Железо-титан-ванадиевая минерализация Курил и Камчатки

На Востоке России современные и древние морские пляжевые титаномагнетитовые россыпи широко распространены вдоль Тихоокеанского побережья, особенно в прибрежной зоне Курильских островов и Камчатского полуострова, а также на побережье Татарского пролива. Источником Fe-Ti-V-содержащих минералов в россыпях служили вулканиты, включающие вкрапленный ванадий, содержащий титаномагнетит.

Нами были детально исследованы железо-титан-оксидные минералы из различных по кремнекислотности и специфике вулканизма островодужных комплексов Большой Курильской гряды (БКГ), которые являются россыпеобразующими объектами.

В базальтах и андезито-базальтах раннемиоценового «зеленотуфового» вулканического комплекса БКГ среди акцессориев преобладает титаномагнетит. Иногда он является существенной составляющей основной массы обломков лавобрекчий (до 4 %). Размер зерен достигает 0,1 мм. Форма их изометричная, кубическая и ромбоэдрическая, нередки и скопления зерен. В андезитах титаномагнетит распространен преимущественно в основной массе обломков (до 4,5-6,0 %). Зерна довольно мелкие (до 0,02 мм), форма их ромбовидная, и нередки срастания этих зерен. Fe-Ti-оксиды в дацитах и риодацитах комплекса в основном ассоциируют с темноцветными минералами и плагиоклазом. Как правило, они не больше 0,1 мм, так же как мелкодисперсный титаномагнетит, распыленный в основной массе породы.

В туфах основного и среднего состава Fe-Ti-оксиды в основной массе встречаются редко, размеры их не превышают 0,25 мм в поперечнике и представлены они титаномагнетитом. В некоторых зернах титаномагнетит срастается с силикатами. Размеры отдельных зерен в скоплениях достигают 1 мм. Форма их неправильная. Иногда по периферии минералы окружены размытой пленкой гидроокислов железа. Титаномагнетиты в кислых туфах менее 0,01мм и рассредоточены преимущественно в основной массе породы. В обломках зерна титаномагнетита до 0,2 мм, гомогенные, с четкими краями, в основной массе андезитов - мелкие, с тонкими пластинками структур распада, многочисленными включениями силикатов как сферической, так и неправильной формы, с трещинами, заполненными силикатной массой. В дацитах титаномагнетиты встречаются в виде включений более 0,4 мм в пироксенах, а также очень мелко распылены в базисе породы. Они изобилуют тонкими пластинками структур распада и иногда образуют скопления.

По данным микрозондового анализа содержание TiO2 в титаномагнетитах колеблется от умеренных до высоких значений (7,32-19,55 %). Титаномагнетиты базальтов «зеленотуфового» вулканического комплекса характеризуются низким содержанием титана (0,3-2,2 %), а также термофильных элементов Ni (до 150 г/т), Co (до 370 г/т) и Cr (до 630 г/т), при несколько повышенной роли V (от 1900 до 4800 г/т).

Железо-титан-оксиды в базальтах позднемиоценового «флишоидно-пемзового» комплекса представлены точечными выделениями титаномагнетита до 0,02 мм в основной массе породы и мелкими скелетными образованиями. С повышением кремнекислотности до 53 % доля титаномагнетита увеличивается до 3-4 %. Иногда встречаются скопления зерен и их сростки.

В базальтах с низкой кремнекислотностью (<50 % SiO2) неправильные зерна титаномагнетита не более 150-300 мкм встречаются в основной массе. С повышением кремнекислотности от 53 % и выше кристаллы титаномагнетитов приобретают более ровные очертания и правильную изометричную форму. Состав зерен, как правило, гомогенный. Структуры распада отмечаются в крупных изометричных зернах. Тонкие (до 1 мкм) ильменитовые ламмели обычно очень редки. В кристаллах титаномагнетита отмечаются включения плагиоклазов.

Титаномагнетиты андезитов «флишоидно-пемзового» комплекса преимущественно гомогенны, и в крупных кристаллах содержат включения плагиоклаза и пироксена. Иногда эти включения крупные и редкие, а в некоторых случаях они приурочены к центру зерен. Силикаты заполняют трещины в титаномагнетитах. В витрофировой основной массе андезитов магнетиты редки. В дацитах и риодацитах зерна-вкрапленники титаномагнетитов невелики (до 0,2 мм), а в основной массе распространена мелкая магнетитовая «сыпь».

