Structural-lithological geological-genetic model and mineral composition of Krasnokutskaya rare-metal-titanium placer deposits (Ukraine)

Full Text

Краснокутское редкометалльно-титановое (“титано-циркониевое”) россыпное месторождение, стоящее на балансе Украины, находится в северо-восточной краевой зоне Днепровско- Донецкой впадины (ДДВ), в пределах Краснокутского россыпного поля Харьковского россыпного района Харьковско-Сумской россыпной зоны [Атлас …, 2001] (рис. 1).

 

Рис. 1. Геологическое строение Харьковского россыпного района, по [Романов, 1976] с изменениями.

1 — средний олигоцен, межигорская свита, пески зеленовато-серые, глауконитовые, мелкозернистые; 2 — нижний миоцен, новопетровская свита, пески светло-серые, желтоватые, иногда с пестрой окраской, в верхней части каолинистые, мелко- и среднезернистые; 3 — верхний олигоцен, берекская свита, пески светло-серые, зеленоватые, с единичными зернами глауконита, мелкозернистые, в подошве глины зеленовато-серые, бурые с прослойками песка желтовато-зеленого, разнозернистого; 4 — верхний миоцен, толща пестрых и темно-серых глин; 5 — направление сноса титановых и циркониевых минералов; 6 — положение береговой линии в результате трансгрессии Субпаратетиса; 7 — контуры месторождений; 8 — месторождения редкометалльно-титановых руд (1 — Краснокутское, 2 — Мерчинское, 3 — Нововодолажское, 4 — Богодуховское, 5 — Куземинское).

 

Территория Украинского щита (УЩ) и ДДВ являлась основным титанодобывающим районом СССР и СНГ, в первую очередь — за счет суперкрупного и высокорентабельного Самотканского (Малышевского) россыпного месторождения, в то же время другие аналогичные объекты региона оставались вне зоны научного, геологоразведочного и промышленного интереса. В настоящее время запасы Самотканского месторождения истощаются, поэтому информация о других редкометалльно-титановых россыпных объектах является актуальной.

Палеофациальная зональность и развитие россыпеобразующих систем региона определялись особенностями замкнутого континентального бассейна, который включал суббассейны ДДВ и УЩ, протягивался от Западно-Европейской плиты до Предуралья и получил название “Субпаратетис” [Зосимович и др., 1989]. Миоценовое россыпеобразование происходило на обширной территории, включающей геоструктуры первого порядка Восточно-Европейской платформы — Днепровско-Донецкую впадину, склоны Украинского щита и Воронежского массива, и охватывало две палеогеографические области осадконакопления: континентальную и бассейновую — собственно Субпаратетис. В пределах всей этой территории можно выделить четыре формационно-вещественные системы россыпеобразования, в состав которых входят основные россыпные поля и группы месторождений: Самотканское, Краснокутское, Тарасовское и Иршанское [Патык-Кара, 2008].

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КРАСНОКУТСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

С точки зрения современной геоморфологии, исследованное Краснокутское месторождение размещается на древнем междуречье, восточная часть которого представляет собой плато высокого уровня (отметки поверхности 170–200 м). Западная часть относится к плато низкого гипсометрического уровня (отметки 150–170 м).

В морфологическом отношении, месторождение представляет собой группу россыпных тел, состав и строение которых определяются юго-западной ориентировкой аллювиально-дельтового комплекса, являющегося источником россыпеобразующих компонентов, и регрессивной серией береговых линий, имевших северо-западное простирание.

На площади месторождения выделяются четыре рудные залежи — Козиевская, Степановская, Центральная и Южная [Романов, 1976]. При суммарной протяженности россыпных тел 11 км, ширине 3.8 км, мощности пласта 6.3 м и среднем содержании суммы рудных компонентов 26 кг/м ³ (99 кг/м ³ условного ильменита, с коэффициентами 1 для ильменита и 5 для рутила, лейкоксена и циркона), запасы месторождения оцениваются в 6.8 млн т [Титановые …, 1967].

Продуктивные отложения обычно состоят из прослойков и линз песков с разной концентрацией тяжелых минералов. Контуры рудных тел устанавливаются только по результатам опробования. В разрезе залежи обычно представлены одно, реже два‒три рудных тела, которые разделены песками с некондиционным содержанием тяжелой фракции. Количество рудных прослойков и линз уменьшается с северо-востока на юго-запад. Мощность россыпи увеличивается от ее периферии к центру.

Выход тяжелой фракции и главных рудных минералов из продуктвных отложений изменяется по площади и по разрезу россыпи. Выход коллективного концентрата (суммарного содержания ильменита, рутила, лейкоксена, циркона, монацита, дистена, силлиманита, ставролита) варьирует от сотен граммов до 286 кг/м ³, в том числе измененного ильменита — до 120 (среднее по подсчетам — 10.4) кг/м ³; рутила и лейкоксена — до 14 (среднее — 7.8) кг/м ³; циркона — до 70 (среднее — 7.8) кг/м ³ [Титановые …, 1967].

ЛИТОСТРАТИГРАФИЯ НОВОПЕТРОВСКОЙ СВИТЫ

Литостратиграфический разрез новопетровской свиты Краснокутского месторождения характеризуется тремя подсвитами, относящимися к аквитанскому, бурдигальскому и лангийскому ярусам миоцена [Кравченко, 2015].

