Россыпная минерагения современного островодужного комплекса

В отличие от орогенных покровно-складчатых сооружений палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста современные островные дуги так же, как и океанические острова, характеризуются существенно менее значительным россыпным потенциалом как в силу достаточно ограниченного спектра минеральных и морфогенетических типов россыпей, так и их масштабов. Это хорошо видно на примере грандиозного по своей протяженности островодужного пояса западной Пацифики, а также Антильской дуги. Представляя собой наиболее активные в тектоническом отношении участки земной поверхности с развитием мощного современного вулканизма и высокой сейсмичностью, островодужные системы характеризуются также наибольшей контрастностью рельефа с размахом отметок между впадинами глубоководных желобов и вершинами вулканов до 12-15 км и высокой динамичностью рельефообразующих процессов. Хотя ширина островных дуг (вместе с желобами) может достигать нескольких сотен километров, область возможного россыпеобразования в общем случае достаточно локальна и, как правило, ограничена зоной узких прибрежных равнин, современной береговой зоной и участками прибрежного шельфа.

Минерагенический профиль россыпной минерализации рассматриваемых областей определяется абсолютным господством среди россыпеобразующих формаций вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород известковисто-щелочной серии, в составе которых преобладают андезиты; присутствуют также более основные (базальты) и кислые (риолиты, дациты) разности. Возраст этого вулканизма укладывается в интервал времени от 10 до 40 млн. лет. Там, где современные островные дуги накладываются на более древние (Алеутская и Марианская дуги) и на участки континентальной земной коры, возникают условия для проявления некоторых других типов россыпеобразующих коренных источников и минеральных типов россыпей, о чем будет сказано ниже.

Классическим типом россыпной минерализации современных островных дуг являются т.н. "железистые пески" - титаномагнетитовые россыпи, образующие главный россыпной потенциал островных дуг восточного обрамления Тихого океана от Курильских островов на севере до о-вов Фиджи и Новая Каледония на юге. Хотя первые сведения о наличии черных песков на островах относятся еще к концу XIX - началу XX века, интерес к ним как источнику собственно железорудного сырья начал проявляться только в годы Второй мировой войны.

Именно в пределах островных дуг Тихоокеанского кольца и сопредельных мезозоид (Новая Зеландия) располагаются крупнейшие провинции и районы развития титаномагнетитовых россыпей, ценность которых повышается также за счет ванадиеносности самого титаномагнетита и присутствия в песках золота, ради извлечения которого еще в XIX веке были предприняты первые шаги в эксплуатации титаномагнетитовых песков.

Помимо Новой Зеландии, наиболее значительные месторождения титаномагнетитовых лляжевых песков расположены и отрабатываются в Японии на о-ве Хонсю (месторождения Ома, Чикагава, Набари, Сампо и др.), Хоккайдо (Саппоро), Кюсю (Фукуоко), на Филиппинах: крупнейшие - на о-ве Лусон (всего более 200 участков), более мелкие - на о-вах Минданао, Палаваи, Лейте, на о-вах Зондского архипелага: на о-ве Ява (месторождения Силакеп, Джокьярта, Джампанг-Кулон, Сипатул, Сидаун и др.), на о-вах Южный Флорес, Бали, Суматра, а также на Гибридах, на Соломоновых о-вах (о-ва Ранонг, Бугенвиль), на Алеутских о-вах (о-в Кадьяк). В России крупнейшая провинция развития железистых россыпей островодужного комплекса связана с Курильской дугой; северный фланг этой провинции занимает тихоокеанское побережье п-ва Камчатка.

Связь россыпеобразующей минерализации с молодыми вулканогенноосадочными породами определяет не только ее состав, но и условия питания россыпей, которые несколько отличаются от классической схемы. Присутствие рыхлого пирокластического материала определяет возможность быстрого высвобождения титаномагнетита даже без предварительного длительного химического выветривания, а пространственная сближенность источников питания с береговой зоной - его поступление в россыпи не только за счет выноса реками, но и непосредственно в процессе абразии берегов. Эффективность сепарации тяжелых минералов определяется высокой энергией волновых процессов на участках открытых океанических и морских побережий с высокими темпами абразии, интенсивной переработкой обломочного материала и непрерывным возобновлением пляжевых россыпей, особенно после штормов.

