Аутигенно-минералогические провинции или геохимические фации

Продолжение лекции №9

Образуются кварц, цеолиты, ПШ, титанистые минералы (анатаз, брукит), пирит (кубики) и другие сульфиды, барит, ангидрит, глубоко преобразуется органическое вещество – в начале возникает главная масса нефти (главная фаза нефтеобразования) позднее газоконденсата и газа, возникают основные типы каменных углей и затем они метаморфизуются до тощих (Т).

Метагенетические минералы и по общей массе и по разнообразию – наименьшие из всех стадийных минералов, они отражают высокие температуру и давление. Это, в основном, трансформированные минералы предыдущих стадий. Глинистые породы метаморфизуются, т.е. перекристаллизуются в серицитовые и хлоритовые сланцы, триоктаэдрические гидрослюды переходят в диоктаэдрические 2М₁, магнезиально-железистые филлосиликаты – в высокотемпературные хлориты – ортохлориты, тальк, исчезает халцедон, замещаясь кварцем. Как акцессорные образуются альбит, олигоклаз, КПШ, эпидот, цоизит и другие силикаты.

Многие минералы метагенеза – единичные мелкие кристаллики, регенерационные каемки, выполнения пустот и реже замещающие первичный состав. И трансформированные и новообразованные минералы метагенеза лучше окристаллизованы, их структура и состав лучше упорядочены по сравнению с минералами катагенеза. В целом они становятся похожи на эндогенные метаморфические и магматические минералы, в чем проявляется прогрессивность развития минералов в стратисфере.

При переходе к зоне метаморфизма эти черты минералогии усиливаются и в массовом количестве возникают альбит, мусковит, хлорит, эпидот, цоизит, КПШ, появляются биотит, полностью перекристаллизовывается кварц песчаников.

Однако многие метагенетические минералы практически не меняются в зоне начального метаморфизма: титанистые минералы, циркон, большинство других акцессорных минералов, и некоторые породообразующие (ПШ).

Если по терригенным минералам можно определить состав и положение, а также географические условия суши, то по аутигенным минералам восстанавливают физико-химические, географические и биологические условия бассейна седиментации, комплекс которых часто называют фациями.

Под бассейном седиментации понимают участок земной коры, в пределах которого накапливались или продолжают накапливаться осадки, соответствующие стадии седиментогенеза. Это понятие включает весь комплекс явлений, обуславливающих осадконакопление, включая физико-географическую среду, сингенетичный тектонический режим и т.д. Среди них следует выделять:

1) континентальных блоков (бессточные котловины пустынь, эпиконтинентальные моря, речные долины)

2) океанов и краевых морей.

Под бассейном породообразования понимается тектоническая впадина, прогиб или какая-либо другая отрицательная структура, заполненная осадочными и вулканогенно-осадочными отложениями, прошедшими разные стадии литогенетического преобразования от диагенеза до метаморфизма включительно (Тимофеев).

Для восстановления условий осадконакопления наибольшее значение имеют сингенетичные компоненты, формирующиеся в стадию накопления и в стадию сингенгеза, т.е. гипергенеза. Последние даже более точно отражают физико-географические и физико-химические условия поверхности Земли на суше и под водой.

Диагенетические, ката- и метагенетические компоненты документируют уже условия стратисферы, изолированной от зоны и условий осадкообразования.

Аутигенные минералы, как и терригенные, обычно не встречаются поодиночке, а образуют ассоциации, или комплексы, в данном случае – аутигенно-минералогические (АМК), площадь распространения которых, по аналогии с ТМП (терригенно-минералогической провинцией) можно назвать аутигенно-минералогической провинцией (АМП). Ее называют также геохимической фацией (ГФ и ГХФ). Представление о сингенетичных минералах и химических элементах, о сингенезе, геохимическихфациях разработал еще в 1933 году Пустовалов Л.В. Он различал прежде всего сингенетичный минерал и сингенетичное химическое соединение, что можно продемонстрировать примером, в котором приводится последовательные ряды сингенетичных минералов:

n›2 n ‹ 4

Fe₂O₃x nH₂O → Fe₂O₃x nH₂O → Fe₂O₃x H₂O→ Fe₂O₃

Феррогель лимонит гетит гематит

Al₂O₃x nH₂O → Al₂O₃x 3H₂O→ Al₂O₃x H₂O→ Al₂O₃

Алюмогель гиббсит бемит корунд

SiO₂ nH₂O → SiO₂ nH₂O → SiO₂ H₂O → SiO₂

Силикогель опал халцедон кварц

В которых строго сингенетичным лишь первый, все другие минералы, начиная со второго, являются уже эпигенетическими по отношению к первому. Но они сохраняют в своей основе одно и то же химическое соединение – окись железа. Оно и выражает физико-химические условия, т. е. химическую фацию. Это сингенетичное химическое соединение (СНХ). Аналогично вводится понятие о сингенетичном химическом элементе (СХЭ), например, калий в составе глауконита, заимствованный из морской воды. Он противопоставляется механогенному калию, входящему в состав терригенного КПШ.