Нижняя подсвита представлена гумусированными песками с прослойками бурого угля и зеленоватых глин аквитанского яруса нижнего миоцена, залегающих на песчаных отложениях палеогена. Мощность песков колеблется от 0.3 до 5 м, достигая максимума в депрессиях кровли палеогена. По литологическому составу и мощности отложений нижненовопетровской подсвиты, на Краснокутском месторождении выделяются две полосы: восточная и западная. В западной полосе нижненовопетровская подсвита характеризуется максимальной мощностью и представлена песками с прослойками глин и угля. Пески кварцевые, гумусированные, охристо-желтые, серые, грязно-серые и черные. В песках встречаются лигнит, линзы бурого угля и тонкие прослойки черных сланцеватых глин. Общая мощность отложений достигает 5 м. В восточной полосе нижняя подсвита маломощная (0.2–3.0 м), представлена обычно зеленовато-серыми или черными слоистыми глинами. В глинах иногда встречаются тонкие прослойки песка и углефицированные растительные остатки.

Отложения средненовопетровской подсвиты относятся к бурдигальскому ярусу нижнего миоцена и выделяются по характерной отчетливо выраженной слоистости и повышенной концентрации темноцветных рудных минералов. Окраска песков обычно светло-серая или серовато-белая, но встречаются участки с грязно-серой, розовой, желтой и ржаво-желтой окраской, обусловленной присутствием гидроксидов железа и глинистого материала. Отдельные пятна грязно-серой или буроватой окраски в ожелезненных песках, обусловлены привносом гумусированного материала реками в бассейн осадконакопления. Для песков средней подсвиты, развитых на исследуемой территории, характерна тонкая, отчетливо выраженная параллельная субгоризонтальная, волнистая и перекрестная косая слоистость со знаками ряби (рис. 2). Слоистость обусловлена, в основном, гранулометрическими различиями и колебаниями концентрации тяжелых темноцветных минералов. В нижней части толщи пески интенсивно ожелезнены и включают прослои глины (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Разрез верхней и средней подсвит новопетровской свиты на площади Краснокутского месторождения (окраина с. Краснокутское).

1 — почвенно-растительный слой, 2 — осыпи, 3 — разнозернистые пески, 4 — глинистые прослои, 5 — ожелезненные прослои, 6 — косослоистые серии повышенной мощности (более 0.5 м), 7 — перекрестная косая слоистость, 8 — знаки ряби, 9 — параллельная субгоризонтальная слоистость, 10 — обогащение темноцветными минералами. N₁¹aqt_a-d — нижний миоцен, аквитанский ярус, аллювиально-дельтовый комплекс, N₁¹bur_c-m — нижний миоцен, бурдигальский ярус, прибрежно-морской литоральный и мелководно-морской комплекс, N₁²lan_e — средний миоцен, лангийский ярус, эоловый комплекс.

 

Отложения верхней подсвиты представлены разнозернистыми (преимущественно мелкозернистыми), слоистыми кварцевыми песками белыми, желтыми, розовыми, бурыми и кирпично-красными, относящимися к лангийскому ярусу среднего миоцена. Толща песков верхней подсвиты залегает на плато высокого гипсометрического уровня, абсолютные отметки ее подошвы — 140–170 м, мощность — от 0.5 до 12.6 м. Для верхней подсвиты новопетровской свиты в исследуемом районе характерно присутствие линз и прослойков крупнозернистых песков с многоярусной косой, линейной, клинообразной и диагональной слоистостью (мощность серий до 1.5–2.0 м), обусловленной, главным образом, гранулометрическими различиями.

Отобранные по разрезу пробы, по данным лаборатории ИГЕМ РАН, показали следующие величины содержания минералов тяжелой фракции: в отложениях аллювиально-дельтового комплекса — 15.5 кг/м ³, прибрежно-морского — 112 кг/м ³ и эолового — 55.1 кг/м ³, при этом содержание суммы рудных минералов (ильменита, рутила, циркона и минерального агрегата — лейкоксена) в тяжелой фракции — 85–90%.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РОССЫПЕОБРАЗУЮЩЕГО БАССЕЙНА И ФАЦИАЛЬНАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

В истории развития бассейна Субпаратетис можно выделить три этапа. Первый этап (ранненовопетровское время) связан с установлением континентального режима на территории ДДВ и большей части УЩ, и образованием аллювиально-дельтового комплекса. Начало второго этапа (средненовопетровское время) — с возникновением и существованием слабосоленого континентального водного бассейна, занимавшего прогиб ДДВ, а также смежные с прогибом площади УЩ и Воронежского массива, и началом регрессии этого бассейна, в фазах стабилизации которой формировались россыпные тела Краснокутского узла. Таким образом, крупный континентально-аквальный седиментационный бассейн средненовопетровского времени, существовавший в пределах ДДВ и прилегающих щитов, состоял из двух структурно-фациальных зон: суши и водоема конечного стока. Последний представлял собой специфическую акваторию типа “море‒озеро”, названную Субпаратетисом. Береговая линия этого бассейна проводится условно, по внешней границе прибрежных отложений. В пределах комплекса морских отложений выделяются фациальные зоны литорали, примыкающего к ней подводного берегового склона и мелководного шельфа.

