04.03.2021

Рассеянное органическое вещество в фосфоритах


Все первично-осадочные морские фосфагсносные формации от архея до современных содержат в том или ином количестве рассеянное органическое вещество (РОВ).

В архейских апатитоносных осадочно-метаморфических толщах на Центральном Алдане (иенгрская серия) и в юго-западном Прибайкалье (слюдянская серия) отмечается присутствие графита в мраморах и кальцифирах. Наличие свободного углерода фиксируется химическими анализами в апатите Слюдянского месторождения. В более заметных количествах в виде графита органическое вещество (OB) встречается в фосфатоносных нижне- и среднепротерозойских отложениях пильгуярвинской свиты на Кольском полуострове и тимской свиты на Воронежском кристаллическом массиве.

Интересные по своему составу фосфориты были впервые выявлены автором в 1962 г. в нижне-среднерифейских отложениях юго-восточной части Тувы (нагорье Сангилен). Они содержат более 30% углерода в виде графита и сильно преобразованного углеродистого вещества. Наиболее высокие содержания углерода (от 13 до 38%) наблюдаются в фосфоритах, приуроченных к горизонту глинисто-карбонатных пород. В фосфоритах карбонатных горизонтов содержание углерода не превышает 3%. Глинистые и карбонатные породы, вмещающие фосфориты, содержат соответственно 0,5—10 и 0,3—2,5% углерода.

Нижнекембрийские фосфориты Тамалыкского месторождения в восточной части Кузнецкого Алатау содержат от 0,2 до 4,5% углерода, причем наиболее высокие содержания наблюдаются в карбонатно-кремнисто-глинистых отложениях. В фосфоритах Малого Каратау содержание P2O5 невысокое — 0,04—0,5%.

В районе Малого Каратау наблюдается парагенетическая связь микрозернистых фосфоритов с биогенными и биогенно-обломочными силицитами. Здесь в составе продуктивного горизонта в виде маломощных слоев, линз и прослоев встречаются спонголиты.

В нижнекембрийских фосфоритах Хубсугульского бассейна содержание углерода несколько выше — от 0,1 до 2%.

Ордовикские фосфориты Прибалтики содержат до 2,5% углерода (Красносельское месторождение).

Верхнепалеозойские фосфориты и вмещающие их породы формации Фосфория (США) содержат значительное количество OB. Формация Фосфория сложена черными аргиллитами, кремнистыми породами, фосфоритами, мергелями. Содержание OB в фосфоритах и других породах формации колеблется от 0,4 до 10—15%. В его составе много битумоидов, при перегонке же аргиллитов, обогащенных OB, получают до 10% нефтяных продуктов, а в некоторых слоях аргиллитов формации содержится до 30 л микронефти на 1 т породы. В этой связи некоторые исследователи рассматривают фосфоритоносные формации в качестве нефтематеринских толщ, имевших отношение к формированию крупных месторождений тяжелых (нафтеновых и асфальтеновых) нефтей. По их мнению, месторождения нефти в Центральном Вайоминге образовались за счет реализации нефтегенерационного потенциала пород формации Фосфория, на Аляске, в Предхо Бей, — пород формации Шаблик, а тяжелые нефти Маракаибо в Венесуэле — пород формации Лa Луна Эта точка зрения обосновывается тем, что: 1) все фосфориты обогащены OB, а кероген фосфоритов богаче азотом и серой, чем кероген других пород; 2) существенная часть OB в них растворима в органических кислотах, содержание асфальтенов в экстрактах выше, чем в экстрактах глинистых пород.

Мел-палеогеновые фосфориты Русской и Северо-Африканской платформ, хотя и в незначительной степени, также обогащены РОВ.

Так, в желваковых фосфоритах Егорьевского. Вятско-Камского и других месторождений содержится до 1,4% углерода. В мел-палеогеновых фосфоритах Северной Африки содержание органического углерода (Cорг) колеблется от 0,1 до 1 %.