На практике для характеристики АМП и ГХФ пользуются обоими понятиями: и сингенетичными минералами (элементами) и сингенетичными химическими соединениями, различая их, когда нужно.

Для реконструкции условий сингенеза имеют значение не только присутствующие, но и отсутствующие сингенетичные компоненты, которые Ферсман А.Е назвал «запрещенными».

Таким образом, каждая АМП, или геохимическая фация, характеризуется:

- обязательными (руководящими, типичными),

- возможными (или факультативными) и

- запрещенными

сингенетичными химическими соединениями(СХС) и СХЭ, например, пирит в лимонитовой фации.

Для современных и древних латеритов обязательными СХЭ являются, например, Fe³⁺, Al³⁺ , СХС - маловодные Fe₂O₃ , Al₂O₃; а возможными являются Si и SiO₂ (водный и кристаллический), а запрещенные Fe²⁺, сульфидная сера, органический С, FeS₂ , FeCO₃.

Для торфяного болота и возникшего в нем угля с кислыми и восстановительными условиями обязательны каолинит, сидерит, пирит, марказит, органические углеродные минералы, возможны сульфиды меди, цинка, свинца, если эти элементы имеются в торфянике, запрещены Fe³⁺ и его окислы, так и окислы других элементов.

Выявление в отложениях 3-х групп сингенетичных элементов и соединений-минералов полнее представляет АМП или геохимическую фацию и позволяет на этой фактической эмперической основе теоретически прогнозировать полезные ископаемые и их минералого-геохимический профиль.

Каждый участок земной поверхности охарактеризован своими комплексами сингенетичных минералов, сохраняющимися часто на протяжении длительных отрезков геологического времени, Это и позволяет понимать их как аутигенно-минералогические или геохимические провинции или фации. Пустовалов А.В. различал современные и ископаемые геохимические фации – СГФ, ИГФ.

Под современной геохимической фацией Пустовалов А.В. предложил понимать « часть земной поверхности, которая на всем своем протяжении обладает одинаковыми физико-химическими и геохимическими условиями накопления и формирования осадочных горных пород». Под ископаемыми геохимическими фациями соответственно следует понимать «пласт или свиту пластов, которые на всем своем протяжении обладают одинаковой изначальной геохимической характеристикой», проявляющейся прежде всего в повсеместном нахождении одного и того же комплекса сингенетичных выделений, которые образуют между собой закономерные ассоциации, обусловленные физико-химическими условиями формирования породы.

Пустовалов Л.В. описывает 9 типично морских и 6 континентальных фаций:

Морские

1) сероводородная

2) сидеритовая

3) шамозитовая

4) глауконитовая

5) фосфоритовая

6) окислительная

7) ультраокислительная

8) доломитовая

9) фация «морских солей»

континентальные

10) латеритная

11) ортштейнов (или «отбеливающего выветривания»)

12) пустынь

13) континентальных солей

14) железных руд

15) углей

Ортштейны (ортос – прямой правильный, истинный; штейн камень –немец.) - железистые стяжения (конкреции) в глинистых и субглинистых подзолистых и болотно-подзолистых почвах гумидных зон; залегают обычно в горизонтах А₂ и В почвенного профиля. Некоторые почвоведы относят к ортштейнам и железистые конкреции в песчаных почвах, отличая их от ортзандов – участков цементации неконкреционного происхождения. Типичные ортштейны имеют форму неправильных желвачков, часто образуют и линзообразные и глыбообразные сростки. Находки погребенных ортштейнов важны для палеогеографии.

Г.И. Теодорович развил учение о геохимических фациях и разработал детальную классификацию субаквальных фаций, основанную на 2-х важнейших параметрах среды рН и Еh. Если выделить по каждому из этих параметров 6 градаций – фаций, то в классификационной таблице –матрице их будет 36; в каждой клетке список устойчивых при данных рН и Еh минералов.

Рассмотрим сначала фации раздельно по каждому признаку.