Содержание TiO2 в ферритах-оксидах комплекса увеличивается от основных к кислым от 8,5 до 15,03 %, а в магнетитовой «сыпи» оно ниже, чем в крупных кристаллах титаномагнетита из основной массы той же породы. Концентрация Al2O3 в титаномагнетитах «флишоидно-пемзового» комплекса сравнительно невысока и изменяется незначительно (от 1,8 до 2,5 %). От базальтов к риолитам его содержание падает.

С ростом кремнекислотности андезитов титаномагнетиты содержат больше Mn (от 1400 до 4100 г/т). Содержание Cr, V, Ni и Co в исследованных образцах мало отличается от их концентрации в базальтах (Cr - до 360 г/т; V - до 2200, в одном случае до 2900 г/т; Co - до 230 г/т; Ni - до 130 г/т).

Ферриты-оксиды дацитов и риолитов также, как правило, высокомарганцовистые, и все особенности, присущие Fe-Ti оксидам в породах комплекса с меньшей кремнекислотностью, в них проявляются еще более отчетливо. В кислых дифференциатах комплекса повышены содержания Zn (до 1900 г/т в дацитах из обнажения на берегу оз. Серебряное), а также Sn (до 27 г/т в дацитах отмели Баклан).

Железо-титан-оксидные минералы базальтов и андезито-базальтов плиоценового «базальтоидного» структурно-формационного комплекса представлены преимущественно магнетитом. Кристаллы раннего магнетита в основной массе изометричные, близкие к округлым (размером 0,2х0,4 мм), реже - октаэдрические. Очертания некоторых зерен причудливо изрезаны, со следами резорбции. К ранним образованиям относятся и включения титаномагнетита в плагиоклазах и амфиболах размером до 0,1 мм. Крупные кристаллы титаномагнетита с неровными очертаниями содержат включения плагиоклаза и пироксена. Часто они образуют скопления и сростки.

В пироксенах включения титаномагнетита редки, и размер их не превышает 0,2 мм. Во многих образцах пироксен-плагиоклазовых базальтов ферритов-оксидов нет, а иногда в основной массе есть скелетные выделения титаномагнетита. Поздние - мелкозернистые - титаномагнетиты распространены в основной массе равномерно в отличие от крупных, приуроченных к участкам с преобладанием фенокристаллов. Мелкие зерна остроугольные, прямоугольные, ромбовидные и неправильные. Преобладают размеры от 0,01 до 0,03 мм. Иногда кристаллы образуют сростки.

В андезитах зерна титаномагнетита до 0,1 мм равномерно распределены в основной массе. В гломеропорфировых сростках титаномагнетит несколько крупнее (0,1-0,5 мм).

В вулканических образованиях «базальтоидного» комплекса, отличающихся слабой дифференцированностью и постоянством состава, титаномагнетиту не свойственно большое разнообразие форм выделения и химического состава. Кристаллы его с ровными очертаниями, изометричные либо октаэдрические. Состав зерен гомогенный, пластинки структур распада очень тонкие и едва различимы при увеличении в 500 раз лишь в некоторых кристаллах, что свидетельствует о хорошей сохранности кристаллов.

Как в базальтах, так и в их туфах, преобладающих в базальтоидном вулканическом комплексе, магнетиты и титаномагнетиты содержат титан в среднем от 1,8 до 6,1 мас.%, и его концентрация растет с увеличением содержания SiO2 в породах.

В породах «андезитового» вулканического комплекса преобладают титаномагнетиты. В базальтах железо-титан-оксидные минералы представлены преимущественно титаномагнетитом, а в тыловой части островной дуги встречаются хромшпинелиды. Титаномагнетитов в основной массе до 5-6 % объема породы. Размер их зерен не более 0,1 мм. Форма их преимущественно правильная, нередки скопления зерен. В андезито-базальтах Fe-Ti-оксиды представлены титаномагнетитом, изредка магнезиоферритом. Их общее количество не превышает 7 %. Зерна довольно мелкие и не превышают 0,02 мм. Форма их чаще неправильная и в породе много срастаний.

Внешне кристаллы титаномагнетита в андезитах довольно разнообразны - от скелетных до изометричных и хорошо ограненных. Кристаллы неправильной формы имеют волнистые очертания, реакционную кайму и прорастания силикатов по трещинам на значительную глубину. Многие зерна включают силикаты. Строение от гомогенного до изобилующего пластинками распада различной толщины - от едва различимых при больших увеличениях до очень крупных.