Классическая схема формирования железистых прибрежно-морских россыпей (ПМР) островодужных систем включает вынос разрушенного пирокластического материала реками и малыми водотоками либо непосредственно в результате абразии на взморье, либо поступление его в зону пляжа с подводного склона в штормовые периоды, перераспределение и сепарацию в волноприбойной зоне. Следующая стадия развития россыпей - их переход в террасовые и дюнные россыпи при подъеме суши либо в подводные россыпи затопленных береговых линий при подъеме уровня моря.

В.П. Петелин, рассматривая железистые россыпи островных дуг и океанических островов, выделил среди них три типа, различающиеся по источникам питании и типам концентратов: 1) титаномагнетитовые ванадиеносные россыпи андезитового пояса, относительно низкотитанистые (8-10% TiO2 и до 0.5% V2O5 в титаномагнетите); к этому типу принадлежат месторождения Курил, Камчатки, Японии, Филиппин; 2) титаномагнетитовые россыпи океанических о-вов Гавайи и другие о-ва Океании, высокотитанистые (до 14% TiO2 в титаномагнетите), с низким содержанием ванадия (<0.16% V2O5); 3) титаномагнетитсодержащие россыпи смешанного типа,

встречающиеся, строго говоря, за пределами современных островодужных систем, там где андезитовый магматизм наложен на участки более древней континентальной коры.

Соответственно из распространенных в природе минеральных подтипов железистых ПМР: а) (магнетит)-титаномагнетитовый ванадиеносный; б) хромит-магнетитовый; в) титаномагнетит-ильменитовый с незначительной примесью циркона (О.К. Тареева) для рассматриваемых областей наиболее характерны первый и третий подтипы при абсолютном преобладании первого из них. Указанные различия минерального состава россыпей, определяющие характер получаемых из них концентратов, учитываются и а промышленной классификации россыпных месторождений железистых песков.

В целом, как отмечали еще А.И. Айнемер и Г.И. Коншин, вопросы формирования россыпей на островах Западной Пацифики, если не считать достаточной ясности в вопросе их коренных источников, во многом рассмотрены схематично. Это относится, в частности, к проблеме высвобождения и дифференциации рудных минералов в условиях тропического выветривания. Ссылаясь на данные, приводимые В.В. Калиненко и В.С. Долотовым, цитируемые авторы указывают, что исходные различия петрофонда, в силу молодости системы "коренной источник - россыпь" не успевают нивелироваться даже в условиях энергичного тропического выветривания. Как результат, дезинтеграция массивных базальтов в волноприбойной зоне не идет дальше их разрушения на блоки валунной и крупногалечной размерности, в результате чего, они, несмотря на высокие исходные содержания россыпеобразующих тяжелых минералов, не формируют россыпи, как это имеет место на некоторых из островов Западного Самоа. Напротив, как уже отмечалось выше, разрушение вулканокластических пород (туфов, туфолав, пемз), начинаясь на ранних стадиях выветривания (как это имеет место на о. Эфат в Новых Гибридах), продолжается при транспортировке водными потоками и в волноприбойной зоне, что способствует практически полному высвобождению рудных минералов псаммитовой и крупноалевритовой размерности. Дальнейшая сортировка материала способствует их сепарации по плотности и крупности, а исходные размеры зерен определяют их сосредоточение в достаточно узком диапазоне крупности, преимущественно в классе -0.25+0.1 мм.

Характерную особенность титаномагнетитовых россыпей островодужных комплексов, в отличие от большинства ПМР по окраинам континентов, составляет их довольно "простой" минеральный состав, в котором присутствуют практически два минерала - титаномагнетит и пироксен в соотношении 3:1 - 2:1. В качестве попутного ценного минерала нередко присутствует золото.

Различия условий формирования месторождений железистых песков хорошо видны на примере Северо-Западной Пацифики. В пределах ее российского сектора располагается крупнейшая Курило-Камчатская провинция развития собственно титаномагнетитовых россыпей, образованных за счет туфогенных пород островодужного комплекса. Главную роль в питании россыпей здесь играют туфопесчаники, пемзы и пемзо-шлаковые пирокластические толщи, слагающие, наряду с лавами, конусы стратовулканов. Как правило, петрографические особенности этих пород определяют и их россыпеобразующие свойства. Так, преобладание вулканитов порфировой структуры среднего и основного состава служит надежным критерием для выделения наиболее вероятных источников железистых прибрежно-морских россыпей (ПМР). Тонкозернистые афанитовые разности пород также более предпочтительны для быстрого высвобождения титаномагнетита, нежели порфировые разности. Имеются и определенные различия в морфогенетических типах россыпей. На островах Курильской дуги преобладают современные пляжевые россыпи и дюнные россыпи низкой (голоценовой) морской террасы. На побережье юго-западной Камчатки все титаномагнетитовые россыпи связаны с древними береговыми линиями, а на ее восточном берегу питание россыпей осуществляется через промежуточные коллекторы - мощные (до 2000 м) песчано-галечные толщи аллювиального и прибрежно-морского генезиса. По данным Л.Б. Хершберга, имеются перспективы обнаружения погребенных и подводных россыпей.