По рН (по кислотно-щелочному потенциалу) выделяются геохимические фации:

1) резко щелочная, или содовая, с рН › 9 с характерными устойчивыми минералами – сода, Са-монтмориллонит, меньше магнезит, доломит, кальцит, сульфиды железа; современные примеры – содовые озера залива Сиваш и Кулундинской степи;

2) умеренно-щелочная, или известковая, с рН = 9 - 8 (7,8), устойчивые минералы – кальцит, Са-Мg-монтмориллонит, полыгорскит, сепиолит, меньше – доломит (замещения), анкерит, гипс, галит, сульфиды железа;

3) слабо щелочная, или галогенная и доломитов замещения с рН = 8 (7,8) – 7,2 – гипс, ангидрит, галит, сильвин и другие соли, доломит (замещения), Мg- монтмориллонит, меньше с пиритом, сидеритом, родохрозитом, анкеритом, шамозитом, глауконитом, Са-фосфатами, оксидами железа и марганца, еще реже с глиноземом;

4) нейтральная, или бескарбонатная, рН = 7,2 – 6,6 - глауконит, шамозит, меньше Мg-монтмориллонит, бейделлит, фосфаты, опал, глинозем, сидерит, анкерит, пирит, родохрозит, руды окислов железа и марганца;

5) слабокислая, или галлуазит-кремневая, с рН = 6,6 –5,5 (5,0) – колчеданисто-боксит-кремневая – галлуазит, глинозем, аллофан, силициты, пирит и сульфиды меди, вивианит, торф, отчасти с каолинитом;

6) кислая, или каолинитовая, с рН = 5,5(5,0) – 2,1 каолинит, пирит, сульфиды меди, торф, кварц, халцедон, опал, вивианит, отчасти глинозем, руды железа.

По Еh (по окислительно-восстановительному потенциалу) выделяются следующие геохимические фации:

1) резко окислительная, или лимонитовая, с Еh › 300 мв – окислы железа, марганца, алюминия, силициты, кварцевые пески, известняки, каолинит, монтмориллонит, полыгорскит, сепиолит (магнезиальные филлосиликаты);

2) окислительная, или переотложенных глауконитов и фосфатов, известковая, Еh = 300-50 мв – окислы железа, марганца, алюминия, опаловые силициты;

3) нейтральная или глауконитовая, Еh = 50 - -50 мв – первичный глауконит, каолинит, глинозем (бокситы), фосфаты, доломиты, опаловые кремни, закисно-окисные железистые хлориты, монтмориллонит, гидромусковит, гидробиотит, эвапориты (соли), сода, подчиненные – лептахлориты;

4) слабовосстановительная или лептахлоритовая, Еh= -50 - -100 мв – шамозит, фосфаты, торф, аллофан, каолинит, галлуазит, монтмориллонит, бокситы, вивианит, кальцит, анкерит, кремни, отчасти сидерит, родохрозит, сульфиды;

5) восстановительная или сидеритовая, Еh от –100 до –200 мв – сидерит, родохрозит, анкерит, шамозит, торф, сульфиды, известняк, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, силициты;

6) сильновосстановительная или сероводородная или сульфидная с Еh ‹ -200 мв – сульфиды, каолиннит, аллофан, галлуазит, монтмориллонит, отчасти гидрослюды, кальцит, магнезит, доломит, сода, соли.

Несколько комментариев к этой классификации:

- не все минералы нашли свое место;

- многие минералы, помещенные в нее малочувствительны к изменениям Еh или рН;

- большинство минералов встречается не только в одной, а и в соведней фациях, что объясняется определенной инертностью химических соединений и минералов, неоднородностью осадка и большой ролью унаследовательности минерального состава.

Спектр или диапазон значений Еh и рН устойчивости минералов различен, но всегда выделяется фация, в которой тот или иной минерал наиболее устойчив, сл-но, наиболее типичен. В смежных фациях его роль обычно становится подчиненной, и он постепенно исчезает, Его присутствие в соведних фациях объясняется также тем, что в разных точках осадка разные Еh рН, что приводит к образованию и разных по этим параметрам минералов и обуславливает их совместное существование в осадке и породе. Раз образовавшись, минерал в твердом состоянии остается на длительное время стойким, как бы инертным, трудно поддающимся изменениям химизма окружающей среды, чем он сохраняет историческую геологическую память, И это надо учитывать при интерпретации встречающегося комплекса аутигеных минералов.

Часто в одной и той же породе мы видим материальные (минеральные, структурные, текстурные) следы многих стадий, Разобраться в их исторической последовательности и прочитать фациальную и генетическую запись на них соответствующих стадий – задачи стадиального анализа, во многом аналогичные задачам стратиграфии и палеогеграфии.

Дата добавления: 2014-01-07