Титаномагнетиты базальтов содержат титана немного (от 5,3 до 10,4 мас.% TiO2), а глиноземистость их весьма высокая (от 3,8 до 8,8 мас.% Al2O3). Концентрации MnO весьма выдержаны - от 0,43 до 0,76 %, окиси магния - от 2,2 до 5,3 мас.%, а Cr2O3 - от 0,06 до 7,67 мас.% и выше. Высокое содержание Cr2O3 в породах приводит к образованию не только высокохромистых титаномагнетитов, но и хромшпинелидов и хромитов.

Титаномагнетиты вулкана Алаид, расположенного в задуговой зоне, выделяются высоким содержанием хрома (до 8800 г/т) и других примесных элементов (Co - от 180 до 320 г/т, Ni - от 93 до 430 г/т, V - от 1800 до 3500 г/т).

В андезито-базальтах вулканов Фусса, Черный Брат, Руруй, Атсонупури и Стокап состав титано- магнетитов более разнообразен. Содержания TiO2 6,85-14,97 мас.%, концентрация Al2O3 более умеренная, чем в базальтах (2,43-4,20 мас.%), а по MgO, MnO и Cr2O3 менее выдержана.

В андезитах «андезитового» комплекса типичны Fe-Ti-оксиды лавовых потоков вулканов Кудрявый и Меньшой Брат. TiO2 в них 7,67 - 25,34 мас.%, Al2O3 сравнительно мало (0,79 - 3,89 мас.%), MnO - 0,19-0,53 %, MgO - от 1,69 до 4,45 мас.%, а Cr2O3 в большинстве образцов 0,11-0,15 мас.%.

В Fe-Ti-оксидах андезитов вулканов Кудрявый и Меньшой Брат содержания титана повышены - от 3,7 до 9,9 мас.%, ванадия - от 2500 до 6100 г/т, кобальта - до 380 г/т, никеля - до 620 г/т, а цинка, меди и олова - до 900, 1400 и 31 г/т соответственно.

Титаномагнетиты в дацитах из кальдер содержат немного хрома (от 65 до 230 г/т). В титаномагнетитах дацитов купола вулкана Менделеева его значительно больше - до 9100 г/т, и они являются концентраторами ванадия (до 11500 г/т). Сравнительно высоки содержания цинка и олова (до 970 и 21 г/т соответственно).

В породах вулканических комплексов БКГ минералы гемоильменитовой серии твердых растворов встречаются значительно реже, чем титаномагнетиты. Даже при незначительном окислении ульвошпинель переходит в ильменит, образуя мирмекит из магнетита и ильменита. Ильменит слагает в породах как самостоятельные зерна в основной массе и включения во вкрапленниках, так и пластинки распада твердых растворов и имеет различный химический состав. Преимущественно это мелкие (до 0,06 мм) таблитчатые кристаллы, распределенные в основной массе пород. Содержание TiO2 38,2-47,8 %, FeO - от 44,31 до 55,04 %. В ильмените флишоидно-пемзового комплекса понижена концентрация MgO (менее 2,5 мас.%) и значительны колебания MnO (от 0,63 до 1,56 %).

В островодужных комплексах на поверхность выведены эффузивные и пирокластические породы - исходный источник питания промежуточных и конечных россыпей. Содержание свободного обломочного и кристаллического сросткового титаномагнетита в вулканогенных породах от 1 до 6 %. Абразивные клифы, вырабатываемые в таких породах, поставляют рудный материал для россыпей «черных» песков.

Вездесущий титаномагнетит образует концентрированные россыпи в особых случаях. Главным фактором выступает наличие подходящих коренных источников. В нашем случае - это пирокластические породы среднего - основного состава с вкрапленным титаномагнетитом, составляющим 2 % и более объема породы (50 кг/м3). Рудная пыль размерностью 0,05 мм и менее, характерная для риолитов, игнимбритов, дацитов и ассоциирующих с ними пирокластитов, россыпей не образует.

Титаномагнетитовые россыпи тихоокеанских окраин России накапливались в различных морфолитодинамических условиях. При абразии перерабатывались коренные источники, сильно отличающиеся по составу. На о-ве Итуруп выявлено, что все они могут быть отнесены к прибрежно-морским россыпям. Кроме того, установлена четкая зависимость минералогического и химического состава россыпей от состава коренных источников.

