Черносланцевые породы докембрия северо-западной части Воронежского кристаллического массива

В северо-западной части Воронежского кристаллического массива черносланцевые (углеродсодержащие) породы встречаются среди нижнепротерозойских образований курской и оскольской серий. В составе кремнисто-железистой формации курской серии они тесно ассоциируют с железистыми кварцитами. Выше по разрезу в оскольких отложениях вулканогенно-карбонатно-терригенной формации углеродсодержащие образования залегают в переслаивании с другими осадочными и хемогенно-осадочными породами, эффузивами и туфами. В небольшом количестве примесь органического углерода (0,5—0,6%) отмечалась также в докурских высокоглиноземистых сланцах Лебединской свиты верхнего архея.

Курско-оскольские отложения слагают троговые прогибы мегаблока КМА, образующие две основные нижнепротерозойские складчатые структуры в пределах докембрийского фундамента района — Белгородско-Михайловскую (юго-западную) и Алексеевско-Воронецкую (северо-восточную). Несколько лучше разрез этих отложений изучен в Алексеевско-Воронецкой зоне, а его верхняя часть, оскольская серия — в районе Тим-Ястребовского грабен-синклинория, являющегося центральной частью этой зоны.

Возраст докурских кристаллических образований основания прогибов древнее 2750+100 млн. лет, а начало курского осадконакопления датируется временем 2600+100 млн. лет.

Разрез отложений курской серии начинается нижней терригенной формацией (стойленская свита), в состав которой входят конгломераты, кварциты и филлиты, сменяющиеся затем железистыми кварцитами (коробковская свита). Коробковская свита состоит из двух пластов железистых кварцитов, разделенных горизонтом слюдяных и хлоритовых, часто углеродсодержащих сланцев. Пачка сланцев, где она сохранилась от размыва, также слагает верхнюю часть коробковской свиты, завершая ее разрез. Углеродсодержащие породы часто встречаются и в верхней части стойленской свиты, среди сланцев, подстилающих железорудную толщу.

В породах стойленской свиты прослои углеродсодержащих сланцев характеризуются низким (0,3—0,6%) содержанием углерода (С). Он представлен графитом, который равномерно распылен в породе или относительно обогащает отдельные слоечки. Прослои сланцев, разделяющие железорудные горизонты в коробковской свите, также малоуглеродистые, в них содержание С колеблется от 0,6 до 1,3%. В них повсеместно наблюдается мелковкрапленный сингенетичный пирит, а содержание сульфидной серы достигает 1,7—2,0%. Черные, пачкающие породы впервые появляются выше по разрезу среди сланцев, перекрывающих железистые кварциты в верхней части коробковской свиты. Они имеют филлитовидный облик и черную окраску, обусловленную высоким содержанием (8—12%) тонкораспыленного графита. В составе этих сланцев, помимо графита, отмечаются: кварц (30%), биотит и хлорит (30—40%), серицит (20%) и сульфиды. Степень раскристаллизации слюд низкая — размер их чешуек в среднем составляет 0,05 мм. В составе сланцев, обогащенных углеродом, преобладают серицит и хлорит, а в малоуглеродистых разностях находится преимущественно биотит. В участках, сильно обогащенных графитом, неорганогенная часть породы с трудом определяется под микроскопом даже при большом увеличении. Чешуйки графита пронизывают здесь все минералы, и они в проходящем свете становятся совершенно непрозрачными. Мощность высокоуглеродистых горизонтов сланцев колеблется от 2—5 до 20—40 м. Объем углеродсодержащих пород в разрезе курской серии не превышает 13—15%, при этом в коробковской (железорудной) свите их значительно больше, чем в стойленской.

Малоуглеродистые сланцы стойленской свиты являются наиболее обогащенными глиноземом (кремневый модуль 0,31—0,52) по сравнению с углеродистыми породами коробковской свиты, особенно сланцы из пачки, перекрывающей железистые кварциты (модуль 0,17—0,29). Высокоглиноземистые сланцы стойленской свиты образовались в прибрежно-морских условиях за счет переотложения высокозрелых докурских кор выветривания. Углеродистые породы коробковской свиты относятся к мелководным морским фациям. Об этом свидетельствуют их относительная бедность глиноземом, обогащенность марганцем и фосфором. Отличительная особенность химического состава всех углеродсодержащих сланцев — значительное преобладание в них калия над натрием. Хочется отметить еще тенденцию к обогащению углеродом отложений курской серии по мере уменьшения их возраста.

