M.S. Kovalchuk, TRANSFORMATION OF ILMENITE IN THE MESOZOIC WEATHERING CRUST AND LOWER CRETACEOUS DEPOSITS OF THE BUKY SITE, MEZHYRICH ILMENITE DEPOSIT
https://doi.org/10.15407/mineraljournal.48.03.020
UDC 552.1:553.494(549.641.2+550.42)(477.42)
TRANSFORMATION OF ILMENITE IN THE MESOZOIC WEATHERING CRUST
AND LOWER CRETACEOUS DEPOSITS OF THE BUKY SITE, MEZHYRICH ILMENITE DEPOSIT
M.S. Kovalchuk, DrSc (Geology), Prof., Head of Department
E-mail: kms1964@ukr.net; orcid: 0000-0001-9265-9707
L.A. Figura, PhD (Geology), Senior Researcher, Scientific Secretary of the Institute
E-mail: liuba_figura@ukr.net; orcid: 0000-0001-8009-2854
Institute of Geological Sciences of the National Academy of Sciences of Ukraine
55-b, Olesya Honchara Str., Kyiv, Ukraine, 01054
Language: Ukrainian
Mineralogical journal 2026, 48 (3): 20-37
Abstract: The article is devoted to the study of the peculiarities of chemical composition, staging, and spatial patterns of exogenous transformation (leucoxenization) of ilmenite in deposits of different ages and genesis within the Buky site of the Mezhyrich titanium ore deposit. This made it possible to establish variations in the contents of TiO2, P2O5, FeO, Fe2O3, and Cr2O3 in ilmenite from diverse formations (Mesozoic eluvial kaolins and Lower Cretaceous Irshansk Suite deposits: deluvial-alluvial kaolins and alluvial sands). According to chemical analysis data, the removal of divalent iron (deferrization) and the relative accumulation of immobile titanium dioxide were established, leading to the destruction of the ilmenite crystal lattice. Chromium (Cr2O3) demonstrated inert behavior, preserving its primary magmatic distribution. Calculation of Pearson linear correlation coefficient matrices revealed strong inverse relationships between TiO2 and FeO, as well as between FeO and Fe2O3 for ilmenite across all genetic deposit types. A stable coherence in the behavior of phosphorus (P2O5) and titanium was observed (direct correlation up to +0.9176), which has a secondary sorption nature. In the vertical profile of eluvial kaolins, an inverse geochemical zonality has been established, where the degree of ilmenite alteration increases with depth: from weakly altered in the upper horizon (5—15 m) to intensely transformed in the lower horizon (over 20 m), which is caused by prolonged stabilization of the groundwater table. Cartographic modeling of the spatial distribution of ilmenite with varying oxide contents and FeO/ Fe2O3 ratios was carried out in eluvial, deluvial–alluvial, and alluvial deposits. Based on the FeO/Fe2O3 ratio and the absolute concentrations of FeO, Fe2O3, and TiO2 in the studied deposits, the following varieties were distinguished: magmatic (unaltered) ilmenite, oxidized ilmenite, highly altered (leached) ilmenite, pseudorutile, and leucoxene. For quantitative assessment of spatial heterogeneity and continuity of mineral phases, fractal (Box-Counting) and multifractal analysis methods were applied. The evolution of cluster dimension (Dc) and descriptors of the multifractal spectrum (width Δα and asymmetry A) was established — from a monofractal stable distribution of unaltered magmatic ilmenite to maximum chaos at the stage of pseudorutilization, and complete spatial discreteness (point anomalies of singular enrichment) at the stage of leucoxene formation. Cartographic analysis of the lateral distribution of unaltered ilmenite and its transformational phases revealed the predominance of more altered forms in the western part of the Buky site, and magmatic and less altered ilmenite in the eastern part.
Keywords: Mezhyrich deposit, Buky site, unaltered ilmenite, oxidized ilmenite, highly altered (leached) ilmenite, pseudorutile, leucoxene, chemical composition, FeO/Fe2O3 ratio, correlation analysis, fractal analysis, lateral distribution, mapping.