В зависимости от типов коренных источников морфогенетический ряд титаномагнетитовых россыпей разделяется на три подтипа, которые были замечены при первых же работах на о-ве Итуруп (Чалых, Чупиков, 1967; Гриценко, 1967): 1) пироксен-плагиоклазовые, образовавшиеся при абразии нижне-среднечетвертичных туфов и пемз, а также, в очень малой степени, эффузивов (местрождения Ручарское, Рейдовское и Ветровское); 2) полевошпатовые граувакки, сформировавшиеся при абразии туфогенноосадочных образований (проявления Канонерское, Океанское, Курильское, Куйбышевское, Зеркальный Пляж); 3) вулканограувакки, образованные эксплозивной вулканической деятельностью (проявления Лесозаводское и Одесское).

Наибольший интерес представляет первый подтип. Это полосы песков, вытянутые вдоль берега. От моря вглубь острова всегда можно выделить следующие прибрежно-морские морфологические образования: пляж, береговые валы низких аккумулятивных террас, марши и лагунные образования. Практически в верхней части россыпи повсеместно начинаются от подножья ранне-среднечетвертичных либо верхнечетвертичных терасс.

Прибрежно-морские россыпи распределены на трех уровнях высокого стояния береговых линий, соответствующих позднеплиоценовой, позднеплейстоценовой и голоценовой трансгрессиям, и на нескольких (от двух до пяти) абразионных линиях регрессивных фаз. На современных пляжах и в их подводной части реализовалась схема россыпеобразования, присущая трансгрессирующему морю, с переслаиванием пустых и шлиховых прослоев, а в надводной - регрессирующему, с большой ролью эоловых процессов.

Минеральный состав титаномагнетитовых россыпей однороден. Рудная составляющая представлена преимущественно титаномагнетитами и ильменитами. Нерудные минералы россыпей - пироксены, полевые шпаты и кварц. Кроме них немного эпидота, лимонита, роговой обманки, гематита, апатита, рутила, пирита, турмалина, мартита, циркона, барита и диаспора.

Титаномагнетит, как преобладающий компонент в песках, составляет от 10-15 до 70-90 %, а в среднем около 20 %. Обычно его зерна не более 0,25 мм. Поверхность минерала кавернозная. Характерно присутствие почти во всех зернах тонкой оболочки вулканического стекла толщиной в сотые и тысячные доли миллиметра. Химический состав минералов изменяется даже в пределах одной россыпи, особенно в отношении полезных компонентов. По данным анализа бороздовых проб содержание в песках железа от 14 до 46 %, двуокиси титана - от 1,6 до 8 %, а пентоксида ванадия - от 0,03 до 0,08 %. Из вредных примесей в концентратах присутствует двуокись кремния (6,5-52,6 %), фосфор (0,027-0,292 %) и общая сера (0,002-0,116 %), а из легирующих элементов кроме ванадия - марганец (MnO 0,28-0,88 %).

Типовым объектом и «визитной карточкой» региона в целом может служить Ручарская россыпь на о-ве Итуруп (Охотоморское побережье, Ветровой перешеек).

Морской пляж протянулся на 13 км вдоль зал. Простор в виде полосы шириной 40-50 м, подверженной волноприбойному воздействию. По форме поперечного профиля в пределах месторождения развиты в основном пляжи односклонные неполнопрофильные, примыкающие к абразионным уступам, сложенным устойчивыми к абразии породами миоцен-плиоценовой рыбаковской свиты или среднечетвертичными слаболитифицированными отложениями пемзового состава. На месторождении морские пески пляжа обычно переходят в эоловые дюны, являясь источником питания пляжа, уклон которого обычно находится в пределах 0,03-0,06, возрастая в приливно-отливной зоне до 0,1 %.

Мощность песков 1,5-2,5 м, а высота дюн, примыкающих к пляжу, от 5 до 35 м. Площадь распространения эоловых песков в северной части перешейка Ветровой около 4 км². Мощность их от первых метров до 30-35 м. Содержание магнетита и титаномагнетита максимальное в так называемых черных песках, расположенных в краевых частях месторождения. Преобладают же серые пески, которые составляют 98 % общих запасов Ручарского месторождения.

--Boris 14:51, 11 мая 2016 (VLAT) В.А. Мелкий

Монография "Геодинамика, магматизм и металлогения Востока России"

Государственный кадастр месторождений