Оскольские образования трансгрессивно залегают на подстилающих породах, в большинстве случаев выполняя центральные части нижнепротерозойских прогибов. Наиболее полно их разрез представлен в пределах Тим-Ястребовского, Болотовского, Белгородского, Михайловского и Рыльского грабен-синклинориев, являющихся структурами более высокого порядка среди основных нижнепротерозойских складчатых ветвей мегаблока КМА. В составе оскольской серии выделяются две свиты. Нижняя (роговская) является терригенно-карбонатной флишоидной формацией, представляющей собой ритмичное чередование мраморов, доломитовых мраморов, кальцифиров, карбонатсодержащих сланцев с параамфиболитами, слюдистыми малоуглеродистыми сланцами, алевролитами, метапесчаниками, гравелитами и конгломератами. Мощность роговской свиты, разрез которой более полно представлен в центральной части Тим-Ястребовской структуры, достигает 1,6—1,8 км. Ее стратиграфическим аналогом в Белгородском районе является яковлевская свита, более терригенная по составу. Углеродсодержащие породы в разрезе роговской свиты играют резко подчиненную роль, слагая небольшие по мощности пласты (до 8—15 м) малоуглеродистых сланцев, большей частью встречающихся в верхней части свиты.

Тимская свита и ее стратиграфический аналог — белгородская в Белгородском районе — залегают согласно на роговской (яковлевской), образуя верхнюю часть разреза нижнепротерозойского трогового комплекса. В пределах Алексеевско-Воронецкой зоны этот комплекс представлен осадочно-вулканогенной формацией, в Белгородской структуре он имеет карбонатно-терригенный состав.

В Белогородском и Михайловском грабен-синклинориях среди отложений, синхронных тимской свите (белгородская и курбакинская свиты), встречаются пласты переотложенных железистых кварцитов, которые выделяются на KMA в качестве наиболее поздней «железисто-кремнисто-кластогенной» формации.

Верхняя возрастная граница оскольской серии определяется датировками, полученными K-Ar методом по биотиту и амфиболам из гранодиоритов стойлониколаевского комплекса, прорывающих эти отложения, и составляет 2000+100 млн. лет.

В белгородской свите углеродистые сланцы приурочены к верхней ее части, где переслаиваются с карбонатными породами. Их объем здесь сравнительно небольшой. В курбакинской свите они неизвестны, но пользуются значительным распространением в соседнем с Михайловским Рыльском грабен-синклинории, где вскрыты несколькими скважинами, пробуренными на Стрекаловском участке.

Разрез отложений тимской свиты наиболее полно представлен и относительно хорошо изучен в районе Тим-Ястребовской структуры, где углеродистые сланцы в ассоциации с другими терригенными породами, эффузивами и туфами слагают ее центральную часть (рис. 1). Тим-Ястребовский грабен-синклинорий — одна из крупных и наиболее погруженных структур второго порядка мегаблока КМА. В его пределах известны образования всех структурных ярусов докембрия этого мегаблока, в том числе самых верхних его стратиграфических подразделений. Суперкрустальные образования, выполняющие структуру, относятся к курской и оскольской сериям. Вертикальная мощность этих отложений в центральной части грабен-синклинория по геофизическим данным составляет 7,5 км. В бортовых частях и на юго-восточной периклинали на погребенную поверхность докембрия выходят глубоко метаморфизованные породы (гнейсы, мигматиты и метабазиты) архейского возраста. С северо-востока и юго-запада грабен-синклинорий отчленяется от сопредельных горст-антиклинориев крупными зонами глубинных разломов. Системой поперечных разломов грабен расчленен на блоки третьего и более высоких порядков, развивавшиеся в несколько различных геологических условиях. Докембрийские кристаллические образования фундамента в районе повсеместно перекрыты платформенными осадочными отложениями фанерозоя мощностью от 70—80 м на юге до 200—300 м на севере структуры.