References / Література
Akbar, M., Irannejad, M. and Rezaei, B. (2015), Chemical and mineralogical composition of ilmenite: Effect on physical and surface properties, Minerals Engineering, No. 70. рр. 64-76. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2014.09.002
BenchChem Technical Support Team (2026), Ilmenite weathering and alteration in continental settings: chemical changes and placer concentration, Foundational and Exploratory, 1198. URL: https://pdf.benchchem.com/1198/Ilmenite_weathering_processes_and_alterat... (Accessed 20.03.2026).
Bilous, O.I., Parfeniuk, V.O., Bezvynnyi, V.P. and Slobodian, B.I. (2024), Mineral Resources Ukraine, No. 3, рр. 4-9 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31996/mru.2024.3.10-15
[Білоус, О.І., Парфенюк, В.О., Безвинний, В.П., Слободян, Б.І. (2024), Застосування фрактального аналізу для кількісної оцінки родовищ критичної мінеральної сировини (на прикладі Полохівського родовища літію). Мінеральні ресурси України. № 3. С. 4—9.]
Bilous, O.I., and Burlutskyi, M.S. (2025), Mineral Resources Ukraine, No. 2, рр. 6-14 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31996/mru.2025.2.6-14
[Білоус, О.І. and Бурлуцький, М.С. (2025), Фрактальний підхід до геолого-економічної оцінки германійвмісних лігнітів. Мінеральні ресурси України. № 2. С. 6—14.]
Brimhall, G.H. and Dietrich, W.E. (1987), Constitutive Mass Balance Relations between Chemical Composition, Volume, Density, Porosity, and Strain in Metasomatic Hydrochemical Systems: Results on Weathering and Pedogenesis. Geochim. et Cosmochim. Acta, Vol. 51, No. 3, pp. 561-581. http://dx.doi.org/10.1016/0016-7037(87)90070-6
Cheng, Q., Agterberg, F.P. and Ballantyne, S.B. (1994), The separation of geochemical anomalies from background by fractal methods, J. Geochem. Exploration, Vol. 51, pp. 109-130. https://doi.org/10.1016/0375-6742(94)90013-2
Deer, W.A., Howie, R.A. and Zussman, J. (1992), An Introduction to the Rock-Forming Minerals (2nd ed.), Longman Scientific and Technical, London.
Figura, L.А. and Kovalchuk, M.S. (2023), Visn. Karazin Kharkiv Nat. Univ., Ser. Geol., Geography, Ecology, No. 59, pp. 55-71 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2023-59-05
[Фігура, Л.А., Ковальчук, М.С. (2023), Поліхронно-полігенна просторово-парагенетична ільменітоносність Букинської ділянки Межирічного родовища титанових руд. Вісн. Харків. нац. ун-ту ім. В.Н. Каразіна, Сер. Геол., географ., екологія. № 59. С. 55—71.]
Force, E.R. (1991), Geology of Titanium-Mineral Deposits, Geol. Soc. America, Special Paper 282. Boulder: GSA. https://doi.org/10.1130/SPE282
Grey, I.E. and Reid, A.F. (1975), The structure of pseudorutile and its role in the alteration of ilmenite, Amer. Mineral., Vol. 60 (9-10), pp. 898-906.
Haggerty, S.E. (1991), Oxide mineralogy of ilmenite and titanomagnetite: Weathering processes and placer formation, Econom. Geol., No. 86, рр. 1342-1360.
Kharytonov, V.M. (2010), Proc. Int. Conf. "Forum of Miners-2010", Dnipropetrovsk, 2010, рр. 108-117 [in Ukrainian].
[Харитонов, В.М. (2010), Типоморфізм ільменіту фосфор-титанових руд Носачівського родовища Черкаської області України. Матеріали Міжнар. конф. "Форум гірників-2010". Дніпропетровськ. С. 108—117.]
Kharytonov, V.M. and Kharytonov, D.V. (2020), Precambrian: pock associations and their ore mineralization, Abstr. Int. Sci. Conf., Kyiv, 2020. pp. 224-226 [in Ukrainian].