В отличие от них россыпи черных песков континентального взморья, как хорошо видно на примере Татарского пролива и восточного побережья Японского моря, формируются, как правило, за счет смешанных источников питания и, помимо титаномагнетита, содержат ильменит и другие тяжелые минералы, характерные для комплексных ПМР.

Классическими представителями железистых ПМР островодужного комплекса являются титаномагнетитовые россыпи Большой Курильской дуги, где в настоящее время известно более 20 россыпей (таблица 6.1), не считая многочисленных россыпных проявлений.

Среди них наиболее детально разведанным и хорошо изученным является Ручарское месторождение на побережье залива Простор о-ва Итуруп, приуроченное к отложениям современного пляжа и дюнному комплексу низкой морской террасы. Месторождение вытянуто на 5.5 км вдоль побережья залива и приурочено к современному пляжу шириной 40-50 м и к дюнам высотой 5-10 м, занимающим пространство низкой прибрежной равнины Ветрового перешейка. Мощность пляжевой залежи составляет 1.5-2.5 м и увеличивается в области дюн до 30-35 м. Общая площадь распространения эоловых россыпей составляет около 4 км2, а площадь разведанных запасов рудных песков - около 3.1 км2.

По ситовому составу пески пляжа и эоловых дюн мелко- и среднезернистые. Максимальное содержание титаномагнетита (до 70%) наблюдается в так называемых "черных песках", тяготеющих к краевым частям месторождения. Преобладающим же типом руд на месторождении являются "серые пески", с которыми, по данным Сахалинского ГУ, связано около 98% общих запасов Ручарского месторождения. В россыпях титаномагнетит является главным рудным минералом, составляя от 10-15 до 70-90% (в среднем 20%). Из других железо-титан-оксидных минералов в россыпях в гораздо меньших количествах встречаются гемоильмениты, ильмениты, хромистые шпинелиды.

Основным источником этих россыпей служат молодые кислые пирокласты так называемых флишоидно-пемзового (миоцен-плиоценового) и андезитового (четвертичного) комплексов, в то время как разделяющие их зеленотуфовый и базальтоидный комплексы практически не участвуют в россыпеобразовании. В своей массе питающие породы представляют собой слаболитифицированные, легко поддающиеся размыву массы, поставляющие в береговую зону значительные количества рудных минералов. Встречающийся в них титаномагнетит образует несколько генераций, обладающих разной россыпеобразующей способностью: а) сравнительно крупные (-1.0 мм) кристаллы первично-магматического происхождения, вкрапленные в основную массу; б) такие же по величине зерна, присутствующие в виде включений в пироксенах и оливине; в) мелкозернистый (0.01-0.1 мм) титаномагнетит, а также титаномагнетитовая "сыпь" (0.001-0.008 мм), распыленные в основной стекловатой массе в виде скелетных выделений; г) титаномагнетиты постмагматической стадии в виде черве- и каплеобразных выделений и мирмекитовых срастаний с силикатами.

Из приведенных в таблице 6.2 данных видно, что Ручарское месторождение отличается весьма низкой титаноносностью - при среднем содержании TiO2 в песках на уровне 8-11%.

Балансовые запасы Ручарского месторождения составляют, по данным Сахалинского ГУ, при общем содержании железа свыше 14%: а) категории В -4504 тыс.т при среднем содержании Feобщ. - 16.7%, TiO2 - 2.5%, V2O5 - 0.09%; б) категории C1 - 5640 тыс.т при среднем содержании Feобщ. 17.2%, TiO2 -2.56%, V2O5 - 0.08%; в) категории C2 - 526 тыс.т при среднем содержании Feобщ - 14.2%, TiO2 - 2.3%, V2O5 - 0.05%. Общие запасы железа в рудных песках Ручарского месторождения, включая забалансовые, составляют 25.6 млн.т. Технологические испытания рудных песков месторождения, проведенные НИИПИИ "Уралмеханобр", показали их хорошую обогатимость. Полученные партии концентратов содержат суммарные оксиды Fe в количестве 57-58%, диоксид Ti - 10%, пентоксид V - 0.43%. Установлено, что они успешно могут применяться в черной металлургии для производства легированных сталей, а также использоваться в порошковой металлургии. Следует также отметить, что исследованиями ГИРЕДМЕТ и ИГЕМ в титаномагнетитах Ручарского месторождения установлено аномально высокое содержание индия - до 150 г/т.