Среди отложений тимской свиты Тим-Ястребовского грабен-синклинория широким распространением пользуются углеродистые пиритизированные породы, часто перемежающиеся в разрезе со слюдисто-кварцевыми и карбонатсодержащими сланцами, кварцитами, конгломератами, тремолитовыми мраморами, кальцифирами, эффузивами основного и среднего состава и их туфами. Секущие и пластовые тела эффузивов, встречающиеся среди осадочных пород, чаще тяготеют к приразломным участкам, сгущаясь в верхах разреза в мощные сплошные толщи — покровы, пользующиеся широким распространением на северо-восточном борту структуры. По составу они изменяются от диабазов до андезитов и дацитов. Кислые дифференциаты присутствуют в незначительном количестве. Среди базитов иногда встречаются пикритовые разности. Толща тимских пород в пределах западного борта в отличие от восточного почти не содержит эффузивов и характеризуется миогеосинклинальным типом разреза.

Мощность тимской свиты с учетом складчатой структуры ориентировочно составляет 1,2—1,5 км. Степень регионального метаморфизма пород соответствует фации зеленых сланцев. В пределах блоков, характеризующихся более глубоким эрозионным срезом, интенсивность метаморфизма выше и нередко достигает эпидот-амфиболитовой фации. Породы интенсивно дислоцированы, собраны в сжатые крутопадающие изоклинальные складки с крутым падением слоев в крыльях (45—80°). Отмечается несколько систем разрывных нарушений, выполненных брекчированными и гидротермально измененными породами, которые несут прожилково-вкрапленную сульфидную минерализацию. Зоны разломов сопровождаются дайками диоритовых порфиритов и гранодиорит-порфиров, кварцевыми жилами и интенсивной графитизацией, с выделением участков мономинерального графита.

В районах западного борта углеродсодержащие отложения в разрезе тимской свиты получают доминирующее развитие. Их количество достигает 60—70% всего объема пород в разрезе свиты. Среди углеродистых сланцев по минеральному составу различаются тонкослоистые кварцево-слюдистые, существенно биотитовые и серицитовые, часто с карбонатами, иногда с гранатом и ставролитом породы, несущие характерную сингенетическую вкрапленность пирита и пирротина. Черносланцевая толща тимской свиты отличается цикличным строением. Для нее характерно частое переслаивание псефитовых (конгломераты, гравелиты), псаммито-алевритовых отложений с пелитовыми и карбонатными разностями. Мощности слоев терригенных пород, большей частью представленных олигомиктовыми метапесчаниками, небольшие и не превышают 3—5 м. Породы залегают в основании трансгрессивных циклов, сменяясь вверх по разрезу алевропелитовыми и пелитовыми породами, содержащими углеродистый материал. Пачки углеродсодержащих образований относительно более крупные, их мощность достигает 15—50 м. Они повсеместно содержат примесь карбонатов, преимущественно кальцита, количество Cорг в них колеблется от 3—5 до 15—17%. Завершаются циклы, как правило, углеродистыми мраморами, содержащими редкие порфиробласты тремолита. Их мощности, так же как и терригенных прослоев, невелики — не более 3—8 м. Наиболее обогащены углеродистым материалом пелитовые и карбонатно-пелитовые породы, слагающие верхние части трансгрессивных циклов. Небольшая мощность и отсутствие их регрессивных частей свидетельствуют о флишоидном характере этих отложений.

Основным породообразующим минералом углеродистых сланцев является мелкозернистый кварц. Подчиненную роль играют слюды (биотит и серицит), хлорит, лучистые амфиболы, графитит и графит, реже ставролит, карбонаты, пирит, апатит. В прослоях, сильно обогащенных углеродистым веществом, состав породы с трудом определяется под микроскопом даже при сильном увеличении. Пылевидные частицы графита или графитита пронизывают здесь все минералы, и они становятся в проходящем свете непрозрачными. В качестве примесей в сланцах установлены полевой шпат, гранат, турмалин, сфен, магнетит, ильменит. Карбонат представлен кальцитом, реже доломитом. В отдельных прослоях отмечается повышенное содержание марганца, который находится в составе карбонатов (манганокальцит и родохрозит) и граната (спессартин-андрадит). Здесь содержание MnO относительно возрастает, достигая 4—9%. Мощность слоев, характеризующихся повышенной марганцевоносностью, колеблется от 2 до 11 м.