Третий этап (поздненовопетровское время) соответствовал установлению континентального режима осадконакопления на всей площади Субпаратетиса. В пределах специфических форм палеорельефа, отражающих общий ландшафт усыхающих водоемов и их водоразделов, накапливались элювиально-пролювиальные, делювиальные, элювиально-озерные, озерные, эоловые отложения.

Палеофациальная модель Краснокутского месторождения

Выделение фациальных типов отложений россыпеобразующей системы Краснокутского россыпного поля проводилось на основе гранулометрических и текстурных особенностей исследованных отложений и их сравнения с типичными для различных фаций прибрежно-морского и прибрежно-континентального комплексов. В результате была построена схема пространственного распределения фациальных типов отложений Краснокутского россыпного поля.

Дельтовые отложения ранненовопетровского этапа ориентированы субперпендикулярно береговой линии и имеют субмеридианальное простирание (рис. 3). Эта зона прорезает подстилающие отложения, что подтверждает предположение об их аллювиальном происхождении [Кравченко, 2016]. В конце ранненовопетровского времени, после регрессии олигоценового моря, на территории Краснокутского месторождения устанавливается режим суши с локальным развитием аллювиальных и озерно-болотных фаций.

 

Рис. 3. Палеогеографическая схема территории Краснокутского месторождения в ранне-средненовопетровское время.

1‒3 — дельта: 1 — песок средне- и крупнозернистый, 2 — песок разнозернистый, мелко- и среднезернистый, 3 — глина; 4 — положение береговой линии на разных этапах регрессии бассейна (I–II–III); 5 — направление сноса рудного материала; 6 — движение вдольбереговых течений; 7 — контуры рудных залежей; 8 — рудные залежи (1 — Козиевская, 2 — Степановская, 3 — Центральная, 4 — Южная).

 

Дельтовым песчаным породам присуща косая разнонаправленная клиновидная слоистость, обусловленная изменениями гранулометрического состава отложений, а также присутствием темноокрашенного органического или глинистого материала и т. д. (рис. 4).

 

Рис. 4. Преимущественно однонаправленная косая клиновидная слоистость дельтовых отложений. Краснокутское месторождение, начало ранненовопетровского времени.

 

Функционирование дельты характеризовалось периодами ее латеральной миграции: как в направлении течения реки (наступление–отступление), так и в боковых направлениях (боковая миграция речного потока). Эти особенности миграции прослеживаются на литофациальных профилях и схемах площадного распределения фаций, полученных с помощью цифрового структурно-литологического моделирования [Лаверов и др., 2014].

Начальный этап средненовопетровского времени связан с относительно быстрой трансгрессией Субпаратетиса, во время которой дельтовые отложения были частично размыты и переотложены, а площадь месторождения полностью оказалась в условиях прибрежного мелководья. На конечной стадии развития трансгрессии и стабилизации береговой линии бассейна началось формирование Козиевской залежи.

В последующее время происходила регрессия моря, и фации литорали и прибрежного мелководья постепенно смещались с севера на юг. Прибрежно- и мелководно-морские отложения образуют полосы юго-восточного простирания. Зоны россыпеобразования постепенно смещались вслед за береговой линией при ее миграции, что выражено на литофациальных профилях перемещением этих зон из нижних горизонтов средненовопетровской подсвиты к средним и верхним, при этом происходил перемыв подстилающих отложений.

Результатом пространственно-временной миграции является образование трех россыпных полос на площади месторождения: северной (Козиевская залежь), центральной (Центральная и Степановская залежи) и южной (Южная залежь). Эти полосы соответствуют трем этапам временной стабилизации береговой линии бассейна, обусловивших возникновение фациальных зон россыпеобразования. Причем, наиболее “продуктивным” в этом отношении был средний этап, с отложениями которого связаны максимальные концентрации рудного материала и наиболее высокие удельные и общие запасы.

Для зон литорали и подводного берегового склона характерны разнонаправленная перекрестная косая слоистость и симметричные знаки ряби волнового типа. В зоне мелководного шельфа присутствуют знаки ряби волнения и однонаправленные косослоистые серии, характерные для подводных течений. Слоистость в песках обычно тонкая, отчетливо выраженная, обусловленная, главным образом, гранулометрическими изменениями и различной окраской отдельных слойков за счет присутствия в них глинистого или органического материала, иногда — окиси железа.

В поздненовопетровское время на территории Краснокутского месторождения, в связи с осушением Субпаратетиса, установился континентальный режим и существовала суша, в пределах которой накапливались эоловые отложения и отложения временных потоков (толща разнозернистых песков с каолинитовым и железистым цементом).

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ТОЛЩИ ПРОДУКТИВНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Общая характеристика гранулометрического состава песчаных пород приводится по данным поисково-разведочных работ [Романов, 1976] и результатам изучения опорного разреза новопетровской свиты (см. рис. 2), описанном и опробованном нами в районе с. Краснокутское; пробы были проанализированы в ИГЕМ РАН (табл. 1). Гранулометрические классы крупности >0.1 мм практически не содержат минералов рудной ассоциации, тяжелая фракция в них представлена турмалином, ставролитом, лейкоксеном и гидроксидами железа.

