УДК 553.494:553.493.531
ИЗОТОПНО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НОВООБРАЗОВАННЫХ КАЙМ ЦИРКОНОВ - КРИТЕРИЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ Ti-Zr-РОССЫПЕЙ © 2011 г. А. А. Кременецкий,* Н. А. Громалова,* Е. Белоусова,** Л. И. Веремеева*
*Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов 121357, Москва, ул. Вересаева д. 15 **Dept of Earth and planetary Sciences, Macguarie University, Sydney, NSW 2109, Austral
Поступила в редакцию 14.07.2011 г.
Изучены цирконы Ti-Zr-россыпей палеобассейна Муррей (месторождения Миндари, WIM-150) и развитых вблизи них метаморфических пород пояса Канменту и трога Балларат (Юго-Восточная Австралия), а также цирконы из двух российских палеобассейнов с прибрежно-морскими Ti-Zr-россыпями: сеноман-кампанского, полтавского (Восточно-Европейская платформа) и сарматского (Северный Кавказ — Ставрополье и Калмыкия). Комплекс исследования системы — коренной источник —► кора выветривания —»- промежуточный коллектор —»- промышленная россыпь — включал: 1) структурно-морфологические и палеофациальные реконструкции исследуемых территорий; 2) количественный анализ распределения рудных минералов в каждом элементе этой системы; 3) изучение типоморфизма циркона от коренного источника до бассейна накопления Ti-Zr-россы-пей. Во всех элементах исследуемой системы цирконы были изучены методами: оптическая микроскопия, катодолюминесценция, электронно-зондовый анализ, масс-спектрометрия (лазерная абляция и SHRIMP II, включая U-Pb-датирование, Lu-Hf-изотопию, распределение элементов-примесей (TR2O3, Y2O3, P2O5), сравнительный анализ индикаторных отношений: (HfO2/ZrO2), Th/U, ТЮ2/Но02, YO3/£(Y2O3+РЗЭ2O3), Z(La+Sm), Z(Gd-Yb) и др.). Во внутреннем строении исследованных цирконов выявлены новообразованные каймы, замещающие центральную зону детритовых зерен и фиксирующие время поздних геологических событий. Критерии дискриминации этих кайм — разные тренды перераспределения элементов-примесей между центральными зонами детритовых цирконов и развитыми на них новообразованиями. Проведена генетическая типизация многообразия новообразованных кайм циркона в коренных источниках россыпей с дискриминацией их по внутреннему строению и изотопно-геохимическим характеристикам. Последние предлагаются в качестве критерия идентификации Ti-Zr-россыпей с их предполагаемыми коренными источниками. На основании полученных данных разработана поисковая модель погребенных Ti-Zr-россыпей с оценкой их прогнозного ресурсного потенциала.
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, суммарные подтвержденные запасы рудных (ильменит-рутил-цирконовых) россыпей суперкрупных Ti-Zr-месторождений Восточно-Европейской платформы и Скифской плиты (Восточно-Европейская и Северо-Кавказская Ti-Zr-провинции) и Южно-Австралийской платформы (фиг. 1) оцениваются соответственно в 2635 и 2688 млн. т и в 1.5 раза превышают аналогичные суммарные ресурсы остальных мегапро-винций и провинций мира (ЮАР, Мозамбик, США, Казахстан и др.). Несмотря на то, что часть этих месторождений (источники для получения более 95% циркона, 70% ильменита и 90% рутила в мире) активно разрабатываются, значительные объемы россыпей до сих пор или не используются (низкое качество сырья), или не выявлены. При-
Адрес для переписки: А.А. Кременецкий. E-mail: imgre@im-gre.ru
чина последнего заключается в том, что древние И^г-россыпи формировались, как правило, в прибрежно-морских условиях мезозой-кайнозойского времени и в настоящее время перекрыты (до 50 м) рыхлыми отложениями. Это, в свою очередь, затрудняет установление их связи с областями питания и, как следствие, снижает эффект прогноза, локализации и оценки ресурсного потенциала погребенных россыпей.
Вопрос об источниках питания древних И^г-россыпей является предметом многолетних дискуссий. Большинство исследователей склонны отрицать возможность установления связи этих россыпей с конкретными коренными источниками, опираясь на следующие факты: 1) значительную удаленность погребенных прибрежно-морских россыпей от их предполагаемых древних коренных источников; 2) относительное однообразие возраста россыпей (палеоген—неоген;
Фиг. 1. Провинции И^г-россыпей Австралии (а) и России (б).
1 — россыпные провинции; 2 — россыпные районы и месторождения; 3—5 — метаморфические пояса: 3 — Канменту, 4 — Балларат и Мельбурн, 5 — Уагга; 6 — доальпийский фундамент Большого Кавказа; 7 — тектонические нарушения; 8 — границы россыпных провинций Австралии (I — Западная, II — Юкла, III — Муррей, IV — Восточная) и России (V — СевероКавказская, VI — Центральная, VII — Уральская, VIII — Западно-Сибирская); 9 — границы россыпных месторождений Австралии (А — Миндари, Б — ^М-150) и россыпных районов России (В — Ставропольский, Г — Ергенинский).
