Типоморфные особенности минералов и вещественный состав титановых руд ястребовских отложений юго-востока Воронежской антеклизы
А.В. Черешинский, А.В. Милаш
Воронежский государственный университет
Аннотация
Образования ястребовского времени на юго-востоке Воронежской антеклизы представлены дельтовыми, лагунными, прибрежно-морскими, мелководно-морскими, вулканогенноосадочными и вулканогенными образованиями. Перспективные площади на титановые руды приурочены к туфам, туффитам и туфопесчаникам. Содержание ильменита в рудах достигает 200-400 кг/м3. Ильменит имеет специфический химический состав, характеризуется повышенным содержанием MgO и TiO2. Хромшпинелиды являются характерным минералом, с низким содержанием Al2O3 и высоким TiO2 и MgO. Кроме собственной ильменитовой компоненты для проанализированных зерен характерно наличие магниевой разновидности - гейкилита, и марганцевой - пирофанита. В качестве включений в исследуемых ильменитах отмечены монацит, апатит и тальк. Помимо ильменитов изучены хромшпинелиды, которые так же являются характерным минералом, с низким содержанием Al2O3 и высоким TiO2 и MgO. При этом наблюдается обратная корреляция содержания Cr2O3 и FeO.
Ключевые слова: Воронежская антеклиза, туфы, туффиты, туфопесчаники, ильменит, хром- шпинелид, палеозой.
Abstract
TYPOMORPHIC FEATURES OF MINERALS AND THE MATERIAL COMPOSITION OF THE TITANIUM ORES OF THE YASTREBOW DEPOSITS OF THE SOUTHEAST OF VORONEZH ANTECLISE
The formations of the yastrebov time in the southeast of the Voronezh anteclise are represented by delta, lagoon, coastal-marine, shallow-water, volcanogenic-sedimentary and volcanogenic formations. Prospective areas for titanium ores are confined to tuffs, tuffites and tuffstone. The content of ilmenite in ores reaches 200-400 kg/m3. Ilmenite has a specific chemical composition, characterized by a high content of MgO and TiO2. Chrome-spinellids are a characteristic mineral with a low content of Al2O3 and high TiO2 and MgO. In addition to their own components for the analyzed ilmenite grains characterized by the presence of magnesium species - geikielite, and manganese - pyrophanite. As inclusions in the studied ilmenites observed monazite, Apatite, and talc. In addition to ilmenite chromespinelides are studied, which are also characteristic of mineral with a low content of Al2O3 and high TiO2 and MgO. There is an inverse correlation between Cr2O3 and FeO.
Keywords: Voronezh anteclyse, tuff, tuffite, tuffstone, ilmenite, chrome-spinellids, paleozoic.
На юго-востоке Воронежской антеклизы образования ястребовского времени развиты практически повсеместно. Породы с размывом залегают на отложениях ардатовской и муллинской свит, в единичных разрезах на докембрийских образованиях, перекрываются чаплыгинской свитой, меловыми или четвертичными отложениями. Породы ястребовской свиты представлены полифациальным комплексом дельтовых, лагунных, прибрежно-морских, мелководноморских, вулканогенно-осадочных и вулканогенных образований [1-3].
В разрезах преобладают песчаники, аргиллитоподобные глины, в меньшей степени развиты алевролиты. Область сноса в ястребовское время находилась на юге и юго-западе рассматриваемой площади, представлена выветрелыми среднедевонскими осадочными породами и образованиями кристаллического фундамента архейского и нижнепротерозойского возраста. По направлению с юго-запада на северо-восток дельтовые и лагунные условия осадконакопления сменялись прибрежно-морскими и далее мелководноморскими [1-3]. минерал титановый руда
Наиболее распространены как по площади, так и в разрезе песчаники, среди которых можно выделить три типа: слюдисто-кварцевые, полевошпат-кварцевые и вулканомиктовые. Аргиллитоподобные глины и алевриты распространены преимущественно в мелководно-морской зоне, в прибрежно-морских условиях они наблюдаются в виде маломощных линз. Глины по составу преимущественно каолинитовые, в отдельных разрезах в заметных количествах присутствует хлорит.
Наибольший интерес для исследования представляют собой вулканогенные и вулканогенно-осадочные породы, развитые в центральной части рассматриваемой территории на междуречье Дона и Хопра (рис. 1). Рассматриваемые образования в разное время изучались рядом авторов, из наиболее значимых работ следует отметить труды И.Н. Быкова, В.А. Канцерова, Б. Н. Одокого и др. [4-7]. Породы интересны как свидетельства палеозойского вулканизма, с ними связаны ильменитовые руды. Несмотря на большой объем ранее проведенных исследований, выявление фациальных особенностей размещения ястребовских отложений, обработка новых результатов по минеральному и химическому анализам позволит на более представительном уровне оконтурить перспективные участки на титановое сырье. Кроме того, по мнению ряда исследователей, территория юго-востока Воронежской антеклизы является перспективной на обнаружение коренных алмазоносных тел [8-10]. Данное заключение сделано во многом на основании находок здесь мелких алмазов и минералов-индикаторов кимберлитов. Поэтому ястребовские отложения представляют интерес как возможный поставщик хромшпинелидов и пикроильменитов в более молодые коллекторы палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста.