 

Таблица 1. Гранулометрический состав и выход тяжелой фракции из отложений новопетровской свиты (по данным лаборатории ИГЕМ РАН)

	>0.25 мм	0.25–0.1 мм	0.1–0.05 мм	<0.05 мм	выход т.ф. из пробы
Отложения	%	%	%	%	%	кг/м3
аллювиально-дельтовые	6.78 0.01	37.4 1.50	48.1 89.31	7.72 9.18	0.86	15.5
прибрежно-морские	1.07 0.00	35.5 0.81	46.8 94.05	16.6 5.14	6.22	112.0
эоловые	0.16 0.00	12.3 0.25	74.9 87.67	12.7 12.08	2.62	47.2

Примечание. т.ф. — тяжелая фракция; в числителе — гранулометрический состав отложений, в знаменателе — гранулометрический состав т.ф.

 

По результатам гранулометрического анализа, приведенным И. С. Романовым [1976], основную массу песчаных пород составляет размерная фракция 0.25–0.05 мм. Содержание крупнозернистого материала (>0.25 мм) в них не превышает 2% (табл. 2).

 

Таблица 2. Гранулометрический состав песков средненовопетровской подсвиты по данным И.С. Романова [1976]

Класс крупности, мм	Рудные пески, %			Безрудные пески, %
	от	до	среднее	от	до	среднее
>1	0.01	1.54	0.34	0.004	11.44	0.89
1–0.5	0.07	3.35	0.84	0.05	10.76	1.37
0.5–0.25	0.16	9.12	2.80	0.42	8.04	3.63
0.25–0.10	4.25	67.99	23.61	2.48	61.73	34.61
0.10–0.05	6.84	81.84	59.83	7.91	85.83	48.06
0.05–0.01	0.50	4.91	2.04	0.16	13.76	2.50
0.01–0.005	0.00	6.80	1.54	0.00	19.46	2.05
<0.005	6.00	13.20	9.00	4.76	8.75	6.89

 

Согласно классификации псаммитов [Шванов, 1987], эти породы соответствуют тонкозернистым и мелко-тонкозернистым пескам. Наилучшей отсортированностью характеризуются эоловые разности песков. В безрудных песках содержание фракции с размерностью частиц 0.25–0.1 мм увеличивается, а фракции 0.1–0.05 мм, с наиболее высоким содержанием минералов тяжелой фракции, уменьшается.

В аллювиально-дельтовых отложениях отмечаются фоновые концентрации россыпеобразующих минералов. Они являются промежуточным коллектором для основных россыпных концентраций, которые приурочены в основном к осадкам прибрежно-морской литоральной и мелководно-морской зон бассейна. Продуктивные отложения, таким образом, практически полностью относятся к прибрежно-морскому литоральному комплексу средненовопетровской подсвиты.

Для рудной толщи характерны субгоризонтальная параллельная, перекрестно-параллельная, волнистая и волнистая перекрестная формы слоистости. Наиболее отчетливо выражена слоистость рудоносных песков, в которых на общем светлом фоне контрастно выделяются темно-серые и серые тонкие прослойки, обогащенные рудными минералами. Рудоносные пески с тонкослоистой (мощность слойков до 1 см) текстурой образуют серии мощностью до 30–50 см.

В рудоносных песках наблюдается ритмичность, выраженная чередованием рудных и безрудных слойков и серий, причем разные типы слоистости характеризуются различной концентрацией рудного материала. Максимальные концентрации приурочены к толще песков с волнистой перекрестной (мульдообразной) слоистостью. Этот тип слоистости с высокой концентрацией тяжелых минералов может повторяться до 2–5 раз в разрезах рудных линз. Кровля толщи с волнистой перекрестной слоистостью ровная, подошва всегда волнистая. В кровле слоистость отчетливая, в подошве толщи — неясная. В разных фациальных обстановках россыпная минерализация имеет свои особенности: в отложениях зоны мелководного шельфа — рассеянная, равномерная; в отложениях литорали и прибрежного мелководья — распределена неравномерно, здесь сосредоточены с максимальные концентрации и запасы, в т. ч. промышленные. Эти различные структурно-текстурные особенности рудоносных песчаных пород соответствуют двум разным механизмам концентрирования тяжелых минералов в условиях прибрежно-морского россыпеобразования: первый связан с дифференцированным воздействием волновых процессов в пределах литорали, второй — с действием донных течений на мелководном шельфе [Лаломов, Таболич, 2013].

Следует особо отметить приуроченность полос рудных тел к флексуроподобным прогибам в рельефе подошвы средненовопетровской подсвиты (рис. 5). Линии простирания этих прогибов сосредоточены в пределах полосы максимальных концентраций тяжелых минералов, которая протягивается вдоль границы литоральной зоны и зоны верхнего (надводного) пляжа. Также необходимо отметить высокую степень расчлененности рельефа на площади Центрального участка месторождения, что способствовало локализации структурно-седиментационных ловушек рудного материала вкрест простирания линии палеоберега.

 

Рис. 5. Распределение содержаний коллективного концентрата в разрезе средненовопетровской подсвиты, построенном вкрест простирания Центральной залежи россыпи.

1 — дневная поверхность; 2–5 — выход коллективного концентрата, кг/м³: 2 — 0–5, 3 — 5–8.5, 4 — 8.5–19, 5 — более 19.

 

Наиболее высокие концентрации рудных минералов приурочены к прибрежно-морским отложениям средней части новопетровской свиты, по данным геологоразведочных работ выход коллективного концентрата из них достигает 286 кг/м ³ [Титановые …, 1967]. Выход тяжелой фракции из отложений аллювиально-дельтовой толщи оценивается на уровне фона. Эоловые отложения слабо металлоносны.

