Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии

окальные геолого-динамические факторы формирования комплексных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов

Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

 

Анализируя содержание коэффициентов А и К (формулы (3.5) и (3.6)) и влияние их на распределение тяжелых минералов в потоке наносов, можно выявить их геологический смысл.

Коэффициент К прямо пропорционально связан с содержаниями россыпеобразующих компонентов в зоне источника. Он будет тем больше, чем больше вынос из ячейки безрудной составляющей (w) и меньше вынос рудных компонентов (wr). Поскольку эти параметры в значительной мере зависят от состава россыпеобразующего источника (содержание глинистых фракций и крупность тяжелых минералов), то коэффициент К отражает, в первую очередь, вещественные факторы россыпеобразования. Так в случае размыва кор выветривания, развитых по коренным источникам тяжелых минералов, интенсивный вынос глинистых фракций существенно увеличивает значение w, что приводит к обогащению отложений прибрежно-морской зоны по сравнению с коренным источником. В зависимости от соотношения в эродируемых породах тяжелых устойчивых к выветриванию (преимущественно титан-циркониевых) минералов, песчано-алевритовой кварц-полевошпатовой и глинистой составляющих, коэффициент К может достигать существенных значений. Так, по мнению Сигова (1971) для олигоценовых отложений Зауральского россыпного района только за счет выноса глинистой составляющей содержание россыпеобразующих минералов в конечном водоеме стока может возрастать в десятки раз по сравнению с мезозойскими корами выветривания герцинид Урала. Для делювиально-пролювиальных отложений криолитозоны северо-востока России реально определенное значение К равно 8.0 (Лаломов, 1991).

Коэффициент А связан с содержанием в потоке тяжелых минералов более сложной зависимостью. Он играет двоякую роль: на участке поступления россыпеобразующего компонента в поток с ростом значения А повышается степень концентрации тяжелых минералов, ниже от источника по потоку с возрастанием А увеличивается интенсивность падения содержания в потоке тяжелых минералов. В общем случае, коэффициент А отражает интенсивность поступления материала и его дифференциации в береговой зоне на участке абразии, т.е. динамический фактор россыпеобразования (рис.6).

Рис. 6. Качественный график влияния комплексного лито-динамического показателя А на содержание полезного компонента в различных динамических зонах россыпи. I - зона абразии: Ia - участок источника россыпеобразую-щих минералов (Х0-Х1), 1б -участок ниже по вдольбере-говому потоку от источника (Х1-Х'); II - зона транзита наносов (X'-X"), III - зона аккумуляции наносоваа (X"-

Xmax).

Из уравнения (3.10) следует, что содержание полезного компонента на участке аккумуляции определяется коэффициентом Br, то есть соотношением скоростей отожения из потока рудного и безрудного материала. Поскольку зависимость (3.10) носит степенной характер, в случае, когда Ur>U (соответственно Br>1) содержание тяжелых минералов в образующихся из потока отложениях будут возрастать за счет опережающего накопления тяжелых минералов по сравнению с основной массой наносов.

В целом, для россыпей дальнего сноса обстановка дефицита наносов и абразии береговой зоны является неблагоприятной для образования крупных россыпных концентраций. Если в зоне источника содержание россыпеобразующего компонента в потоке возрастает (интенсивность этого процесса зависит, в первую очередь, от содержания в источнике тонкозернистых, преимущественно глинистых гранулометрических классов), то ниже по потоку от источника концентрация россыпных минералов уменьшается за счет разбавления пустой породой.

Обстановка профицита наносов в потоке и аккумуляции материала гораздо более благоприятна для образования повышенных россыпных концентраций. В зоне аккумуляции в зависимости от соотношения срывающих скоростей для частиц полезных минералов и вмещающих пород происходит (в наиболее благоприятных обстановках -многократное) увеличение содержания россыпеобразующих минералов в активной зоне пляжа и подводного берегового склона, что приводит к образованию крупных и суперкрупных прибрежно-морских россыпей тяжелых минералов.

Поскольку степень концентрирования зависит от количества циклов обогащения, определяющим показателем становится скорость смещения тяжелых минералов в потоке наносов по отношению к степени его переработки.

Оптимальные условия для образования повышенных концентраций создаются при ориентировке ветроволновой энергетической равнодействующей по нормали к берегу, где отношение суммарного колебательного перемещения частиц к результирующему вдольбереговому смещению достигает максимальных значений.

При большом (по модулю) значении суммарного гидродинамического воздействия на прибрежные осадки, но стремящейся к нулю алгебраической сумме векторов перемещения материала происходит перемыв донных отложений без смещения вдоль берега, чем достигается существенное концентрирование рудных минералов.

