ПМР тяжелых минералов; - определены характерные типоморфные особенности и вторичные изменения россыпеобразующих минералов в различных фациальных зонах бассейна россыпеобразования; полученные закономерности использованы для разработки методики реконструкции, палеофациальных условий россыпеобразования в прогнозно-поисковых целях.
Два типа россыпных концентраций комплексных прибрежно-морских россыпей
Характеризуя общую связь россыпей и россыпеобразующих формаций можно выделить две группы источников питания комплексных ПМР тяжелых минералов - первичные источники, представленные разнообразными по составу кристаллическими породами; историчные осадочные (промежуточные коллектора). источниками ильменита и титаномагнетита являются плутогенные породы основной серии и основные вулканогенные породы (Шило, 1982; 2002). Для рутила, дистена, силлиманита, ставролита, граната, а также метаморфогенных алмазов характерна связь с метаморфическими комплексами высоких стадий метаморфизма (Калюжный, 1982), гранутилы и эклогиты. Источники циркона, монацита, ксенотима - нормальные и щелочные граниты и ультраосновные (I щелочные породы. Для алмаза и его спутников источниками являлись побережья умеренных и высоких широт не благоприятны для возникновения масштабных комплексных ПМР.
В тектоническом плане наиболее благоприятными для россыпеобразования являются области стабильной тектонической (палеотектонической) обстановки, обеспечивающие слабое воздымание суши w трансгрессивно-регрессивные колебания уровня моря: В наиболее полном виде этот фактор реализуется современных шельфовых, морях- и палеобассейнах пассивных континентальных. окраин.
С геоморфологической-позициижомплексные, ПМР образуются-на выравниваемых абразионно-аккумулятивных или выровненных1 аккумулятивных, песчаных, берегах, формирующихся В условиях постепенного понижения уровня моря (трансгрессивно-регрессивные серии- береговых линий); подчиненное, значение имеют дельты (палеодельты) и аккумулятивные аллювиальные равнины!
Сточки зрения динамики, среды, осадконакопления необходимы литодинамические w аэродинамические условия, обеспечивающие стабильную гравитационную сепарацию минералов в водной среде, в зоне волнового воздействия и вдольберегового дрифта наносов, av также в воздушной среде при перевевании пляжевых песков и образовании, дюнного, комплекса: Большинство современных крупных россыпей располагается на океанических побережьях с развитием длиннопериодических волнений типа зыби (Айнемер, Коншин, 1982).
Отсутствие хотя бы одного, из перечисленных факторов отрицательно сказь1ваехся на пр(оцессе фррмирования_комплексных ПМР. Среди современных комплексных. ПМР тяжелых минералов наиболее известны пляжевые россыпи Австралии и Индии, а также эоловые месторождения Южно-Африканского побережья. Современные россыпи сублиторали известны и изучены гораздо меньше в силу их неблагоприятных горно-технологических условий, хотя данные о наличии обширных зон повышенных россыпных концентраций имеются во всех крупных районах развития комплексных ПМР.
Среди ископаемых россыпей в фациальном плане преобладают сублиторальные осадки морского мелководья с умеренной гидродинамикой? среды при подчиненной роли; субаэрального дюнного комплекса (Лукояновское, Бешпагирское, Ордынское; Тарское и- др. месторождения, Россииг и россыпи-гиганты ВИМ типа Австралии).» Реже встречаются ископаемые пляжевые россыпи? (Уимен и Гингко. в Австралии; россыпные тела сарматского, комплекса Малышевского месторождения, в Украине), а, также сопряженные» с ними, дельтовые фации (Центральное), реже континентальные аллювиально-озерные отложения (Тулун, Приобский .потенциальный район).»
Отличительной особенностью. россыпных месторождений тяжелых минералов ископаемых формаций, как правило, является плохая сохранность рудных залежей» пляжевой зоньни доминирование россыпей подводного берегового склона; формировавшихся ниже области прямого волнового воздействия, всегда более мелкозернистых и труднее обогатимых, по сравнению с рудоносными песками зоны литорали.