Богатые промышленные титаномагнетитовые россыпи располагаются на островах Японского архипелага. Их суммарные запасы и ресурсы оцениваются более чем в 160 млн.т песков (при содержании железа в песках от 23 до 60%, а титана в среднем около 12%) и составляют основную часть железорудного потенциала Японии, в том числе более половины в ПМР о-вов Хонсю и Хоккайдо (см. выше).

Наиболее значительные россыпи располагаются вдоль восточного побережья архипелага и связаны с Восточно-Японской питающей провинцией. Образование россыпей связано с разрушением кайнозойских андезито-дацитов и базальтов, в основном в полосе шириной не более 100 км от берега. В формирование минеральных ассоциаций россыпей свой вклад вносят также более древние палеозойские и мезозойские метаморфические и вулканогенные породы. Долгие годы главным объектом промышленной отработки служили россыпи современных пляжей, в настоящее время истощенные. Сегодня основные ресурсы титаномагнетитовых месторождений связаны с подводными россыпями. Только на о-ве Кюсю в разработку вовлечено более 20 подводных россыпей. В Вулканическом заливе у южного берега о. Хоккайдо и в Токийском заливе на о. Хонсю известны подводные россыпи, располагающиеся на глубинах 10-25 м; они оконтурены по содержаниям магнитной фракции 3-4%. Отдельные залежи имеют протяженность 2-4 км при ширине 1-2 км и мощности рудного пласта 1-3 м, что обеспечивает значительные запасы рудных песков даже при сравнительно невысоких содержаниях металла.

Одним из примеров подводных титаномагнетитовых россыпей Японии является открытая еще в 1960 г, россыпь в заливе Ариаке с запасами более 1,7 млрд.т песков. Россыпная залежь располагается на глубине до 25-30 м и связана с погруженной береговой линией. Площадь месторождения превышает 170 кмг, а ее главный рудный компонент - титаномагнетит -содержит 56% железа, 12% титана, 0.2% ванадия. Месторождение успешно отрабатывается; только в начальный период эксплуатации (до 1965 г.) оно дало более 7 млн.т руды.

Считается, что благоприятные предпосылки расширения железорудной сырьевой базы Японии за счет подводных титаномагнетитовых россыпей связаны также с более глубоко затопленными береговыми линиями, расположенными на глубинах 60-80, 160-180, около 300 и 700 (!) м.

Крупнейшую субпровинцию титаномагнетитовых россыпей образуют также о-ва Филиппинского архипелага; наиболее значительные из них располагаются на о-ве Лусон (всего более 200 участков), менее крупные - на

о-вах Минданао, Палаваи, Лейте. Титаномагнетитовые ПМР известны также на

о-вах Фиджи, где в районе устья р. Синготока на побережье и мелководье располагается месторождение с запасами 20 млн.т железистых песков, содержащих также примесь золота. Богатые по содержанию титаномагнетита, но, видимо, небольшие по запасам россыпи известны на Соломоновых о-вах, на Новых Гибридах (о. Эфат).

Другим, правда, менее распространенным типом россыпей в пределах рассматриваемых структур являются ассоциирующие с молодыми офиолитами хромитовые россыпи, также преимущественно прибрежноморского генезиса. Они известны на восточном побережье о-вов Сулавеси (зал. Томини), Сула, о-вах Молукского архипелага (Хальмахера, Серам), у северо-восточной оконечности Новой Гвинеи. Одна из таких хромитовых россыпей, в заливе Юон у берегов Новой Гвинеи, приурочена к осадкам дельтового происхождения, залегающим в интервале высот максимального прилива и отлива, Предполагаемые объемы рудных песков с содержанием хромита около 2% и мощностью рудного слоя 20-25 см составляют более 300 м3. Несмотря на столь скромную оценку, этот объект, по-видимому, относится к числу наиболее богатых {по содержанию рудного минерала) хромитовых ПМР число которых в Мире ограничено. Россыпные проявления хромитов известны также на о-вах Новой Каледонии и Гибридах.