В прибрежно-морских условиях при наличии мощного и устойчивого вдольберегового потока наносов морфоструктурными структурно-седиментационными ловушками (ССЛ) россыпей становятся участки изменения направления береговой линии. В общем случае перед выступающим мысом, представленным выходами более твердых пород, дельтовыми выносами, массивами рифовых известняков и т.п., происходит торможение потока наносов, аккумуляция материала и его интенсивное обогащение в условиях подхода волнения субнормально к берегу. Подобная ситуация характерна для многих россыпей тяжелых минералов (рис. 7).

Глава 4. Тектонические режимы областей россыпеобразования и их влияние на структуру, состав, локализацию и условия сохранности ископаемых комплексных ПМР

В главе 4 раскрывается третье защищаемое положение диссертации.

В силу палегеографической ситуации и геологической истории развития региона на территории России промышленное значение имеют только ископаемые россыпи тяжелых минералов. Наличие двух типов россыпных концентраций в сочетании с различными режимами конседиментационных тектонических движений в области россыпевмещающих структур порождает существенное разнообразие ископаемых форм комплексных ПМР, осложняемое постседиментационными эрозионно-тектоническими процессами.

Моделирование процесса трансформации и перехода в ископаемое состояние комплексных ПМР в условиях различных тектонических режимов позволяет учитывать тектонический фактор для прогнозирования параметров ископаемых комплексных ПМР тяжелых минералов.

По масштабу своего проявления выделяются три уровня положительных факторов россыпеобразования, в той или иной мере связанные с геодинамическими процессами:

1. Регионально-тектонический уровень - наличие относительно стабильных условий древних и молодых консолидированных платформ, способствующих при наличии благоприятной климатической обстановки длительному корообразованию и отложению хорошо сортированных обломочных осадков. Регионально-тектонический уровень определяет перспективность площадей ранга россыпных провинций.
2. окально-тектонический уровень, связанный с наличием в пределах россыпных провинций тектонических структур III-IV порядков, которые определяют вывод источников россыпеобразования в область эрозии и фиксацию береговой линии бассейна в зонах дифференцированных неотектонических движений. Источниками россыпеобразующего вещества могут служить как выступы складчатого основания, так и промежуточные коллектора, сложенные осадочными породами чехла. Это уровень соответствует подразделениям ранга россыпного района.

3.а Режимно-тектонический уровень, отражающий характер

неотектонических движений (направление и периодичность), которые

определяют морфологию россыпных проявлений, внутреннюю

структуру, состав и условия консервации ископаемых россыпей. Этот

фактор проявляется в масштабе россыпных узлов, полей и отдельных

россыпных тел.

Если первый уровень и, в общих чертах, второй описаны и изучены, то режимный уровень до сих пор почти не исследован в геологической литературе по россыпной тематике.

Для оценки действия режимного фактора на структуру россыпных полей и моделирования процесса образования и сохранности россыпей была применена численная схема расчета литодинамики побережья и изменения структуры россыпей в различных тектонических режимах.

Для проведения численного моделирования в пределах активного слоя наносов были выделены элементарные ячейки, обмен веществом между которыми происходит в зависимости от степени насыщенности ячеек рудным и нерудным материалом в пределах профиля, перпендикулярного к береговой линии. Кроме того, модель предусматривает участие в обмене как ячеек с положительной глубиной Н (покрытых водой), так и с отрицательной глубиной, т.е. находящихся выше уровня моря.

Интенсивность процессов массопереноса для ячеек, покрытых водой, поставлена в экспоненциальную зависимость от средней глубины над расчетной ячейкой, что отражает падение интенсивности гидродинамического воздействия с глубиной.

А(1) у = А(1)о у exp (-B(t)yH),аа (4.1),

где А^) ij - параметр интенсивности массопереноса i-той фракции в j-том направлении; А^)о ij - величина этого параметра на урезе; B(t)ij -коэффициент для i-й фракции в j-м направлении; Н - глубина (от поверхности воды до поверхности расчетной ячейки в активном слое наносов); t - время.

Рис. 8 Модели перехода россыпей в ископаемое состояние при различных тектонических режимах движений сводово-купольных структур. I - начальное состояние, II - промежуточный этап, III - конечный этап цикла россыпеобразования. Режимы тектонических движений: А -дифференцированные разнонаправленные движения (поднятие в области купола и опускание в периферических областях). Б - трансгрессивные обстановки. В - регрессивные обстановки. Г - периодические опускания на фоне преобладающей регрессии. Д - режим прерывистой трансгрессии бассейна с краткими регрессивными эпизодами.

