Эпигенетические доломиты

Эпигенетическими здесь называются доломиты, образовавшиеся в результате замещения известняков и приуроченные к постседиментационным тектоническим структурам. Они тесно связаны с разломами и трещинами в толщах карбонатных пород. Такие, термины, как структурно-контролируемый доломит, тектонический доломит или T-доломит — синонимы эпигенетического доломита. Термин эпигенетический стоит в одном ряду с терминами сингенетический и диагенетический, название эпигенетический уже применялось для характеристики этого генетического типа доломитов для построения последовательных классификаций. Термины сингенетический, диагенетический и эпигенетический отражают единую генетическую последовательность и применялись в качестве основы классификации доломитов.

Многие, но не все эпигенетические доломиты генетически связаны с залежами металлических руд, особенно с минералами свинца и цинка.

Примерами эпигенетических доломитов, расположенных в трещинах разломов, но не связанных с рудными залежами, могут служить доломиты в 1) известняках Кул-Крик в горах Арбакл, Оклахома; 2) Гельдербергской группе в долине реки Гудзон, Нью-Йорк, 3) кембрийских и ордовикских известняках в юго-западной части Огайо и 4) миссисипских известняках в южной части Невады, где они приурочены к надвиговому разлому Кейстон.

Известняки Кул-Крик (ордовик) в значительной части подверглись доломитизации близ Пенсильванских зон разломов в 12 и юго-западнее Милл-Крик в горах Арбакл, Оклахома. Этот район был закартирован Хэмом (неопубликованные данные), передавшим Фридмену для изучения свою рабочую карту и соответствующие аэрофотоснимки (неопубликованные данные). Известняки Кул-Крик — пеллетовые кальцилютиты без примеси доломита; однако у зоны разлома они полностью доломитизированы и имеют типичные кристаллизационные или кристаллические структуры. Известняки сменяются доломитами по очень резкой границе. Как показывает изучение пород в шлифах, первичные осадочные структуры сохраняются даже в тех известняках, которые расположены бок о бок с доломитизированными зонами; под микроскопом не видно никаких признаков, которые наводили бы на мысль о возможном ближайшем соседстве с доломитами. С другой стороны, доломиты характеризуются полнокристаллической структурой и отсутствием каких-либо реликтов первичных осадочных структур известковых отложений. Минералогические и различные геохимические исследования подтверждают наличие исключительно резкого контакта и отсутствие переходной зоны между этими породами. По мере приближения к трещинам разломов содержания магния и марганца увеличиваются, а стронция — уменьшаются; для железа не отмечается какой-либо общей тенденции (Фридмен, неопубликованные данные). Возраст известняков ордовикский; а разломов — пенсильванский; следовательно, доломитизация, вероятно, произошла в течение пенсильванского времени.

Состав флюидов, вызвавших доломитизацию, можно расшифровать на основании изотопного анализа кислорода и углерода. Анализы известняка и эпигенетического доломита формации Кул-Крик показали, что доломит обогащен более тяжелыми изотопами (18O и 13C) (Фридмен, неопубликованные данные; изотопные анализы выполнены Сэкеттом). Величины b18O, отнесенные к стандарту PDB, изменяются от —7,1 до —7,8 для известняков и от —2,7 до —4,6 — для доломитов из главных зон разломов. В доломитах из тонких прожилков в известняках величины b18O оказались более близкими к таковым известняков, чем доломитов (от —6,2 до —7,6). Различие в величинах b13C, отнесенных к стандарту PDB, оказалось не столь ярко выраженным: b13C в известняках менялось от —1,4 до —3,9, а в доломитах — от —0,9 до —2,8. Таким образом, эти характеристики для двух пород почти полностью совпадают; однако в шести из десяти образцов известняков b13C попадало в пределы между —2,6 и —3,9, а в восьми из тринадцати образцов доломитов — между —0,9 и —1,9, что свидетельствует об обогащении последних более тяжелыми изотопами углерода. Это обогащение доломитов тяжелыми изотопами кислорода и углерода наводит на мысль, что они образовывались при участии вод с высокими б 18O и b13C и особенно высоким b18O. Обогащение вод, приведших к доломитизации более тяжелыми изотопами, вероятно, обусловливалось интенсивным испарением, в результате которого предпочтительно удалялись более легкие изотопы в виде CO2. Эти тяжелые по изотопному составу воды представляли собой высококонцентрированные рассолы. Описанная ситуация напоминает образование доломитов грабена Солт-Флат, доломитов в атоллах тропической зоны Тихого океана и доломитизированных органогенных обломков на Бермудских островах, которое связывалось с реакцией отложений с водами, обогащенными тяжелыми изотопами. По мнению авторов, эти наблюдения позволяют в настоящее время прийти к общему выводу: образование любых доломитов, будь-то сингенетических, диагенетических или эпигенетических, обязано высококонцентрированным рассолам.