С хромититами молодых офиолитов ассоциирует также платинометалльная россыпная минерализация, которая представлена, как это имеет место на островах Новой Каледонии (данные T. Auge), включениями МПГ в хромшпинелидах, а также Pt-Fe-Cu, сульфидами и оксидами МПГ, сплавами Os-Ir-R, изоферроплатиной и другими минералами. Известны также вторичные выделения МПГ в виде Pt-Fe сплавов волокнисто-ламинарной текстуры в латеритных корах выветривания.

Россыпная золотоносность проявляется как в виден самостоятельных континентальных россыпей, так и в виде примеси золота в прибрежно-морских железистых россыпях.

Например, континентальные россыпи золота довольно широко распространены в пределах островной системы Бол. Антильских о-вов (Эспаньола, Гаити), где они группируются в пределах центрального поднятия (Центр. Кордильера), сложенного раннемеловыми (пред-альбскими) офиолитами, черными сланцами и верхнемеловым андезитовым осадочновулканогенным комплексом (формация Лос Ранчос, серия Ля Майн), прорванными гранитными батолитами палеогенового возраста. По рудам коренных месторождений, среди которых присутствуют и достаточно крупные объекты, повсеместно развиты мощные коры выветривания латеритного профиля и зоны окисления, с которыми связаны значительные запасы и ресурсы золота. По данным Я. Красона, только для месторождения Пуэбло Вьедже в Доминиканской Республике ресурсы руд золотоносной коры выветривания оценены в 27 млн.т при средних содержаниях Au 4.23 г/т и Ag 21.6 г/т. Золотоносные коры выветривания, в свою очередь, дают начало богатым остаточным элювиальным россыпям, характерной особенностью которых является близповерхностное залегание, непосредственно в почвенным слоем или под ним. Различают следующие типы остаточных россыпей золота, сформировавшихся практически in situ и составляющих характерную особенность областей тропического литогенеза; а) элювиальные скопления крупного золота преимущественно "самородкового" класса, с отдельными самородками массой до 4-130 г, концентрирующиеся непосредственно в почвенном горизонте в слое мощностью до 30 см, иногда до 1 м; б) скопления мелких самородков крупностью в целом менее 2 мм, иногда до 15 мм в диаметре, концентрирующиеся в горизонте мощностью до 20 м, с отчетливой тенденцией к преимущественной концентрации в нижней части латерита; в) остаточные скопления золота (lag placers) разных классов, но преимущественно крупного, в базальных горизонтах аллювиальных галечников.

Выше говорилось о том. что многие титаномагнетитовые ПМР также содержат значительную примесь золота, извлечение которого кустарным способом в ряде случаев началось еще до промышленного освоения титаномагнетитовых месторождений. Автор располагает сведениями, полученными от К. Станвея (устное сообщение), об имеющей место переоценке известных титаномагнетитовых россыпей Новой Зеландии с получением лицензий и новых концессий на предмет попутного извлечения содержащегося в них золота. Среди российских железистых ПМР наибольшими перспективами в отношении золота обладают россыпи восточного побережья Камчатки (зал. Occopa и др.).

Говоря о потенциальной россыпеносности областей современной тектоно-магматической активности, вероятно, будет целесообразным упомянуть также появившиеся в последнее время сведения об уникальных по условиям формирования "глубоководных" концентрациях кластогенных минералов, установленных в составе океанических железо-марганцевых корок гайотов. Первые сообщения об имеющих кластогенную природу глубоководных концентрациях МПГ, формирующихся в зоне повышенной активности придонных течений (т.е. при участии процессов механической сепарации), были получены автором от А.Г. Мочалова (устное сообщение).

Аналогичные соображения о вероятной кластогенной природе весьма широкой по своему составу ассоциации тяжелых минералов, присутствующих в составе Fe-Mn корок, поднятых с гайотов двух рудных полей центрального сектора Магеллановых гор в Тихом океане, высказывают М.П. Торохов и М.Е. Мельников. Подчеркивая смешанный характер ассоциации тяжелых минералов, в составе которых присутствуют самородные металлы, разнообразные интерметалл иды, оксиды, силикаты, фосфаты, а также тот факт, что выделенные минералы в большинстве случаев имеют отчетливо выраженную обломочную форму, авторы также высказывают мнение о возможности достаточно эффективной механической сепарации в подводных условиях на поверхности и склонах гайотов, что соответствует представлениям об активных гидродинамических условиях, в которых формируются корки. He исключено также, что смешанная ассоциация кластогенных минералов "заимствована" из осадков, сформированных еще до этапа погружения гайота.