1 2 3 4
-- 6__|7 Г-1 8 9
5
реже — мел и еще реже — юра), при гетерогенности и более значительной гетерохронности их источников; 3) одинаковое строение рудных тел россыпей (пластовые залежи со средней мощностью около 5 м); 4) близкий минеральный состав россыпей (ильменит > рутил > циркон) и их гра-
нулометрия (преобладание в размере зерен класса 0.10-0.044 мм).
Как следствие этого — отрицается сама возможность учета влияния специфики коренных пород и развитых на них кор выветривания на ранние этапы формирования россыпей, т.е. явно
недооценивается роль питающих источников при формировании и локализации ныне погребенных Ti-Zr-россыпей.
Классический пример неопределенности диагностики источников питания Ti-Zr-россыпей — рудные россыпи Предкавказья (Ставропольский и Ергенинский россыпные районы Северо-Кавказской Ti-Zr-провинции). Согласно выводам Н.И. Бойко (2004), эти россыпи формировались за счет размыва северных массивов (Токмоков-ское поднятие) с последующим транзитом отложений по руслу палео-Дона до границы с Кавказским хребтом. В этом случае Ti-Zr-россы-пи Ставрополья рассматриваются автором как дальняя периферия Восточно-Европейской россыпной провинции. Согласно другим исследователям (Гурвич и др., 1968; Веремеева и др., 2004), источником питания Ставропольских Ti-Zr-рос-сыпей предполагается Северный Кавказ. Проведенный нами комплекс исследований (структурно-морфологические и палеофациальные реконструкции, а также изотопно-геохимические особенности цирконов (Кременецкий и др., 2006, 2007; Михайлов и др., 2007) подтверждают вторую гипотезу: основным источником Ti-Zr-россыпей Ставропольского края являются коры выветривания доальпийского фундамента Большого Кавказа.
Это послужило основанием для существенного увеличения ресурсного потенциала циркона в продуктах их сноса по всей площади Северо-Кавказской Ti-Zr-провинции и, как следствие, включение ее в программу "Центры экономического развития России" (Михайлов, Кимельман, 2010).
Выгодное географическое положение этого района, близповерхностное залегание россыпей, благоприятные для круглогодичной эксплуатации месторождений климатические условия, развитая инфраструктура, значительные ресурсы компактных, кондиционных, обогатимых простейшими методами песков, обеспечивающих полный амортизационный срок существования крупного горно-обогатительного предприятия — весомые аргументы для освоения месторождений Ставропольского россыпного района и создания на юге России отечественной минерально-сырьевой базы титана и циркония.
Однако огромный сырьевой потенциал этой провинции, как и остальных Ti-Zr-провинций России, до сих пор практически не используется. Причина — в отличие от большинства современных прибрежно-морских россыпей Австралии и ЮАР — отечественные россыпи являются погребенными и поэтому имеют более сложные горногеологические условия залегания рудных тел и со-
ответственно характеризуются более низкой рентабельностью отработки. Во-первых, это, как правило, россыпи с необходимостью либо больших вскрышных работ, либо скважинной гидродобычи, технология которой пока недостаточно апробирована. Во-вторых, при относительно высоком содержании циркона, иногда сопоставимом с содержанием его в лучших разрабатываемых зарубежных аналогах, в российских россыпях более низкое содержание ильменита и рутила. В-третьих, рудные пески в погребенных россыпях более тонкозернистые и более глинистые, что существенно снижает извлечение полезных компонентов. В-четвертых, на ряде наших месторождений трудно получить все концентраты кондиционными.
Повышение инвестиционной привлекательности таких объектов требует, наряду с внедрением новых технологий обогащения ("сухая" сепарация и другие), разработку для перекрытых территорий критериев поиска экономически рентабельных Ti-Zr-россыпей. Ключевое решение последней задачи — комплексное геолого-минералогическое изучение системы: коренной источник — кора выветривания — промежуточный коллектор — промышленная Ti-Zr-россыпь. Изучение предусматривает:
1) структурно-морфологические и палеофациальные реконструкции исследуемых территорий;
2) количественный анализ распределения рудных, сопутствующих и второстепенных минералов в каждом элементе этой системы; 3) изучение типо-морфизма циркона (±монацит), ильменита и рутила с выявлением трендов их изменения на всем пути транзита от коренного источника до площади накопления Ti-Zr-россыпей (Kremenetsky et al., 20101). При этом особая роль отводится нами (Kremenetsky et al., 20102) изучению цирконов методами: оптической (Opt) микроскопии, катодо-люминесценции (CL), электронно-зондового анализа и масс-спектрометрии (лазерная абляция (LA), SHRIMP II).
В исследованных нами различных группах коренных пород и пространственно совмещенных с ними Ti-Zr-россыпях всегда присутствует достаточное количество детритовых цирконов, преобразованных на поздних стадиях метаморфизма и динамометаморфизма. Эти цирконы четко фиксируются на фотографиях (CL) наличием новообразованных кайм (3—50 мкм), наложенных на зоны роста дометаморфических детритовых цирконов и характеризующихся отличными от последних значениями возраста и значениями индикаторных отношений — Zr/Hf, Th/U, Y/Ho и др.
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ КАЙМ ЦИРКОНОВ
Уникальные свойства циркона (устойчивость при выветривании, способность к рекристаллизации и регенерации, разнообразие облика
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.