В районе Равина, Нью-Йорк, в 24 км южнее Тройя широко развиты доломитизированные известняки, приуроченные к надвиговому разлому, секущему породы группы Гельдерберг, и перекрывающие базальные отложения группы Ульстер (нижний девон) (Данн, личное сообщение). Здесь имеется промежуточная зона шириной 3—6 м; собственно доломиты простираются на расстояние до 10 м от зоны разлома. В известняках Бекрафт, изученных Данном, содержание MgO от зоны разлома на протяжении 3 м уменьшается от 6,2 до 0,9%. Промышленные разработки карбонатных пород в этом районе сопровождались многочисленными химическими анализами, которые свидетельствуют о значительном увеличении вблизи разлома содержания магния, связанного с доломитом. В отличие от описанного выше района Милк-Крик в Оклахоме здесь имеется постепенный переход между доломитами и известняками.

Доломиты замещения, встречающиеся среди кембрийских и ордовикских известняков антиклинального свода Цинциннати в Огайо, США, приурочены к трещинам, разломам и растворопроводящим каналам. Считают, что эти доломиты, представленные обычно мелко- и до крупнокристаллическими породами, образовались в результате циркуляции в известняках, богатых магнием вод. Эти воды, очевидно, перемещались вверх по крутым трещинам отдельности и разломов и затем растекались в боковых направлениях по пористым зонам и плоскостям напластования. Миграции магнезиальных вод кверху препятствовала мощная толща перекрывающих глинистых сланцев. Источником магния, вероятно, служили подземные воды, выделившиеся из подстилающих кембрийских отложений.

Эпигенетические доломиты связаны со многими свинцово-цинковыми месторождениями в карбонатных породах; такие ассоциации известны в Caмых различных районах мира. Сводка проявлений этого типа приведена в работе Хьюэтта. Примеры эпигенетических доломитов, связанных со свинцово-цинковым оруденением, известны в 1) Бромайде, Оклахома, 2) Гудспрингсе, Невада, 3) восточной части Теннесси, США; 4) на севере Англии и юге Уэльса и 5) Эйфеле, ФРГ.

Ордовикские и силурийские известняки в Бромайде, Оклахома, США, подверглись повсеместной доломитизации в протяженных зонах разломов. Содержания магния, железа и марганца в боковых породах постепенно к трещинам разломов увеличиваются. Вместе с доломитом встречаются марганцовистые карбонаты и гаусманит, что свидетельствует о наличии невысокой концентрации марганца. Район Бромайд находится вблизи района Милк-Крик, изучавшегося Фридменом и упомянутого выше, однако в противоположность ему здесь известняки постепенно сменяются доломитами. Хьюэтт отмечал наличие резких переходов от известняков к доломитам и, кроме того, констатировал, что в некоторых районах, подобных Бромайду в Оклахоме и Раибле в Италии, может присутствовать переходная зона мощностью до 15—30 м.

Близ трещин разломов в квадрате Гудспрингс в Неваде известняки заместились эпигенетическими доломитами, причем первичные структуры подверглись разрушению. В незамещенных известняках отмечаются первичные структуры известковых отложений и такие окаменелости, как фораминиферы, кораллы, брахиоподы и гастроподы, однако во все более доломитизированных породах постоянно исчезают признаки известняков.

