03.03.2021

Углеродистые отложения раннего докембрия северо-западной части Украинского щита и особенности их металлоносности


В северо-западной части Украинского щита наиболее полный разрез углеродистых отложений раннего докембрия известен в пределах Кочеровского синклинория. Они представлены здесь различными по составу графитсодержащими и реже графитовыми сланцами и гнейсами, а также карбонатными породами, входящими в состав тетеревской серии (рис. 1). Нижняя часть серии сложена неодинаковыми по мощности пачками и пластами графитсодержащих и графитовых сланцев и гнейсов (нередко с силлиманитом и гранатом, иногда с кордиеритом и титаномагнетитом), которые ритмично переслаиваются или же связаны одни с другими постепенными переходами. Эта монотонная толща известна под наименованием станишовской, городской или виленской свиты. Верхняя часть разреза станишовской свиты представляет собой чередование маломощных прослоев и пачек упомянутых выше пород, а также мраморов, силикатно-карбонатных сланцев и кальцифиров. В подчиненном количестве на разных уровнях разреза свиты присутствуют амфиболовые кристаллические сланцы. Мощность свиты составляет около 3 км. Выше с небольшим перерывом, который устанавливается по присутствию межформационных метаконгломератов и метагравелитов, залегает мощная (до 2 км) толща карбонатных пород, объединяемых в кочеровскую свиту. В целом это многократно переслаивающиеся и переходящие одни в другие мраморы, кальцитсодержащие и бескальцитовые амфибол-пироксеновые и пироксен-амфиболовые (силикатно-карбонатные) сланцы и кальцифиры. В составе свиты доминируют мраморы. Перечисленные отложения являются продуктами прогрессивного регионального метаморфизма протосубстрата в интервале РГ-условий эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций. Радиологический возраст метаморфизма этих отложений согласно изотопному анализу составляет 2,1 —1,7 млрд. лет и оценивается как раннепротерозойский.

Углеродистые отложения характеризуются в целом слоистым строением и пластовой формой залегания. В пределах пласта (или слоя) они сравнительно однородны по составу, микро- и макроструктурам, обнаруживая удовлетворительную выдержанность этих признаков по простиранию. Для них обычны переслаивание и частые постепенные переходы от одной разновидности к другой. В толще пород устанавливаются признаки цикличного строения, что особенно характерно для разреза станишовскои свиты, где удается удовлетворительно распознавать все основные структурные характеристики и строение первичноосадочных циклотем.

Метаморфизованные углеродистые отложения при всем кажущемся разнообразии сложены ограниченным набором породообразующих минералов. Ассоциация сланцев и гнейсов образована кварцем, полевыми шпатами и темноцветными минералами, представленными преимущественно биотитом. В данных породах широко распространены реликтовые бластопсаммитовые и бластоалевропсаммитовые структуры. Размер зерен минералов «светлой» части пород различен даже в рамках одной литолого-петрографической разновидности. Для кварца он, например, варьирует от 0,08—0,15 до 0,2—1,8 мм, для плагиоклаза — от 0,05—1 до 0,5—2 мм. Кварц нередко преобладает в породах. Однако вариации его содержания весьма существенны: в сланцах он составляет 10—49%, в гнейсах — от 17—37 до 45—51 %. Биотит отличается устойчивой оранжевой окраской. Содержание его различно (8—51%). Полевые шпаты представлены главным образом плагиоклазом, реже встречается микроклин. Состав и содержание плагиоклаза ощутимо колеблются в рамках одной разновидности пород. В сланцах при содержании 15—72% состав плагиоклаза отвечает в среднем № 11—31, в гнейсах при содержании 20—55% в среднем его состав соответствует № 13—25, реже № 27—31. Концентрации графита в породах данной ассоциации различны и меняются в пределах от 1,5—2 до 10%. Он встречается в виде скоплений комковатых и пылеватых частиц неправильной формы, рассеянных в массе сланцев и гнейсов либо выполняющих межзерновые пространства между минералами, а также в виде четко оформленных червеобразных столбиков, палочек и пластинок с размытыми краями. По длинной оси выделения графита не превышают 0,08—0,15 мм, реже 0,5—1,5 мм. Кроме графита, в качестве второстепенных минералов обычно присутствуют силлиманит (фибролит), кордиерит, гранат, мусковит, ассоциация акцессорных минералов, которые принято рассматривать как типоморфные для первично-осадочных метаобразований. Эти особенности состава, а также наличие реликтовых структур, разнозернистость кварца и плагиоклаза, для которого характерны значительные колебания состава, являются важными для выяснения первичной породы сланцев и гнейсов данной ассоциации и указывают на осадочный характер их протосубстрата.

В сланцах и гнейсах данной группы акцессорный циркон составляет 1—2 вес-об.%. Oн представлен зернами трех основных морфологических типов А, Б и В, причем во всех разновидностях гнейсов доминируют округлые (обломочные) зерна типа В, которые составляют 93% общего количества зерен в пробе (рис. 2, а). В гранат-фибролит-биотитовых графитсодержащих сланцах количество зерен этого типа снижается до 47% (см. рис. 2, б). Среди зерен типов А и Б преобладают преимущественно кристаллы цирконового габитуса; зерна с гиацинтовым габитусом единичны. Окраска зерен желтая, розовато- и золотистожелтая, коричневая различной тональности. Большинство зерен прозрачно. Поверхность зерен типов В и Б матовая, шероховатая, нередко бугристая и неровная, с немногочисленными штрихами и бороздками транспортировки, но иногда блестящая, с мелкими ямками; типа А — преимущественно блестящая. Длина цирконовых зерен в гнейсах составляет 0,08—0,27 мм (среднее 0,13—0,23 мм) при ширине 0,032—0,18 мм (среднее 0,08—0,11 мм); в сланцах — 0,08—0,32 мм (среднее 0,23 мм) при ширине 0,08—0,26 мм (среднее 0,12 мм). Средний размер 0,01— 0,16 мм. Коэффициент удлинения зерен не превышает 2 (в среднем он равен 1,6—1,87). Наличие в сланцах и гнейсах округлых и субидиоморфных зерен циркона, величина средних линейных параметров которых изменяется в пределах, соответствующих обломочным цирконам из мелкозернистых песчаников и песчано-алевритовых отложений, при среднем значении коэффициента удлинения зерен не более 2, может свидетельствовать в пользу преимущественно осадочного субстрата этих пород.

Применение метода геохимической реконструкции первичного состава метаморфизованных вулканогенно-осадочных образований, как наиболее эффективного из всех известных в настоящее время, способствовало уточнению данных о субстрате рассматриваемых углеродистых отложений. Исходя из значений величин w1 (интенсивность выветривания), w2 (экстенсивность выветривания) и d (степень осадочной дифференциации), можно заключить, что интенсивность химического выветривания и экстенсивность выветривания исходного материала сланцев и гнейсов незначительны, а степень осадочной дифференциации удовлетворительна. В пользу слабого химического изменения материала субстрата в процессе его мобилизации на континенте и соответственно низкой зрелости глинистой составляющей свидетельствует также величина отношений Al2O3/Na2O и K2O/Na2O. При этом колебания значений отношения Аl2O3/ТiO2 позволяют предположить, что выветривание и осадконакопление отвечали обстановке переходного семиаридного климата. Это подтверждают и другие критерии. С помощью их можно к тому же оценивать физико-химические (фациальные) условия, в которых происходила аккумуляция материала субстрата. Так, средние значения алюмокремневого модуля в континентальных и прибрежноморских глинах, песках и алевритах семиаридного климата фанерозоя Русской платформы вполне сопоставимы с таковыми в рассматриваемых сланцах и гнейсах. Поэтому можно полагать, что химическая дифференциация вещества субстрата при выветривании, перенос и отложение обломочного материала в бассейне седиментации проходили в условиях климата переходного типа и в фациальных обстановках, близких к обстановкам образования континентальных и прибрежноморских (мелководно-морских) отложений фанерозоя. Среди глин подобного генезиса преобладали, вороятно, смешанные (монтмориллонит-гидрослюдистые) разности [10], а среди терригенных отложений — граувакки и аркозы. Последнее становится более очевидным, если в поля диаграммы FAK вынести частные и средние (рис. 3) значения рассчитанных параметров химического состава рассматриваемых пород. Первичный состав их идентифицируется как граувакковые алевриты и граувакковые алевропелиты. Источником кластогенного материала этих отложений явились, по всей вероятности, изверженные породы кислого и щелочного состава, о чем свидетельствует положение фигуративных точек соответствующих разновидностей в левой половине диаграммы FAK.

Карбонатные породы, представленные мраморами, силикатно-карбонатными сланцами и кальцифирами, отличаются пестротой состава. Так, в составе мраморов, подразделяющихся в зависимости от преобладания того или иного карбонатного минерала на кальцитовые и кальцит-доломитовые, находятся в виде второстепенных минералов флогопит, диопсид, актинолит-тремолит, плагиоклазы состава № 20—29, 35—38 и кварц (два последних минерала несут признаки кластогенного и метаморфогенного происхождения). Графит в мраморах присутствует повсеместно как второстепенный минерал с содержанием до 1%. Он неравномерно рассеян в основной массе породы.

Обширная группа силикатно-карбонатных сланцев и кальцифиров имеет в целом сходный состав и текстурно-структурные особенности, обусловленные тесной генетической и пространственной связью их не только между собой, но и с мраморами (частая перемежаемость и постепенные взаимопереходы по вертикали и латерали). Характерные для них полосчатость и сланцеватость обусловлены переслаиванием отдельных разновидностей, а также чередованием слойков силикатного и существенно карбонатного материала внутри каждой разновидности. Сланцы сложены (в %): кальцитом (от единичных зерен до 17 в амфибол-пироксеновой и до 10—75 — в пироксен-амфибол-кальцитовой разновидности), диопсидом-салитом (от 10—30 до 17—45 соответственно), зеленой роговой обманкой, тремолитом и реже актинолитом (от 0— 10 до 1—17), плагиоклазом (от 11—20 до 21—35), кварцем (от 1—5 до 2—10), графитом, доломитом, биотитом, иногда оливином, серпентином, хлоритом. В сланцах плагиоклаз по форме зерен, соотношению с другими минералами и составу соответствует двум генерациям — метамор-фогенной (№ 30—52, причем доминирует плагиоклаз состава № 32— 36) и кластогенной (№23—30). Кварц также встречается в двух аналогичных генерациях. Минеральный состав кальцифиров близок к составу силикатно-карбонатных сланцев (в %): кальцит (20—80), диопсид-салит (от реликтовых единичных зерен до 35—40), доломит (0—28), форстерит (до 40), флогопит (от единичных зерен до 30), зеленая роговая обманка, тремолит и реже актинолит (до 10—25), биотит (до 10), плагиоклаз № 28—46 (до 10—29), серпентин (10—30), хлорит, шпинель, апатит, рутил, графит.

Содержание акцессорного циркона в карбонатных породах не превышает 1 вес.-об.% (порядка первой сотни зерен). Он присутствует также в зернах трех основных морфологических типов. Однако округлые зерна типа В доминируют только в мраморах (до 79% зерен на пробу), тогда как в остальных карбонатных породах их содержание находится на уровне 40—51% (см. рис. 2, в, г). Для зерен всех типов характерен преимущественно цирконовый габитус кристаллов. Цвет зерен бурый и коричневый. Обычно зерна прозрачны, иногда полупрозрачны за счет метамиктных изменений и оболочек обрастания. Поверхность зерен шероховатая, неровная и мелкобугорчатая, нередко блестящая и глянцеватая. Длина зерен составляет 0,08—0,32 мм (среднее 0,19—0,23 мм) при ширине 0,032—0,18 мм (среднее 0,03—0,09 мм). Величина цирконовых зерен в карбонатных породах определяется, вероятно, размерностью терригенной примеси, в составе которой этот минерал поступал в осадок. Средний сравнительный размер 0,11—0,14 мм. Коэффициент удлинения цирконовых зерен в среднем равен 1,40—2,01. Причем с коэффициентом удлинения 1,35—1,75 встречен наибольший процент зерен во всех рассматриваемых карбонатных породах. Из анализа морфологических и морфометрических особенностей цирконов вытекает вывод о первично-осадочной природе вмещающих пород.

Таким образом, на основании ряда литологических, минералогических и петрохимических признаков природа рассмотренных углеродистых отложений идентифицируется как осадочная. При этом графитовые кварц-слюдистые и графитсодержащие гранат-фибролит-слюдистые сланцы, графит-биотитовые, графитсодержащие гранат-биотитовые и силлиманит-биотитовые гнейсы представляют собой высокометаморфизованные эквиваленты терригенных отложений (смешанных осадков ряда граувакковые алевриты — граувакковые алевропелиты), в разной степени обогащенных карбонатным материалом (песчаные известняки, песчано-глинисто-карбонатные и главным образом глинисто-карбонатные осадки) и органическим веществом. Они вполне сопоставимы с углисто-терригенными формациями послерифейского времени. Карбонатные породы — кальцитовые и кальцит-доломитовые мраморы, а также породы, обогащенные терригенной примесью (кальцитосодержащие и бескальцитовые пироксен-амфиболовые, пироксеновые, амфибол-пироксеновые сланцы и кальцифиры) и содержащие графит, могут рассматриваться как первично-хемогенные осадки. Эти отложения, по всей вероятности, эквивалентны углеродисто-известковистым (битуминозные известняки и доломиты) формациям послерифейского времени.

Органический углерод в рассматриваемых отложениях представлен преимущественно графитом, для которого характерны различные морфогенетические типы. Содержание углерода (Сорг = Сграф + Сках) варьирует от 0,05 до 1,41 вес. %. Ассоциацией пород, содержащих максимальные количества Cорг, являются графитовые сланцы и гнейсы (1,37—1,41 вес.%). Минимальные значения концентраций углерода (Cорг) приурочены к кальцитовым мраморам. Концентрации углерода во всех этих породах являются, очевидно, остаточными, что обусловлено воздействием процессов метаморфизма. Вместе с тем описанные выше особенности вещественного и минерального состава и другие литологические характеристики углеродистых и углеродсодержащих отложений, а также распределение в них углерода говорят о том, что изначальные содержания Cорг определялись палеогеографической позицией зон накопления углеродистых осадков в раннепротерозойском протогеосинклинальном бассейне Украинского щита.

Средние содержания рудогенных элементов достигают максимальных значений в метаалевропелитах, обогащенных Cорг, резко снижаются в карбонатных породах. В распределении рудогенных элементов обнаруживаются особенности, свойственные преимущественно осадочным образованиям. Оно характерно для «идеального профиля» нормального осадочного цикла — его контрастной модификации упорядоченного типа.

В углеродистых отложениях района не установлены минеральные формы большинства из рудогенных элементов. Следовательно, наиболее вероятно, что они присутствуют в виде неструктурных примесей или же изоморфно замещают другие элементы в кристаллических решетках акцессорных (циркон, сфен, ортит, апатит) и некоторых породообразующих (пироксен, амфибол, биотит, хлорит, эпидот и др.) минералов.

Изложенные особенности металлоносности углеродистых отложений региона аналогичны установленным ранее для близких по составу и возрасту пород других районов Украинского щита.





Яндекс.Метрика