1 - профиль пляжа и подводного берегового склона: 1 а - последнего уровня стояния моря, 1 б - предыдущих уровней; 2 - уровень бассейна: 2а -последнего уровня стояния моря, 2б - предыдущих уровней; 3 - россыпные тела последнего уровня стояния моря, 4 - эродированные россыпные тела, 5 - содержание полезного компонента в россыпях: 5а - умеренное, 5б -среднее, 5в - высокое; 6 - направленность трансгрессивно-регрессивных движений тектонической или эвстатической природы: 6а - трансгрессия, 6б -регрессия, 7 - переотложение рудных компонентов.

Глубина находится в зависимости от насыщения ячеек активного слоя: при пересыщении активного слоя происходит аккумуляция материиала и глубина уменьшается, при ненасыщении активного слоя происходит эрозия и глубина увеличивается).

Интенсивность выноса материала из ячеек с отрицательной глубиной (лнадводных) в соседние ячейки поставлена в положительную зависимость от разницы глубин (абсолютных отметок поверхности) ячеек. При этом значения применяемых коэффициентов зависят от состава материала в ячейке. В то же время учтено и поступление в пляжевые ячейки материала из соседних подводных ячеек. В расчетных формулах интенсивность поступления материала в береговые ячейки из подводных стремится к нулю по мере увеличения разницы глубин.

Использованная расчетная схема была опробована при моделировании процессов образования и трансформации техногенных россыпей (Лаломов, Таболич, 2009), где показала устойчивую сходимость расчетных и фактических данных как в области формирования рельефа береговой зоны, так и в сфере образования россыпных концентраций.

Схема трансформации россыпей в различных тектонических режимах показана на рис. 8. На рис. 8а приведены результаты моделирования эволюции россыпей в условиях дифференцированных движений в области сочленения локальных сводово-купольных структур с прилегающими платформенными блоками. В этом случае береговая линия фиксируется на флангах сводов, во внутренних частях положительных структур располагаются участки эрозии промежуточных коллекторов, а в береговой зоне бассейна и во внешних областях происходит аккумуляции россыпевмещающих отложений. В такой ситуация зона литорального россыпеобразования находится в режиме нейтрально-положительных движений, что способствует многократной переработке и обогащению обломочного материала и образованию богатых по содержаниям, но небольших по мощности россыпей литорального типа.

В зоне сублиторали формирование россыпей зависит от соотношения скоростей прогибания области аккумуляции и поступления обломочного материала, что определяет степень его переработки и концентрирования тяжелых минералов. В случае, когда скорость прогибания превышает интенсивность отложения осадков, поступающий в бассейн обломочный материал не успевает обогащаться в гидродинамически активной зоне, в результате чего образуется большая по мощности толща металлоносных отложений с непромышленными содержаниями полезного компонента.

В ситуации, когда поступление обломочного материала компенсируется прогибанием или незначительно превышает его, рыхлыеа металлоносныеа отложенияа успеваюта перерабатыватьсяа в активной зоне бассейна, в результате чего образуется толща хорошо сортированных песчано-алевритовых отложений, обогащенная тяжелыми минералами.

В результате этого возникают крупные и сложные по строению месторождения, в составе которых выделяются металлоносные осадки различных фациальных зон. Такое строение имеют Малышевская россыпь Украины, Туганская, Обуховская и Умытьинская россыпи Западно-Сибирской россыпной мегаповинции.

Условия устойчиво-трансгрессивного режима развития бассейна (рис. 8б) не способствуют концентрированию тяжелых минералов, поскольку в этом случае отсутствует явление многократного перемыва и обогащения отложений. К тому же, если береговая линия не фиксируется на периферии сводово-купольные структур, то зона россыпеобразования смещается вслед за миграцией береговой линии и россыпные концентрации проявляются в виде слабообогащенного пласта небольшой мощности, имеющего широкое территориальное распространение.

В случае устойчиво-регрессивного режима (рис. 8в) образованные россыпи попадают в зону субаэральной эрозии, где, в зависимости от соотношения скоростей эрозионного понижения рельефа и его тектонического воздымания они могут сохраниться в пределах морских террас, либо быть съэродированы и переотложены в береговой зоне моря. В последнем случае произойдет обогащение отложений тяжелыми минералами, но также как в случае с устойчивой трансгрессией при отсутствии фиксации береговой линии происходит размазывание продуктивного пласта по большой площади, и промышленных россыпей не образуется.