Рис. 1. Литолого-фациальная карта ястребовского времени: 1 - туфопесчаник; 2 - туфоконгломерат, туфогравелит, часто с прослоями туфов, туффитов, лавобрекчий различного состава; 3 - песчаник; 4 - аргиллитоподобная глина; 5 - предполагаемые жерла вулканических аппаратов; 6 - опорная буровая скважина: в числителе номер скважины, в знаменателе мощность отложений; 7 - границы фациальных зон; 8 - границы фациальных подзон. Фациальные обстановки: IIA - мелководно-морские, нормальной солености с слабой активностью гидродинамического режима; ІІБ - мелководно-морские, нормальной солености с средней активностью гидродинамического режима; IIIA - прибрежно-морские, нормальной солености с слабой активностью гидродинамического режима; ІІІБ - прибрежно-морские, нормальной солености с средней активностью гидродинамического режима; IVA - лагунные и лиманные, относительно глубоководные, опресненные; ІУБ - лагунные и лиманные, мелководные, опресненные; IVE - дельтовые; VIE - отложения вулканических построек.
Эффузивные породы представлены базальтами, встречены в единичных разрезах в ряде скважин, пробуренных в пределах зоны Новохоперского разлома. Вулканогенно-обломочные породы представлены туфами и туффитами, вулканогенно-осадочные - туфогравелитами, туфопесчаниками, туфоалевритами и туфоаргиллитами.
Среди туфов преобладают разности щелочнобазальтового и базальтового состава, гораздо реже встречаются туфы трахириолитов и риолитов (рис. 2). В разрезах туфы составляют не более 10 % от объема породы, что свидетельствует о переработке вулканического материала в осадочном процессе. Для туфов характерен темно-зеленый или бурый цвет, последний свойственен ожелезненным разностям. Породы плотные или слабо сцементированные, с обломочной структурой. Среди обломков резко преобладают эффузивные породы (до 90-95%), в гораздо меньшем количестве встречаются полевые шпаты, ильменит, хромит и магнетит. Для обломков характерна преимущественно угловато-округлая форма, они хлоритизи- рованы, иногда полностью замещены глинистыми минералами.
Связующая масса, заполняющая промежутки между обломками пород в первоначальном состоянии представляла собой вулканическое стекло, которое при выветривании было замещено агрегатами хлорита, а также глинистым и карбонатным материалом.
Рис. 2. Фотографии петрографических шлифов, увеличение 30, слева - николи параллельные, справа - скрещенные: 1-2 - туфы щелочно-базальтоидного состава; 3-4 - туффиты; 5-6 - туфопесчаники. Q - кварц, Kfs - калиевый полевой шпат, Cl - хлорит, Rd - рудные минералы, Ef - эффузивы
Для туффитов, как и для туфов, характерен преимущественно щелочно-базальтовый состав, цвет породы от темно-зеленого и зеленого у слабовыветрелых разностей, до желтовато-бурого у измененных пород (рис. 2). Туффиты слоистые, часто слабо уплотненные, в их составе преобладают обломки хлоритизированных эффузивов (до 67%), кварца (до 12%), полевого шпата (до 7%), ильменита (от 0,7 до 60%), реже встречаются другие минералы. Размер обломков колеблется в значительных пределах, преобладающая форма - округлая или угловато-округлая. Цементирующая масса имеет хлорит-глинистый или хлорит-глинисто-карбонатный состав.
Вулканогенно-осадочные породы характеризуются более широким распространением, представлены ту- фогравелитами, туфопесчаниками, туфоалевритами и туфоаргиллитами. В разрезах преобладают мелкосреднезернистые туфопесчаники, реже встречаются крупнозернистые, грубозернистые и туфогравелиты. Доля обломков эффузивов составляет около 10-30%. В нижней части изученной толщи преобладают обломки основного состава, вверх по разрезу возрастает количество обломков среднего и кислого состава.
Туфоалевролиты и туфоаргиллиты представляют собой железисто-глинистые или хлорито-глинистые породы. Часто содержат примесь мелких угловато- и округло-угловатых обломков кварца, окруженных каймой карбоната. Туфоалевролиты отличаются преобладанием частиц алевритовой размерности. Ильменит и кварц иногда образуют послойные скопления, подчеркивая этим вулканогенно-осадочный генезис породы.
Рудные минералы в туфах представлены в основном ильменитом и магнетитом. Они образуют тонкую вкрапленность в цементе, также ильменит характерен для обломков. Ильменит в туффитах, так же как и в туфах, характерен как для обломков эффузивных пород, так и для цементирующей массы. Распределение рудных минералов зачастую происходит в виде тонких прослоев. Форма зерен кварца угловатая и угловатоокруглая, полевых шпатов - угловатая, реже таблитчатая. Рудные в пестроцветных туффитах представлены теми же минералами, что и в зеленоцветных, но значительная часть ильменита замещена лейкоксеном.