Распределение всех четырех рудных минералов (ильменита, псевдорутила-лейкоксена, рутила и циркона) практически идентичное, некоторое небольшое несовпадение зон их распространения обусловлено случайными локальными факторами.

Характеристика рудных тел

Основной морфологической особенностью россыпи является общерегиональный выдержанный наклон ее подошвы по отношению к осевой линии бассейна Субпаратетис и осложнение подошвенной поверхности долинообразными понижениями, которые возникли в результате действия эрозионных процессов на начальной стадии формирования бассейна средненовопетровского времени. На форму кровли, в свою очередь, наиболее существенное влияние оказали конседиментационные и эрозионные процессы после-средненовопетровского времени: неравномерное первоначальное распределение рудных минералов в отложениях (раздувы, выклинивания рудных тел, связанные с фациальными и гидродинамическими условиями) и постседиментационный размыв образованной россыпи. Участки с увеличенной мощностью продуктивного горизонта, в основном, совпадают с контурами залежей, ранее выделенных И. С. Романовым [1976] (рис. 6).

 

Рис. 6. Карта распределения мощностей рудной толщи Краснокутской россыпи.

1–4 — мощность рудной толщи, м: 1 — 0–10, 2 — 10–20, 3 — 20–30, 4 — более 30; 5 — контуры рудных залежей, по [Романов, 1976].

 

Анализа профилей рудной толщи показывает, что она не является сплошным горизонтом, а представлена несколькими рудными телами и их сериями, общие контуры которых соответствуют ранее выделенным четырем залежам. В разрезе рудные тела представлены ритмичным чередованием серий слойков, в разной степени (интенсивной, умеренной и низкой) обогащенных рудными минералами. Мощность серий изменяется от нескольких сантиметров до 1 м. В пределах серий наблюдается слоистость более низкого порядка, обусловленная чередованием очень тонких (до нескольких миллиметров) слойков с разной насыщенностью рудными минералами. В разрезах отдельных россыпей рудные тела образуют линзы, реже — линзовидные пласты мощностью 2–6 м (см. рис. 5), иногда прослеживающиеся на расстояние до нескольких километров. В плане рудные линзы представлены пятнами сложных очертаний, вытянутыми преимущественно в субширотном направлении.

Следует отметить, что приведенные особенности пространственного (по площади и в разрезе месторождения) распределения рудных тел практически полностью соответствуют теоретической модели россыпеобразования в условиях регрессии бассейна [Лаломов и др., 2010].

В связи с общей положительной оценкой промышленной значимости месторождения, для ранжирования участков по степени их перспективности нами рассматриваются следующие наиболее важные промышленные параметры: а) мощность и глубина залегания рудной толщи; б) площадное распределение содержания компонентов, в кг/м ³; в) площадное распределение удельных запасов коллективного концентрата, в кг/м ²; г) площадное распределение “условного ильменита” (УИ), кг/м ³. Последний параметр является экономическим мультипликативным показателем, оценивающим разную значимость минеральных компонентов в экономическом балансе месторождения. Коэффициенты, с которыми разные компоненты входят в показатель УИ, могут варьировать в зависимости, в первую очередь, от рыночной стоимости конкретных минеральных концентратов и, в некоторой мере, от технологических свойств: 1 — для ильменита, 1–5 — для лейкоксена, 5–7 — для рутила и циркона [Лаломов и др., 2010; Левченко, 2011]. Показатель УИ является повышенным для Краснокутской россыпи: при не очень высоком валовом выходе коллективного концентрата, его состав характеризуется высокими содержаниями циркона и рутила, которые входят в состав УИ с повышающими коэффициентами.

Так, по данным [Титановые …, 1967, с. 498, табл. 5.8], выход концентрата Краснокутской россыпи — 33 кг/м ³, при содержании измененного ильменита 10.4 кг/м ³, рутила 6.5 кг/м ³, лейкоксена 1.3 кг/м ³ и циркона 7.8 кг/м ³, т. е. рутил и циркон составляют 48% концентрата по весу. В пересчете на УИ их значимость возрастает до 83%. Примерно такие же значения получены по данным минералогического анализа состава продуктивного пласта россыпи, проведенного в ИГЕМ РАН (табл. 3). Таким образом, минеральный состав коллективного концентрата и разная экономическая стоимость его компонентов, выраженная в показателе УИ для Краснокутской россыпи имеет важное значение.

 

Таблица 3. Минеральный состав тяжелой фракции в отложениях верхней и средней подсвит новопетровской свиты (по данным минералогического анализа лаборатории ИГЕМ РАН)

Отложения	аллювиально-дельтовые		прибрежно-морские		эоловые
	%	кг/м3	%	кг/м3	%	кг/м3
Выход т.ф.*	100	15.5	100	112.0	100	47.2
Ильменит**	36	5.6	33	37.0	31	17.1
Лейкоксен	7	1.1	5	5.6	15	8.3
Рутил	22	3.4	28	31.4	23	12.7
Анатаз	зн	<0.15	1	1.1	зн	<0.55
Брукит	н.о.	н.о.	зн	<1.1	н.о.	н.о.
Циркон	18	2.8	22	24.6	18	9.9
Циркон метамиктный	2	0.3	2	2.2	2	1.1
Монацит	н.о.	н.о.	0.5	1.0	зн	<0.55
Бадделеит	зн	<0.15	зн	<1.1	зн	<0.55
Ставролит	5	0.8	2	2.2	н.о.	н.о.
Турмалин	2	0.3	1	1.1	2	1.1
Кианит	3	0.5	2	2.2	4	2.2
Силлиманит	5	0.8	4	4.5	5	2.8
Топаз	н.о.	н.о.	зн	<1.1	н.о.	н.о.
Корунд	н.о.	н.о.	н.о.	н.о.	зн	<0.55

Примечание. *т.ф. — тяжелая фракция; **лейкоксенизированный ильменит и псевдорутил; зн — “знаки”, содержание минерала менее 1%; н.о. — минерал не обнаружен.