С прослоями высокоуглеродистых сланцев связана повышенная фосфатоносность. Содержание P2O5 в таких прослоях достигает 2—5% (реже более). Фосфаты представлены мельчайшими (0,01—0,1 мм) зернами, встречающимися среди фосфатизированного слюдисто-углеродистого материала. Фосфатоносные пачки имеют цикличное строение вследствие чередования высокоуглеродистых, обогащенных фосфатами прослоев, мощностью от нескольких миллиметров до 2—10 и реже более сантиметров, и малоуглеродистых слюдисто-кварцевых алевролитов. Мощность пачек, характеризующихся повышенной фосфатоносностью, достигает 20 м. Многократное появление фосфатсодержащих пород в вертикальном разрезе тимской свиты связано в основном с ее цикличным строением. Каждая из выделяемых фосфатсодержащих пачек представляет собой законченный цикл. Горизонты фосфатсодержащих пород локализуются в средней части разреза в циклах прерывистого типа, отвечающих трансгрессивным стадиям процесса осадкообразования.

Под микроскопом фосфатоносные породы состоят из криптокристаллического фосфатного вещества, располагающегося в слюдисто-кварцево-углеродистом мелкозернистом субстрате. В зонах тектонических нарушений, на контактах с дайками гранитоидов и силлами эффузивов, как следствие более высокого дислокационного и термального метаморфизма, фосфатное вещество перекристаллизовано и находится в виде скоплений короткопризматических кристаллов апатита. Фосфатоносные породы относительно обогащены редкими землями цериевой группы.

Углеродистые сланцы тимской свиты имеют различный минеральный состав в зависимости от своей фациальной принадлежности. Для глинистой составляющей осадка первоначально был характерен, вероятно, лептохлоритово-гидрослюдистый состав. Такие признаки, как присутствие биогенного углерода, сингенетического пирита, повышенная фосфато- и марганценосность, свидетельствуют о формировании углеродистых пород тимской свиты в полузамкнутом мелководном бассейне лагунного типа в условиях сероводородного заражения.

С углеродистыми отложениями тимской свиты связано комплексное фосфорит-марганцево-колчеданное оруденение. Фосфориты встречены среди фосфатоносных пачек в виде отдельных прослоев мощностью до 0,5—0,8 м. Максимальное содержание в них P2O5 составляет 11— 12%.

Марганцеворудные породы пространственно тесно связаны с фосфатоносными, но образуют и самостоятельные горизонты, приуроченные к карбонатным частям разреза (рис. 2). На Тимском участке (скв. 3523) выявлен редко встречающийся карбонатно-сульфидный тип марганцевого оруденения. Основным рудным минералом является сульфид марганца — алабандин. Наряду с ним присутствуют пирит, пирротин и манганокальцит. Содержание MnO в пределах рудного интервала колеблется от 4,2 до 24,0%, в среднем составляя 11,5%. Разрез углеродистых отложений свиты изучен лишь фрагментарно, но уже имеющиеся материалы позволяют говорить об их региональной обогащенности фосфором и марганцем.

В черных сланцах тимской свиты известны серноколчеданные и колчеданно-полиметаллические золотосодержащие рудопроявления. Главными рудными минералами рудоносных зон являются пирит и пирротин. В резко подчиненном количестве присутствуют марказит, халькопирит, сфалерит и галенит. Повсеместно устанавливаются две минеральные ассоциации: ранняя — серноколчеданная (пирит и пирротин) и поздняя — колчеданно-полиметаллическая, несущая золото. С углеродистыми породами связана большая группа элементов-примесей — Ni, Co, V, Mo, Ag, As, Hg, F.

Кроме рудопроявлений, в черных сланцах имеется ряд геохимических аномалий, характеризующихся типоморфным комплексом элементов-индикаторов золото-полиметаллического оруденения. Контуры этих аномалий совпадают с зонами соскладчатых разломов. По данным Н.В. Ликарчука и В.А. Казанцева, в ряде аномалий установлены признаки, свидетельствующие о перспективах обнаружения оруденения в более глубоких горизонтах. На Воронежском кристаллическом массиве, как и в других подобных районах древних платформ, колчеданные и полиметаллические руды тесно ассоциируют с углеродистыми породами, что делает перспективным дальнейшее их изучение.

Многие геологи, исследовавшие черносланцевые породы, считают их дальними фациальными аналогами фосфатоносных толщ, входящих в состав фосфоритоносных формаций. В корах выветривания продуктивных фосфато- и марганценосных пластов возможны окисные руды марганца и вторичные фосфориты, генетически тесно связанные с гипергенными месторождениями богатых железных руд и бокситов бассейна КМА.