04.03.2021

Факторы мобилизации и перераспределения рудных микроэлементов в углеродисто-кремнистых сланцах венда - нижнего палеозоя


Развитие представлений о метаморфогенном рассеянии и концентрации рудного вещества осадочных толщ позволяет считать именно этот механизм перераспределения основным из тех, которые обеспечивают миграцию микроэлементов в масштабах земной коры. В этом смысле весьма показательны условия и пути локального перераспределения рудных элементов в углеродисто-кремнистых формациях. С этой целью были изучены два типа преобразования углеродисто-кремнистых сланцев в двух районах Средней Азии: 1) в зоне экзоконтакта диапировых гранитов и 2) в зоне глубинного разлома на участке пересечения сланцев субширотного простирания поперечным (субмеридианальным) разломом.

В исследуемой складчатой структуре первого района выделяется ряд протяженных прогибов и поднятий, сложенных почти непрерывным разрезом в стратиграфическом диапазоне от верхнего рифея до московского яруса среднего карбона. Они смяты в конформные складки и прорваны верхнепалеозойскими гранитными интрузиями. Находящиеся в основании разреза углеродисто-кремнистые и чередующиеся с ними глинисто-слюдистые и карбонатные сланцы венда в результате теплового воздействия гранитов претерпели значительные изменения. Во внешней зоне контактового метаморфизма в алюмосиликатных породах развивается андалузит, а в карбонатных — тремолит и эпидот. Минеральный состав самих углеродисто-кремнистых сланцев заметно не меняется. Во внутреннем экзоконтакте все породы претерпели интенсивное ороговикование. При этом в слюдистых сланцах образовался агрегат кварца, биотита, кордиерита и андалузита, карбонатные породы скарнированы, а в углеродисто-кремнистых сланцах заметны следы «выгорания» органического вещества (OB). Покраснение роговиков указывает на окислительные условия.

Анализ геологической истории региона свидетельствует о том, что в период формирования позднеорогенных гранитоидов углеродистые образования венда были перекрыты осадками суммарной мощностью до 3000 м, что соответствует давлению около 1 кбара. В соответствии с табличными данными, отражающими термодинамический режим петрогенеза по Л.Л. Перчуку и возможности минеральных преобразований, в углеродисто-кремнистых сланцах были приближенно оценены значения внешних параметров контактового метаморфизма:
Факторы мобилизации и перераспределения рудных микроэлементов в углеродисто-кремнистых сланцах венда - нижнего палеозоя

Отсюда видно, что, несмотря на низкие значения величин парциального давления кислорода, логарифмы отношений фугетивностей CO2:CO и H2O:H2 имеют положительные значения. Это свидетельствует о достаточно высоком значении окислительного потенциала. Таким образом, в исследуемом районе окисление углерода пород до CO2 с выносом ее из зоны ближнего экзоконтакта не сопровождалось восстановлением железа до двухвалентной формы, как это установлено, например, в породах свиты кейв Кольского полуострова или Патомского нагорья. В условиях контактового метаморфизма (при низком давлении) возможно окисление углеродистого вещества сланцев без участия железа либо с участием небольших количеств двухвалентного железа, окисляющегося до трехвалентного.

Освобождающаяся при разрушении OB углекислота вместе с выделяющейся водой создает благоприятную среду для транспортировки ряда микроэлементов, концентрировавшихся до того в углеродистом материале. Наиболее ярким индикатором миграции рассеянного рудного вещества из зон контактового метаморфизма является уран.

Использование данных аэромагнитной съемки (Л.Н. Котляревский, И.Г. Кремнев) и результатов гравиметрической съемки (Н.И. Оранский) позволяет установить формальную связь величин аномалий магнитного поля (AT) с изоградами андалузита и кордиерита в сланцах, а также с глубиной гранитной кровли (рис. 1). Граница между зонами внутреннего и внешнего экзоконтакта, фиксируемая широким развитием процессов ороговикования и появлением пятнисто-узловатых (кварц-биотит-кордиерит-андалузитовых) сланцев, примерно соответствует изолинии ДТ = 25у (25*10в-5 эрстед), а граница внешнего экзоконтакта и неизмененных пород (изограда андалузита) — изолиниями +50 и +75у. Отрицательные или нейтральные значения аномалий магнитного поля соответствуют выходам гранитов на дневную поверхность или их неглубокому залеганию (до 0,5 км).


Обобщение данных радиогеохимического исследования по зонам внутреннего и внешнего экзоконтакта позволяет сделать заключение о выносе урана из внутренней (ороговикованной) зоны и о переотложении, по крайней мере части, мобилизованного урана во внешней зоне (табл. 1, рис. 2).

Наблюдаемое отклонение при сравнении средних величин содержаний tн = 3,369 (при числе степеней свободы n1+n2—2 = 457). Сопоставление этого отклонения с нормированной величиной по Стьюденту показывает, что при любом уровне вероятности заключения (от 0,90 до 0,999) tн > tстьюд, т. е. различие между средними содержаниями статистически значимо.

Анализ интегральных кривых распределения урана для внутренней и внешней зон (см. рис. 2) показывает, что остаточные концентрации этого элемента в интенсивно ороговикованных сланцах могут быть чрезвычайно низкими (до 0,2*10в-4%), тогда как во внешнем экзоконтакте наблюдаются повышенные содержания. В распределении последних имеет место резкое отклонение от логнормального закона (отклонение интегральной кривой вправо), что свидетельствует о явлениях привноса.

Статистическая обработка радиогеохимических данных с использованием изолинии магнитного поля AT = 0 (см. рис. 2, кривые 3 и 4) или изолинии AT = +50у (см. рис. 2, линии 5 и 6) в качестве границы раздела между зонами метаморфизма не меняет полученных выводов. В первом случае, когда эта условная граница приближается к источнику тепла, интегральные кривые по контурам обсчета сближаются. Во втором случае граница между зонами удаляется от гранитов и различия между средними величинами концентраций для внутреннего и внешнего экзоконтакта, а также между величинами дисперсии становятся более контрастными.

Общая тенденция перераспределения рудной микропримеси при нарастании контактового метаморфизма заключается в снижении среднего содержания и выравнивании рядовых значений концентраций. На интегральных кривых это иллюстрируется их смещением по медиане влево и уменьшением наклона (приближением линейного отрезка кривой распределения к вертикали). Поскольку фоновые значения концентраций урана за пределами контактового воздействия интрузий в углеродисто-кремнистых сланцах меняются в небольших пределах, около (7—8)*10в-4 %, есть основания полагать, что в зоне внешнего экзоконтакта осаждается уран, мобилизованный во внутренней зоне. Такое переотложение носит локальный характер: перемещенный уран тяготеет к ослабленным зонам в шарнирах складок, к послойным нарушениям и т. п., что выражается в резком возрастании величин дисперсии концентраций. Для зон повышенной проницаемости в области внешнего экзоконтакта обычны скопления битумов и карбонатов, миграционно способные формы которых могли переносить рудную примесь.

Иной тип перераспределения микроэлементов в углеродистокремнистых сланцах наблюдался в условиях, когда гранитоидный магматизм не проявился на стадии орогенеза. Второй район исследования находится в пределах каледонско-герцинской складчатой области. В соответствии с представлениями В.И. Кнауфа и Г.С. Поршнякова, область развития изучаемой кремнисто-сланцевой формации входит в состав позднекаледонской складчатой зоны. Внедрение интрузивных тел здесь было связано с рифеем (в кристаллическом фундаменте) и в меньшей степени с поздним палеозоем (герцинский цикл).

Углеродистое вещество, определяющее металлогеническую специфику района, содержится в кремнисто-карбонатной и вулканогеннокремнистой формациях кембрия — нижнего ордовика. Эти отложения, залегающие на пестроцветных сланцах и метаморфизованных корах выветривания позднего рифея, перекрываются многокилометровыми по мощности нижне-средне-палеозойскими песчано-сланцевыми флишоидными и флишоидно-молассовыми (иногда с андезитами и базальтами) образованиями, которые нередко замещаются кремнисто-терригенными породами. В герцинскую эпоху наряду с продольными структурами «тянь-шаньского» простирания в Средней Азии огромное значение приобрели поперечные субмеридиональные разломы. Проявления средне-позднепалеозойского магматизма, представленные дайками и штоками пород основного и среднего состава (габбро-диабазами, роговообманковыми диоритами, диоритовыми порфиритами), тяготеют как к продольным нарушениям, так и к скрытому трансзональному поперечному разлому (рис. 3). Магматические породы над этим разломом образуют дайковый пояс, рассекающий вкрест простирания нижнепалеозойские образования и подчиненный ступенчатой (блоковой) поверхности допалеозойского фундамента. Ширина дайкового пояса на участке пересечения толщи углеродисто-кремнистых сланцев составляет 6—7 км.

В отличие от случая, рассмотренного выше, тепловым воздействием маломощных даек габбро-диабазов и диоритовых порфиритов можно пренебречь: оторочки приконтактового ороговикования и фенитизации около них невелики (десятки сантиметров — первые метры). Тем не менее в многокилометровой по ширине зоне поперечного разлома отмечается интенсивное перераспределение микроколичеств хрома, ванадия и урана, что фиксируется значительным возрастанием дисперсий концентраций этих микроэлементов при относительном постоянстве средних величин концентраций для отдельных районов. Интегральные кривые (рис. 4) указывают на более высокую ураноносность нижнего стратиграфического интервала по сравнению с верхним.

Геохимическая связь рудных микропримесей с углеродистым веществом пород объясняется склонностью перечисленных элементов к реакциям гидролиза, окисления — восстановления и их способностью образовывать металлоорганические комплексы. Все это создает предпосылки для реализации одного из двух механизмов перераспределения микропримеси в метаморфических процессах, а именно переноса вместе с органическим веществом. Мобилизация органического вещества и, следовательно, связанных с ним микроэлементов может происходить под воздействием глубинных флюидов, в пользу чего свидетельствует, например, привнос бора в сланцы, залегающие в зоне влияния скрытого поперечного разлома (табл. 2).

Как видно из табл. 2, содержание бора в толще углеродисто-кремнистых сланцев отличается значительной вариабельностью, возрастающей в зоне влияния скрытого поперечного нарушения. Средние концентрации бора в дайковом поясе увеличиваются в 7—9 раз, что говорит о значительных масштабах его поступления. При этом летучие компоненты мигрировали, скорее всего, со значительных глубин, так как для гранито-гнейсов фундамента, подстилающих палеозой, бор не типичен. В этой же зоне дайкового пояса отмечается также увеличение числа карбонатных прожилков. Однако углекислота в отличие от бора не может служить признаком глубинного происхождения флюидов, поскольку рядом с углеродисто-кремнистыми сланцами залегают карбонатные сланцы и известняки раннего палеозоя.

Рассмотренные примеры позволяют говорить о весьма существенной роли, которую играют два фактора мобилизации и перераспределения рудной микропримеси в углеродисто-кремнистых сланцах. Первый фактор — контактовый метаморфизм, когда под воздействием выделяемого интрузией тепла происходит разрушение и окисление OB сланцев и высвобождение микроэлементов. Образующиеся вода и углекислота могут способствовать выносу этих микроэлементов за пределы зоны высокого нагрева. Второй фактор — воздействие на вещество сланцев флюидов (в частности, минерализаторов глубинного происхождения) в зонах крупных тектонических нарушений. При этом имеет место значительное перераспределение микроэлементов в пределах этих зон, связанное с миграцией возникших мобильных органических субстанций, а также с водно-углекислыми растворами.





Яндекс.Метрика