 

Выделенные параметры не всегда одинаково влияют на промышленный потенциал россыпей. Так, возрастание мощности рудного пласта может сопровождаться увеличением запасов, но, одновременно, и уменьшением содержании рудных компонентов в породах и т. д. Поэтому для оценки их суммарного эффекта необходима разработка алгоритма подсчета единого мультипликативного показателя, что позволит создать компьютеризированную цифровую систему оценки перспективности россыпных редкометалльно-титановых объектов.

Распределение в пределах рудного пласта россыпи выхода коллективного концентрата из пород в среднем, показано на рис. 7. Размеры выделенных участков следующие: Козиевский (северная зона повышенных концентраций) — 8.5×2.7 км; Центральный — 8.0×1.8 км и Степановский — 1.4×0.4 км (центральная зона); Южный — 2.8×1.0 км (южная зона). Эти участки характеризуются субширотной ориентацией, что соответствует общей модели прибрежно-морского россыпеобразования в данной части седиментационного бассейна [Кравченко, Хрущев, 2015].

 

Рис. 7. Карта распределения выхода коллективного концентрата из песчаных пород (в среднем), кг/м3.

1 — <1; 2 — 1–10; 3 — 10–20; 4 — 20–30; 5 — 30–40; 6 — >40; 7 — контуры рудных залежей, по [Романов, 1976].

 

Карта распределения удельных запасов коллективного концентрата (рис. 8) показывает абсолютные значения объемного веса (кг) определенных градаций запасов на единицу площади (м ²). В пределах полигона выделяют те же зоны: протяженная субширотная максимальных значений (отвечает Центральному участку), ограниченная субизометрическая максимальных значений (Южный участок) и две зоны повышенных значений (протяженный субширотный — Козиевский участок, который включает две линзы повышенных значений в центральной и восточной частях, а также ограниченная зона Степановского участка). Согласно карте, преобладающая часть запасов с градациями более 20 кг/м ² относится к Центральному участку [Кравченко, Хрущев, 2015].

 

Рис. 8. Карта распределения удельных запасов коллективного концентрата.

1–10 — содержание коллективного концентрата, кг/м²: 1 — 0–10, 2 — 10–20, 3 — 20–30, 4 — 30–40, 5 — 40–60, 6 — 60–80, 7 — 80–100, 8 — 100–140, 9 — 140–200, 10 — более 200; 11 — контуры рудных залежей, по [Романов, 1976].

 

Таким образом, на основании полученных данных можно предложить комплекс критериев для сравнительной оценки разных участков месторождения с целью определения очередности их освоения. Он включает следующие картографически отображаемые параметры: мощность и глубина залегания рудной толщи; распределение содержания рудных компонентов, “условного ильменита”, а также удельных запасов коллективного концентрата [Кравченко, 2015] по площади месторождения. По оценкам приведенного комплекса критериев предлагается следующий ряд приоритетных участков (в порядке снижения приоритета): Центральный — Южный — Степановский — Козиевский.

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ РУДНОЙ ТОЛЩИ И ТИПОМОРФИЗМ РОССЫПЕОБРАЗУЮЩИХ МИНЕРАЛОВ

Минеральный состав тяжелой фракции определялся под бинокуляром (аналитик А. В. Григорьева). Отобранные монофракции ильменита, лейкоксена, рутила и циркона исследовались на растровом электронном микроскопе JSM 5610 LV (Япония), оснащённом энергодисперсионным спектрометром INCA Energy 450 (Великобритания) в лаборатории ИГЕМ РАН (около 200 фотографий и определений состава, аналитик Л. О. Магазина).

Минеральный состав рудного горизонта в целом довольно однообразен и является типичным для редкометалльно-титановых россыпей, хотя и имеет свои особенности. Повышенные содержания рутила и циркона, по сравнению с другими аналогичными россыпями региона, связаны, по-видимому, с влиянием кристаллических пород Воронежского массива.

Легкая фракция представлена, в основном, кварцем (90–100%), с примесью полевых шпатов и редких чешуек мусковита. Коэффициент окатанности кварцевых зерен размерностью 0.25–0.30 мм составляет 40–60%.

Минеральный состав отложений весьма зрелый: на долю главных россыпеобразующих минералов, наиболее устойчивых при выветривании и транспортировке (измененного ильменита — лейкоксена, рутила и циркона) приходится более 80% тяжелой фракции (см. табл. 3). К второстепенным устойчивым (содержание более 1%) относятся ставролит, кианит, силлиманит, дистен и турмалин; еще реже встречаются анатаз, брукит, монацит, бадделиит, топаз. Содержание неустойчивых минералов (эпидот, амфиболы, пироксены, хлорит и др.) оценивается в знаковых количествах.