Геологическая интерпретация коэффициентов модели
Задачей настоящей главы является нахождение зависимости неразмывающей придонной скорости потока от угла наклона- дна к горизонтальной поверхности, или, точнее - к поверхности гравитационного геоида.- Привыводе этой зависимости предполагается, что общепринятые формулы неразмывающей скорости, для рассматриваемых в настоящей работе фракций наносов, будучи проверенными большой практикой, адекватно описывают условия начала движения донных частиц и, следовательно, достаточно полно учитывают основные действующие на частицы наносов силы. По видимому, выводить свои формулы движения наносов при их существующем изобилии не имеёт смь1сла. В тб же времяготсутствие-в большинстве общепринятых формул угла наклона дна делает затруднительным их применение для описания движения наносов на важных локальных участках концентрирования рудных частиц: лобовых особенно, тыловых откосах донных гряд, зонах волнового заплеска. В X настоящей работе сделана попытка адаптировать существующие общепризнанные зависимости для описания движения «рудных» и «нерудных» частиц на локальных участках дна, имеющих существенный наклон к горизонту. Принятые в настоящей работе допущения и упрощения необходимы для обеспечения возможности реального применения получаемых формул и проверки правильности подхода к решению поставленной проблемы.
Представляется, что учет донного рельефа, играющего-важнейшую- роль в концентрировании» рудных компонентов, поможет правильно оценить вклад различных литодинамических факторов в процесс образования, преобразования; уничтожения- или сохранения прибрежно-морских и аллювиальных россыпей:
Рассмотрим основные силы, действующие на покоящуюся на поверхности наклонного, дна- частицу, в момент, предшествующий началу ее движения Системы координат выберем в зависимости от одной из двух основных рассматриваемых ситуаций: 1) знакопеременные движения частиц наносов в зоне литорали под; действием разрушающихся, накатывающихся на берег и скатывающихся волн (зоназаплеска); 2) преимущественно однонаправленные движения частиц наносов в мелководной зоне вне существенного влияния- волн на дно в потоке компенсационного; вдольберегового; градиентного, сточного и т.п. придонного течения.
В ситуации, 1 начало координат выберем на поверхности суши на границе.волновог.о воздействияла_пляж,„то.есть на «сухом» краю зоны волнового заплеска. На графиках w рисунках будем изображать его слева. Ось ОХ (далее именуетсяось X) направим по поверхности пляжа и дна в сторону акватории перпендикулярно береговой линии, на графиках и рисунках - вправо. Ось Y направим перпендикулярно (в горизонтальной проекции) оси X, по поверхности пляжа. Положительное направление оси Y - против часовой стрелки от положительного направления оси X. Ось Z направим перпендикулярно поверхности дна вверх. Будем считать, что положительные скорости движения воды и наносов направлены в положительном направлении осей X, Y, Z, то же касается сил.
В ситуации 2 начало координат выберем на поверхности дна на произвольном удалении от рассматриваемого участка дна.по осиЇХ, на графиках и рисунках будем изображать, его слева. Ось ОХ (далее именуется ось X) направим по поверхностиідна5вправо. Таким образом; ось X является, в? общемі случае, криволинейной. Ось Y направим перпендикулярно (в горизонтальной проекции) оси- X, и также по поверхности,дна» Положительное направление оси Y - против часовой; стрелки, от положительного направления оси X. Ось Z направим перпендикулярно поверхности дна- вверх. В связиі с тем, что кривизна донных форм рельефа (гряд, рифелей и т.п.) мала- по сравнению с размерами рассматриваемых частиц наносов-, сочтем факт не параллельности ocewZ, проведенных,из разных точек, не влияющим на выводько поведении частиц у поверхности дна Будем считать, что преобладающее направление течения (то есть без учета пульсационных составляющих, а также обратных течений в вихрях типа-вальцов над тыловыми скатами:донных гряд) направлено. по оси, X. В этом направлении любые «нормальные», то есть направленные вдоль оси X, скорости и силы будем считать положительными, в противоположном - отрицательными. Скорости и силы,-направленные вверх по оси Z; будем считать положительными, вниз - отрицательными.
Для обеих ситуаций являются общими следующие условия: положительным углом (ф) наклона оси X к поверхности гравитационного геоида будем считать «спуск» дна по положительному направлению оси X (на графиках и рисунках - слева направо), отрицательным -«подъем» дна в этом направлении. В формулах, в которых используются обозначения сил, эти величины считаются приведенными по модулю, то есть знаками плюс и минус в формулах указываются направления действия сил по осям.