В Восточно-Теннессийском цинконосном районе рудные тела залегают в крупнозернистых эпигенетических доломитах, известных здесь как «перекристаллизованные» породы. Образование этих доломитов контролировалось 1) небольшими оперяющими разломами, которые обусловили повсеместное брекчирование боковых пород, и 2) стратиграфической ловушкой в группе Нокс, причем предпочтительному замещению подверглись известняки Кингспорт. Эти известняки представляют собой мелкозернистые пеллетовые породы, сходные с упомянутыми выше известняками Кул-Крик (ордовик) района Милл-Крик Оклахомы. Известняки Кингспорт подстилают доломиты Маскот (S-доломиты), представляющие самый верхний член группы Нокс (кембрий — ордовик). Представительное проявление доломитов находится в районе Маскот — Джефферсон-Сити. Лабораторные определения показали, что крупнозернистые эпигенетические доломиты, заместившие известняки Кингспорт и вмещающие рудные тела, представляют собой наиболее проницаемые породы в зонах разломов. Результаты этих определений приведены в табл. 6.

В результате замещения известняков Кингспорт крупнозернистыми эпигенетическими доломитами проницаемость пород возрастает в среднем в 180 раз и максимально — в 20 000 раз. Доломиты образовались вблизи таких проницаемых зон, простирающихся от трещин разломов, как стилолитовые швы. В руководстве Данбара и Роджерса приведены микрофотографии неизмененных известняков Кингспорт, частично доломитизированных известняков и крупнозернистых доломитов.

Эпигенетические доломиты замещают каменноугольные известняки на севере Англии и на юге Уэльса в местах пересечения их разломами. В Пеннинских горах эти разломы принадлежат системе сбросов Крейвн. Доломиты окаймляют разломы и проникают на различные расстояния в прилегающие известняки вдоль трещин отдельности и плоскостей напластования. Кристаллы доломита встречаются также около неправильных трещин в известняках.

Эпигенетические доломиты Южного Уэльса и красные доломиты Бридона в Лейсестершире в Англии включают эвгедральные ромбоэдрические кристаллы доломита с зонально распределенными включениями гематита. Полагают, что эти гематитсодержащие кристаллы доломита образовались в течение перми и триаса, когда в больших масштабах шло накопление красноцветных отложений. Однако такое объяснение, по-видимому, звучит не очень убедительно в свете данных Хьюэтта о закономерном увеличении содержания железа в эпигенетических доломитах.

Локально развитые эпигенетические доломиты, встречающиеся вместе со свинцово-цинковыми рудами, приурочены к юрским разломам, секущим песчаники Бантер (триас) в районе Эйфель, ФРГ. Доломиты, залегающие здесь в песчаниках, образовались не за счет известняков.

В своей сводке доломитов, относящихся к разломам, Хьюэтт отмечал также, что во многих районах в доломитах содержится больше железа, а местами — больше марганца, чем в материнских известняках. Эти факты не вызывают удивления, так как по геохимическим свойствам магний, железо и марганец близки между собой; железо и марганец обычно сопутствуют магнию в самых разнообразных ситуациях. Уменьшение содержания стронция в доломитах района Милл-Крик Оклахомы (Фридмен, неопубликованные данные) также объясняется близостью геохимических свойств кальция и стронция в таких кристаллических структурах, как кальцит. В тех местах, где сульфидные минералы ассоциируются с эпигенетическими доломитами, доломитизация известняков, по-видимому, предшествовала осаждению сульфидов. Хьюэтт отмечал, что небольшая часть магния (если она вообще возможна), участвовавшего в процессе доломитизации известняков, связана непосредственно с магматическим источником. Данные изотопного анализа, приведенные для известняков Кул-Крик Оклахомы (Фридмен, неопубликованные данные), подтверждают гипотезу генезиса эпигенетических доломитов путем воздействия высококонцентрированных рассолов.