В туфопесчаниках в тяжелой фракции доминируют непрозрачные минералы, среди которых преобладает ильменит, в меньшем количестве встречены магнетит, титаномагнетит, хромшпинелид и лейкоксен. В виде единичных знаков наблюдается пирит, гематит, сфалерит, и халькопирит. Прозрачные минералы представлены цирконом, турмалином, ставролитом, альмандином, рутилом и дистеном. Практически во всех разрезах циркон резко преобладает. В виде единичных знаков обнаружены муассанит, монацит, апатит, оливин, пироксены, шпинель, сфен и пироп [6]. Роль прозрачных минералов возрастает по мере удаления от района вулканической деятельности.
Таким образом, перспективные площади с максимальным содержанием рудных минералов (ильменита) характерны для междуречья Дона и Хопра в пределах развития пород околожерловой фации. Они характеризуются максимальными мощностями и наибольшей размерностью вулканогенно-обломочных пород. Данные площади распространены в виде отдельных полей вблизи разломов, где существовали предполагаемые вулканические аппараты. Эти поля, как правило, имеют близкую к изометричной форму.
Мощность продуктивных пластов составляет от первых метров до 13-20 м, нередко они образуют 2-3 рудоносных горизонта. Мощность вскрышных пород колеблется от 10-25 м до 80 м и более. Содержание ильменита меняется в довольно широких пределах - от первых килограммов до 200-400 кг/м3. Всего на юго-востоке Воронежской антеклизы в результате геолого-съемочных и поисковых работ выделено 17 проявлений титановых руд [11, 12]. На территорию исследования имеются утвержденные прогнозные ресурсы по категории Р2 на титановое сырье, которые составляют 35,8 млн т TiO2 [12].
Главным рудным минералом во всех типах вулканогенных и вулканогенно-осадочных образований является ильменит. Для него характерен черный и темно-серый цвет, отдельные зерна за счет лейкоксенизации приобретают светло-коричневый и желтоватый оттенок. Как правило, ильменит имеет металлический или металловидный блеск, он слабомагнитный, редко трещиноватый.
В изученных образованиях ильменит представлен хорошо выраженными кристаллами и обломками зерен. Среди кристаллов в цементирующей массе преобладают толстотаблитчатые зерна, меньшим распространением пользуются тонкотаблитчатые и ромбоэдрические. Среди обломков выявлены угловатые и угловато-округлые зерна, которые, чаще всего являются включениями в цементе.
Для обломков эффузивных пород характерны ксеноморфные зерна разной формы, гораздо реже встречаются идиоморфные (рис. 3). Для первых характерны различные морфологические очертания. Встречаются изометричные или близкие к этому зерна, а также в различной степени вытянутые до шестоватых и игольчатых.
Химический состав зерен минералов был изучен с помощью рентгеновского микроспектрального (мик- розондового) анализа. Из туфов, туффитов и туфопесчаников было отобрано 118 зерен ильменита и приготовлены полированные препараты для исследования на электронном микроскопе Jeol 6380 LV с энергодисперсионной системой количественного анализа Inca-250 (ВГУ, аналитик Н. С. Базиков).
Для ильменита характерно довольно непостоянное содержание двух главных компонентов: FeO и TiO2. Так количество FeO в проанализированных зернах колеблется от 40,13 до 53,09%, при среднем значении 43,59%. Для TiO2 наблюдается схожая картина, его количество колеблется от 40,94 до 53,64%, среднее содержание составляет 50,43%. Полученные результаты довольно близки к теоретическим содержаниям FeO и TiO2 в ильмените, которые составляют 47,3 и 52,7% соответственно.
Кроме собственной ильменитовой компоненты для проанализированных зерен характерно наличие магниевой разновидности - гейкилита, и марганцевой - пирофанита. Количество MgO в ильменитах колеблется от 0,81 до 8,29%, при среднем содержании 5,12%. При этом магний характерен для всех проанализированных зерен. Единичные зерна, содержащие MgO более 8%, можно отнести к пикроильмениту.
Рис. 3. Морфологические особенности ильменитов: Ilm - ильменит, Mnz - монацит, Ap - апатит.
Полученные результаты хорошо коррелируются с материалами В. А. Канцерова, по данным которого количество MgO в ильменитах может достигать 9,72% [6, 13].
Для трети изученных зерен характерно наличие MnO, его количество составляют от 0,41 до 7,25%, при средних значениях 1,09%. При этом наблюдается обратная зависимость содержания марганца и магния. Примерно для половины изученных зерен характерно незначительное присутствие Al2O3, его содержание колеблется в пределах от 0,44 до 0,96%. V2O5 и Cr2O3 являются редкими примесями, в большинстве изученных ильменитов отсутствуют. Количество V2O5 колеблется от 0,79 до 1,52, а Cr2O3 от 0,39 до 1,06%. Содержание примесей в ильмените непостоянно и зависит от генезиса пород и их состава [14]. Ильменит с повышенным содержанием гейкилита преимущественно характерен для ультраосновных пород и кимберлитов. Пирофанит в основном встречается в метаморфических, щелочных и кислых породах.