Величины скоростей, ускорений, а также углов в формулах принимают как- положительные, так и отрицательные значения в соответствии-с вышеуказанной системой.
При» необходимости, для более ясного понимания смысла зависимости, углы, ускорения и- скорости приводятся по модулю с соответствующим знаком перед обозначением модуля.
На основании предположения о частых подвижка донных частиц, в данной работе пренебрегаем отдельным рассмотрением в уравнениях сил сцепления- между, частицами? отличающихся по своей, природе от сил трения. Будем полагать несвязанными наносы, состоящие из «отмытых» от глинистой составляющей, неслежавшихся и неуплотненных слоев преимущественно кварцевых шарообразных частиц. В связке предполагаемой-незначительностью-сил сцепления, допускаем; что их влияние на начало движения находит отражение в величинах коэффициентов сопротивления началу движения. Кроме того, необходимо отметить, что сила трения покоя, пригружающая сила и, сила» сцепления прекращают свое действие на частицу практически1 одновременно, за весьма малый промежуток времени - возможно, сотые доли секунды - с момента начала1 движения_част.ицы,
Литодинамический фактор
Данная модель действует как в масштабах крупных месторождений, так и в микромасштабе россыпепроявлений небольших водоемов, образую природную физическую модель образования россыпей в условиях регрессии бассейна. В небольшом (несколько десятков метров) водоеме в песчаном карьере в пределах Мансийского россыпного поля под действием мелкого ветрового волнения и продуцированных им течений происходит концентрирование тяжелых, преимущественно титановых, минералов, причем дифференциация материала приводит к образованию двух типов концентраций -«литорального» на урезе и «сублиторального» на некотором удалении от береговой линии. Исследование гранулярного и минерального состава образованных россыпных концентраций показало, что в составе тяжелой фракции обеих зон преобладают минералы россыпной ассоциации (ильменит, лейкоксен, циркон и рутил), в то время как крупность минералов несколько.различается: на урезе основная;масса тяжелых минералов содержится в классе крупности 0.25-0; 1 ММ; (64%; от общего:выходэйтяжелых; минералов), віто время?как на;удалении;от уреза тяжелые минералы! концентрируются в классах 0.1-0Ю5шм (48%
По мере отступания береговой! линии? на; прилегающей; суше образуется «лестница» тел пляжевого типа; которая частично? размываетсякт переоткладывается на: новом: уровне; стояния бассейна; частично консервируется в субаэральных условиях: Телаамелководного типа,1, попадая в зону повышенной; гидродинамикиїтакже размываются ИІ переоткладываются наї более низком: гидродинамически устойчивом: уровне; Данная естественно-природная физическая модель прибрежно-морского? россыпеобразования: в; микромасштабе отражает процессы, которые? осуществляются в; пределах крупных, месторождений? комплексных ПМР тяжелых минералов;
Если при общем колебательном: режиме преобладает трансгрессия; то наблюдается-, образование большой по: мощности? толщи:ритмично слоистых металлоносных; отложений;Примеромітакой россыпи: является суперкрупное месторждение WIM-150 в бассейне Мюррей} Австралия (Bergman; Mackenzie, 1998), а также Тарская и Ееоргиевская россыпи; Западно-Сибирской: россыпной мегапровинции (Либер; Крайтор; 1996).
Особенности тектонических движений в пределах сводово-купольных структур определяют характер локализации, структуру; и? литолого-фациальные особенности формировавшихся комплексных ПМР тяжелых минералов: на обрамлении осевой, зоны сводов, преобладают движения положительного знака, выявляются металлоносные отложения палеолиторали; в периферических частях сводов, для которых более характерны нейтрально-отрицательные движения, где поддерживались условия морского мелководья, преобладают россыпи мелководной фациальной зоны.
Так, для Мансийской площади ХМАО, россыпные тела литорального типа выявлены в эндоконтакте Даниловского и Северо-Умытьинского сводов, в то время как на флангах за пределами положительных структур установлены россыпепроявления мелководно-морского генезиса (рис. 4.4).