Измененный ильменит — лейкоксен

По данным минералогического анализа, содержание измененного ильменита в Краснокутской россыпи составляет 31–36% тяжелой фракции отложений, что соответствует его содержанию в редкометалльно-титановых россыпях Южно-Русской провинции [Цимбал, Полканов, 1975]; в россыпях Днепровско-Донецкой впадины содержание ильменита составляет 30–60% тяжелой фракции отложений. Измененный ильменит встречается в виде неправильных угловатых и угловато-окатанных зерен, реже — обломков кристаллов с неровной, шероховатой поверхностью.

Лейкоксен, по данным минералогического анализа, составляет 5–15% тяжелой фракции отложений. Зерна лейкоксена округлые, удлиненно-округлые, лепешковидные, неправильные угловатые. Поверхность зерен гладкая или шероховатая, часто глянцевая или фарфоровидная. Окатанность зерен возрастает при движении вверх по разрезу залежи. Встречаются псевдоморфозы лейкоксена по ромбоэдрическим или таблитчатым кристаллам ильменита.

В связи с тем, что гипергенное превращение ильменита в лейкоксен происходит постепенно, важным показателем процесса лейкоксенизации является соотношение TiO₂/(FeO + Fe₂O₃), или коэффициент выщелачивания (K_в). Теоретическое значение K_в для неизмененного ильменита — 1.1, для псевдорутила (Fe ³⁺₂Ti₃O₉) — 1.5, для измененного (лейкоксенизированного) в разной степени ильменита — 1.5–5.0, к собственно лейкоксенам относятся продукты изменения ильменита с TiO₂/(FeO + Fe₂O₃) > 5 [Цимбал, Полканов, 1975; Иоспа, 2012].

По данным исследования на энергодисперсионном спектрометре, проведенного в лаборатории ИГЕМ РАН и определениям значения K_в, чистые ильмениты в россыпи отсутствуют, 9% минералов ряда ильменит — лейкоксен относится к псевдорутилу, 70% — к ильмениту различных степеней лейкоксенизации, 21% — к лейкоксену и вторичному рутилу, причем примерно половина лейкоксенов была визуально идентифицирована как ильменит. Употребляя далее термин “ильменит” мы будем иметь в виду псевдорутил и измененный лейкоксенизированный ильменит с K_в менее 5.

Относительное количество конечных продуктов изменения ильменита — лейкоксена и вторичного рутила, увеличивается вверх по разрезу по мере развития гипергенных процессов в системе “промежуточный коллектор” (аллювиально-дельтовый комплекс) — “зона россыпеобразования” (прибрежно-морской комплекс) — “зона переработки россыпи” (эоловые отложения). Также, по данным РФА, увеличивается общее для тяжелой фракции отношение Ti/Fe: от 2.47 — в аллювиально-дельтовых до 2.55 — в прибрежно-морских и 2.70 — в эоловых отложениях.

Среди лейкоксенов можно выделить разновидности с умеренным содержанием кремнезема — до 2% (53% выборки) и повышенным — до 2–23% (47% выборки).

Строгого соответствия между степенью лейкоксенизации ильменита и морфологией отдельных зерен не наблюдается, тем не менее, в эоловой толще в заметном количестве присутствуют средне и хорошо окатанные зерна лейкоксена. Угловатые, неокатанные и слабоокатанные кристаллы псевдорутила и слабо лейкоксенизированного ильменита наиболее характерны для аллювиально-дельтовых отложений (рис. 9, табл. 4).

 

Рис. 9. Морфологические типы измененного ильменита — лейкоксена Краснокутской россыпи: угловатый обломок кристалла псевдорутила из аллювиально-дельтовых отложений, Kв = 1.67 (а); среднеокатанные зерна измененного ильменита из прибрежно-морских отложений с Kв = 2.7 (б) и с Kв = 4.8 (в); хорошо окатанные зерна лейкоксена из эоловой толщи, Kв = 36.6 (г).

 

Таблица 4. Изменения степени окатанности и выщелачивания измененного ильменита – лейкоксена в фациальных комплексах Краснокутской россыпи

		Фациальные комплексы
		аллювиально- дельтовый	прибрежно- морской	эоловый
Коэффициент окатанности		1.8	1.9	2.1
TiO2 (%)	мин-макс	59.2–96.3	62.4–95.7	59.9–89.8
	среднее	71.2	72.1	73.0
FeO + Fe2O3 (%)	мин-макс	3.10–36.0	2.54–29.5	1.25–35.4
	среднее	20.6	20.8	20.4
Kв	мин-макс	1.6–31.1	2.2–37.6	1.7–63.2
	среднее	7.3	8.0	10.5
Количество анализов		24	20	22

Примечание. Коэффициент окатанности рассчитан по пятибалльной шкале от 0 (неокатанные) до 5 (идеально окатанные).

 

Рутил

Содержание рутила в тяжелой фракции отложений Краснокутской россыпевмещающей толщи составляет 22–28% (см. табл. 4). Он представлен преимущественно угловатыми и слабоокатанными обломками кристаллов (около 50% рутилов), идиоморфными слабоокатанными кристаллами преимущественно призматического габитуса (около 30%) и среднеокатанными зернами, слабо сохраняющими свою первичную обломочную или кристаллографическую форму (20%) (рис. 10).