Иная ситуация складывается, когда трансгрессивно-регрессивные движения происходят в колебательном режиме. В этом случае гидродинамическая переработка ранее сформированных отложений сменяется их захоронением и накоплением осадочной металлоносной толщи. При преобладании регрессивных движений происходит перемыв, переотложение и обогащение осадков, накопленных в трансгрессивной фазе (рис.8г). Россыпные концентрации мелководья перемываются в зоне литорали и переотлагаются в сублиторали более низкого уровня стояния моря. Россыпи зоны пляжа образуют серию ступенеобразных тел, которые в зависимости от соотношения интенсивностей эрозионных и тектонических процессов сносятся в зону волнового воздействия и повторно перемываются или сохраняются в пределах аккумулятивных береговых террас.

Типичным примером россыпи такого типа является россыпь Уимен (Марри-Бэйсин, Австралия) (рис. 9). В пределах Восточно-Европейской россыпной провинции сходную структуру имеют россыпные тела литорального генезиса сарматского яруса Малышевского месторождения.

Характерные черты сублиторальной россыпи в условиях прерывисто-регрессивного режима проявляются в Бешпагирской россыпи Ставропольского россыпного района и на месторождении Центральное (Тамбовская область), литоральные фации которой оказались размыты на регрессивном этапе.

со"

ПАРИЛА-САНДС

ЛОКСТОИ-СА1ЩС

0____ 50 М

50

40

Рис. 9. Россыпь регрессивно-колебательного режима Уимен (Марри-Бэйсин, Австралия) (Roy, 2003); 1-3 - содержание тяжелых минералов: 1 - >1%, 2 ->2.5%, 3 - >10%.

Если при общем колебательном режиме преобладает трансгрессия, то наблюдается образование большой по мощности толщи ритмично слоистых металлоносных отложений (рис.8д). Примером такой россыпи является суперкрупное месторждение WIM-150 (Марри-Бэйсин, Австралия), аналогом которой на территории России является Тарская россыпь Западной Сибири.

Рис. 10. Тектоно-фациальная схема

участка Умытьинский Мансийской

площади ХМАО с элементами

россыпнойа металлоносности.

Среднеолигоценовый комплекс: 1 -

отложенияа промежуточного

коллектора. Верхнеолигоценовый

комплекс: 2 - фации палеодельты, 3 -

фации литорали, 4 - фации

мелководья с умеренной динамикой, 5

- фации мелководья с отсутствием

гидродинамики; 6 - россыпи

литорального типа, 7 - россыпи

мелководного типа, 8-преобладающие

направленияаа ветроволнового

воздействия палеоакватории; 9 - направления вдольберегового потока наносов; 10 - сводово-купольные структуры: I - Даниловский купол, II - Северо-Умытьинский купол.

Особенности тектонических движений в пределах сводово-купольных структур определяют характер локализации, структуру и литолого-фациальные особенности формировавшихся комплексных ПМР: на обрамлении осевой зоны сводов, где преобладают движения положительного знака, выявляются металлоносные отложения палеолиторали; в периферических частях сводов, для которых более характерны нейтрально-отрицательные движения, где поддерживались условия морского мелководья, преобладают россыпи мелководной фациальной зоны.

Так, для Мансийской площади ХМАО, россыпные тела литорального типа выявлены в эндоконтакте Даниловского и Северо-Умытьинского сводов, в то время как на флангах за пределами положительных структур установлены россыпепроявления мелководно-морского генезиса (рис. 10).

Перспективы россыпной металлоносности территории на постседиментационном этапе определяются характером эволюции палеобассейна : в условиях прерывистого регрессивного режима и умеренной эрозии приподнятых блоков можно ожидать в их пределах наличие серий линзообразных ступенчато расположенных россыпных тел литорального генезиса с относительно крупными зернами полезного компонента и пониженной глинистостью отложений. В области сопредельных опущенных блоков сохраняются россыпные тела с чередованием более богатых и относительно бедных полезным компонентом слоев.

При колебательно-трансгрессивном режиме развития палеобассейна, в первую очередь, консервируются россыпи морского мелководья (сублиторали). В областях устойчивого прерывистого прогибания на флангах локальных сводов, они могут образовывать значительные по мощности и выдержанные по площади россыпные тела с относительно мелкими размерами тяжелых минералов и повышенной глинистостью вмещающих отложений.

Реконструируя неотектонические режимы на этапе россыпеобразования можно прогнозировать локализацию, морфологические параметры, состав и сохранность древних погребенных комплексных ПМР.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии