В общем с помощью лога ошибок удалось написать рабочий вариант
        location /static/images/mime/ {
            root /var/www/static/;
            if (!-e $request_filename) {
                rewrite /([^/]+)/[^/]+\.png$
/static/images/mime/$1/default.png break;
            }
        }
Posted at Nginx Forum: http://forum.nginx.org/read.php?21,230251,230254#msg-230254