 

Рис. 10. Морфологические типы зерен рутила Краснокутского меторождения: угловатые слабоокатанные обломки кристаллов (а), идиоморфные слабоокатанные кристаллы преимущественно призматического габитуса (б), среднеокатанные зерна (в).

 

Содержание TiO₂ меняется от 94.1 до 99.3% (в среднем 97.0). В рутиле постоянно присутствуют железо (∑Fe до 1.74%) и SiO₂ до 1%. Характерными элементами-примесями в рутиле являются ванадий (0.24–0.85%, среднее по 16 опр. — 0.58%) и ниобий (0.05–0.78%, среднее — 0.19%).

Циркон

Содержание циркона в исследованных пробах составляет 18–22% минерального состава тяжелой фракции. Преобладают призматические и удлиненно-призматические зерна циркона средней степени окатанности, с коэффициентом удлинения (КУ) 1.5–2.9 (48%), 16% цирконов представлены изометричными зернами, 13% — удлиненными игольчатыми формами, 23% — осколками кристаллов различной степени окатанности. Около 45% идиоморфных зерен и обломков кристаллов имеют низкую степень окатанности, что может косвенно указывать на относительную близость источника и умеренную гидродинамическую активность среды транспортировки и россыпеобразования. Предположительно источником этих цирконов является область Воронежского массива. Зерна циркона средней степени окатанности (40%) и изометричные зерна высокой степени окатанности (15%) имеют более длительную историю транспортировки и переотложения (рис. 11).

 

Рис. 11. Морфология зерен циркона. Слабоокатанные обломки (а), идиоморфные изометричные слабоокатанные зерна (б), удлиненные призматические зерна (в), хорошо окатанные обломки и идиоморфные кристаллы (г).

 

Из элементов-примесей в цирконе встречаются: гафний — 0.77%, стронций — 0.38%, торий — 0.13%, гадолиний — 0.1%, тербий — 0.1%, церий — 0.095%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Краснокутская редкометалльно-титановая россыпь входит в группу месторождений южного фланга Восточно-Европейской россыпной мегапровинции, к которой относится крупнейшая Самотканская (Малышевская) россыпь — главный источник титанового и циркониевого сырья бывшего СССР и стран СНГ. Исчерпание запасов Самотканской россыпи делает актуальным исследование других перспективных россыпей этого региона, в том числе и Краснокутской.

Как и другие аналогичные месторождения юга Восточно-Европейской платформы, месторождение относится к миоценовой эпохе россыпеобразования. Формирование россыпи связано с фазами стабилизации береговой линии на регрессивном этапе существования бассейна Субпаратетиса, что определило характерное ступенеобразное строение рудного тела. На фоне общей повышенной металлоносности бассейна, промышленные шлиховые концентрации тяжелых минералов локализовались на участках нарушения монотонности вдольберегового переноса обломочного материала. Такими участками могли служить аллювиально-дельтовые комплексы, обеспечивавшие регулярное поступление металлоносного материала в зону прибрежно-морского обогащения и служившие структурно-седиментационными ловушками россыпей.

Анализ площадного распределения усредненного содержания полезных компонентов и особенностей распределения их удельных запасов на базе цифрового структурно-литологического моделирования позволил дать оценку промышленной значимости россыпи, выделить первоочередные участки отработки и рекомендовать этот метод для применения на аналогичных объектах.

В минеральном составе Краснокутской россыпи выделяются две ассоциации: дальнеприносная, характеризующая общую металлоносность провинции и поступающая в россыпь через систему промежуточных коллекторов (30–50% тяжелых минералов), и ближнего сноса, связанная, скорее всего, с кристаллическими породами Воронежского массива (50–70%). Гипергенные изменения наиболее отчетливо проявлены в минералах группы ильменит — лейкоксен. Дальнейшие результаты изучения типоморфизма основных рудных минералов Краснокутского месторождения позволяют детализировать модель россыпеобразования на данном участке, оценить стадийность осадконакопления и типы питающих провинций, что даст возможность прогнозировать не только россыпную металлоносность региона, но и минералого-технологические свойства выявляемых россыпей.

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена при финансовой поддержке российско-украинских грантов РФФИ № 12-05- 90413-Укр_а и 14-05-90420 Укр_а (руководитель ‒ академик Н. П. Лавёров), а также гранта РФФИ 18-05-00113 (руководитель — д. г.-м. н. А. В. Лаломов) и программы ФНИ № 0136-2018-0020.

About the authors

E. A. Ganja

Institute of Geological Sciences, NAS of Ukraine

Author for correspondence.
Email: oag2909@gmail.com
Ukraine, O. Honchar str. 55 b, Kyiv, 01054

A. V. Lalomov

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: lalomov@mail.ru
Russian Federation, Staromonetnyi per. 35, Moscow, 119017;

A. V. Chefranova

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: lalomov@mail.ru
Russian Federation, Staromonetnyi per. 35, Moscow, 119017

A. V. Grigor’eva

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: lalomov@mail.ru
Russian Federation, Staromonetnyi per. 35, Moscow, 119017

L. O. Magazina

Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy, and Geochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: lalomov@mail.ru
Russian Federation, Staromonetnyi per. 35, Moscow, 119017

References

Supplementary files