[Харитонов, В.М., Харитонов, Д.В. (2020), Особливості хімічного складу ільменіту Малишевського кайнозойського родовища та деяких докембрійських порід Українського щита. Матеріали Міжнар. наук. конф. "Докембрій: породні асоціації та їхня рудоносність". Київ. С. 224—226.]
Kovalchuk, M. and Figura, L. (2024), Mineral. Coll., No. 74, Lviv, рр. 31-44 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.30970/min.74.03
[Ковальчук, М.С., Фігура, Л.А. (2024), Ільменітоносність продуктивних відкладів та якісні параметри ільменіту Тростяницького родовища титанових руд. Мінерал. зб. № 74. С. 31—44.]
Kovalchuk, M.S. and Kroshko, Yu.V. (2025), Sloboda Sci. journ. Natural Sciences, No. 2, рр. 143-150 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32782/naturalspu/2025.2.19
[Ковальчук, М.С., Крошко, Ю.В. (2025), Ільменіт з нижньокрейдових континентальних відкладів Андріївського розсипного родовища титанових руд. Слобожанський наук. вісн. Сер.: Природничі науки. No. 2. С. 143—150.]
Kovalchuk, M. and Figura, L. (2026), Mineral. Coll., No. 76, Lviv, рр. 22-34 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.30970/min.76.02
[Ковальчук, М.С., Фігура, Л.А. (2026), Хімічний склад і латеральний розподіл ільменіту та змінених його відмін на ділянках Ємилівська й Середня Межирічного родовища титану (Житомирська обл.). Мінерал. зб. № 76. С. 22—34.]
Kroshko, Yu.V. and Kovalchuk, M.S. (2025a), Mineral. Journ. (Ukraine), Vol. 47, No. 3, рр. 110-124 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.47.03.110
[Kрошко, Ю.В., Ковальчук, М.С. (2025a), Ільменіт з кори вивітрювання та нижньокрейдових відкладів Бирзулівського родовища титанових руд. Мінерал. журн. 47, № 3. С. 110—124.]
Kroshko, Yu.V. and Kovalchuk, M.S. (2025b), Mineral Resources Ukraine, No. 1, рр. 41-49 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31996/mru.2025.1.41-49
[Крошко, Ю.В., Ковальчук, М.С. (2025b), Рудоносність Аврамівського і Західного родовищ (Новомиргородський габро-анортозитовий масив). Мінеральні ресурси України. № 1. С. 41—49.]
Luo, P., Fu, W., Guo, X. et al. (2023), Weathering co-mineralization of placer type ilmenite and ion-adsorption type rare earth elements in Guangxi, China: Nature, origin and exploration implications, Ore Geol. Reviews, Article 105815. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2023.105815
Mandelbrot, B.B. (1983), The Fractal Geometry of Nature, W.H. Freeman and Company, 460 р.
Mücke, A. and Bhadra Chaudhuri, J.N. (1991), The continuous alteration of ilmenite through pseudorutile to leucoxene. Ore Geol. Reviews, Vol. 6, Iss. 1, pp. 25-44. https://doi.org/10.1016/0169-1368(91)90030-B
Polietnova, A.O. (2025), Mineral Resources Ukraine, No. 4, рр. 35-40 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31996/mru.2025.4.35-40
[Полєтньова, А.О. (2025), Геохімічні особливості ільменіту з кори вивітрювання та алювіальних розсипів Українського щита. Мінеральні ресурси України. № 4. С. 35—40.]
Schulz, B. and Haser, S. (2015), The ilmenite-pseudorutile-leucoxene alteration sequence in placer sediments in the view of automated SEM mineral liberation analysis, Conf. abstract, Octob. 4-7, GeoBerlin 2015, Berlin, Germany, 338. URL: https://www.researchgate.net/publication/283054520_The_ilmenite-pseudoru... (Accessed 20.03.2026).
Turcotte, D.L. (1997), Fractals and Chaos in Geology and Geophysics, Cambridge Univ. Press, рр. 385-398. https://doi.org/10.1017/CBO9781139174695
Zuo, R. and Wang, J. (2015), Fractal/multifractal modeling of geochemical data: A review, J. Geochem. Exploration, Vol. 164, pp. 33-41. http://dx.doi.org/10.1016/j.gexplo.2015.04.010