Тектоно-фациальная схема участка Умытьинский Мансийской площади ХМАО с элементами россыпной металл оносности. Среднеолигоценовый комплекс: 1 - мелководно-морские отложения промежуточного коллектора. Верхнеолигоценовый комплекс: 2 - фации палеодельты, 3 - фации литорали, 4 - фации мелководья с умеренной динамикой, 5 - фации мелководья со слабой гидродинамикой; 6 - россыпи литорального типа, 7 - россыпи мелководного типа, 8 - преобладающие направления ветроволнового воздействия палеоакватории; 9 - направления вдольберегового потока наносов; 10 - границы сводово-купольных структур на уровне подошвы продуктивных отложений; 11 - сводово-купольные структуры: I - Даниловский купол, II - Северо-Умытьинский купол.
Таким образом, режим неотектонических движений в пределах локальных сводово-купольных поднятий осадочного чехла контролирует локализацию россыпевмещающих структур и определяет морфологические параметры, состав и сохранность ископаемых комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов.
На территорию западной части ХМ АО, в общих чертах ограниченной- с востока долиной р. Оби, распространяются два \ региональных минерагенических участка, перспективных- на ранних этапах своего развития связанные с открытыми океаническими бассейнами - Полярным на севере и Тетическим (через Тургайский прогиб) на юге, причем эта сквозная связь поддерживалась до первой половины эоцена включительно. Для рассматриваемой территории чрезвычайно важным представляется тот факт, что на этом этапе развития предположительно осуществлялась связь Западно-Сибирского бассейна также с эоценовым бассейном Печорского сектора, чему способствовало «низкое» положение Урала, значительная.часть которого представляла?собой пенеплен.
Постепенное сокращение площади бассейна, начавшееся в середине эоцена, привело к тому, что в конце эоцена связь Западно-Сибирского бассейна с Арктическим океаном была полностью утрачена, и сам бассейн npeepaTnncfls в глубоко вдающийся в сушу залив окраинных морей восточной части Тетиса (История ..., 1987). Можно предположить, что разделение Западно-Сибирского и Арктического бассейнов, было обусловлено заложением субширотной морфоструктурьь Сибирских увалов, впоследствии игравших роль важнейшего водораздела второго порядка.
Начиная с палеоцена до конца эоцена происходило также постепенное изменение климата - от тропического муссонного до средиземноморского субтропического, в том, числе иі в период позднетавдинской трансгрессии позднего эоцена, что на фоне общего сокращения площади бассейна способствовало вовлечению в частичный перемыв-и переотложение-ранее сформированных осадков. Это особенно отчетливо проявилось в процессе дальнейшего развития территории - в олигоцене, когда полуотчлененный морской бассейн заметно сократился, утратил связь с морями Тетическои области и превратился в замкнутое море-озеро.
Сокращение площади бассейна и изменение его конфигурации происходило на фоне" заметной активизации тектонических движений, отвечающих первой фазе неотектонического этапа, приходящейся на олигоцен-начало миоцена. Эти процессы в пределах рассматриваемой площади проявились в активизации систем разломов двух главных направлений: северо-западного и субширотного, северо-восточного. Наиболее контрастно в рельефе и в морфоструктуре поверхности проявлена система нарушений северо-западного направления, пересекающая на западном фланге структуры Уральского пояса. Ее ярким выражением является так называемая зона Хуготских сдвиговых дислокаций, частично «освоенная» современной долиной р. Оби.
В пределах изучаемой территории просматривается? область наиболее контрастного проявления структур северо-западного направления, выделяемая нами как Северо-Сосьвинско-Хуготский вал (рис.4.5). Ширина» этой морфоструктурной области, под острым углом подходящей к Уралу в пределах рассматриваемой территории колеблется, от 100 км и более вблизи долины р. Оби до 200 км на северо-западном фланге. Характерная особенность морфоструктуры -высокая контрастность блоковых, сдвиговых и диапировых деформаций; затрагивающих и верхниегоризонты осадочного плитного чехла, в, том числе осадки атлым-новомихайловской свиты олигоцена. В частности, в пределах Хуготской площади эти деформации обуславливают колебания уровня кровли песков атлым-новомихайловской свиты в несколько десятков метров, что обуславливает сложные горно-геологические условия залегания россыпного пласта.
Похожие диссертации на Локальные геолого-динамические факторы формирования комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов
-