Позднечетвертичные и современные фосфориты, образцы которых были подняты с шельфа юго-западной Африки, содержат до 3% свободного углерода.

Изучение распределения OB в фосфоритах различных литогенетических разновидностей показывает, что более высокие его содержания наблюдаются в тинистых, карбонатно-кремнисто-глинистых фосфоритах; карбонатные фосфориты содержат весьма незначительное количество органического материала. Такая связь объясняется, по-видимому, тем, что глинисто-карбонатные фосфоритоносные отложения докембрия накапливались на мелководье в условиях, благоприятных для развития планктона. В более молодые эпохи фосфатообразования значительная часть OB поступала с суши. В табл. 1 приведены содержания Cорг в фосфоритах различных генетических типов. Из нее можно видеть, что все без исключения генетические типы фосфоритов содержат то или иное количество рассеянного OB, независимо от структурно-формационной их приуроченности.

Анализ содержаний Cорг как древних, так и молодых месторождений фосфоритов свидетельствует об отсутствии прямой корреляционной связи между содержанием Cорг и P2O5 (табл. 2).

По мнению Г.Н. Батурина, характерная для живого вещества связь P—Cорг нарушается в результате миграции фосфора при диагенезе богатых OB осадков.

Химический и элементный состав OB фосфоритов Русской платформы и США приведен в табл. 3.

Наряду с фосфоритоносными отложениями, содержащими остаточное OB, широким развитием пользуются бесфосфатные углеродистые формации, либо являющиеся стратиграфическими аналогами первых, либо фациально замещающие их.

Стратиграфическим аналогом фосфоритоносной чулактауской свиты Малого Каратау являются ванадиеносные сланцы корымсакской свиты и нижних горизонтов кулантауской свиты в Каратау-Нарынской зоне. Отложения ванадиеносного горизонта представлены циклично чередующимися кремнистыми и углеродисто-кремнисто-глинистыми сланцами. Они характеризуются высоким содержанием OB, особенно в углеродисто-глинистых сланцах, где его количество достигает 20 и даже 50%. Содержание P2O5 составляет в среднем 0,3—0,4%. В некоторых пачках наблюдаются редко рассеянные фосфоритные конкреции с содержанием P2O3 от 10—15 до 30—35%. По мнению С.Г. Анкиновича и Е.А. Анкинович, в формировании ванадиеносного горизонта в целом и фосфоритных конкреций в частности большая роль принадлежит биогенному фактору.

Фосфоритоносная формация Фосфория замещается по простиранию (в направлении от предполагаемого берега к морю) черными углеродистыми сланцами.

На территории Среднего Поволжья в низах волжского горизонта залегают черные аргиллиты и горючие сланцы, подстилающие фосфоритоносную кварцево-глауконитовую формацию.

Наличие в разрезах морских осадочных толщ (особенно докембрийских) углеродистых кремнисто-глинистых или битуминозных сланцев может служить одним из существенных поисковых признаков на фосфориты.

Рассмотренный выше фактический материал по фосфоритоносным формациям, а также данные по углеродистым и углеродсодержащим толщам докембрия указывают на то, что уже в глубоком докембрии в морском бассейне широкое развитие получили планктонные формы жизни, по-видимому микроорганизмы, которые оказывали огромное влияние как на процессы седиментации, так и особенно на процессы диагенеза.

Как известно, фосфор играет выдающуюся роль в процессах биосинтеза. Он входит в состав костных образований и мягких тканей живых существ. Особенно богаты фосфором скелеты позвоночных, которые почти на 60% построены фосфорнокислой известью. Зубы содержат до 70%, а эмаль зубов — до 90% фосфорнокислого кальция. Многие брахиоподы строят свою раковину из фосфата кальция, например Lingula apatita и оболус, содержащие соответственно 91,5 и 80% Ca3P2O8. Растения также содержат фосфор, особенно много его в семенах; в золе некоторых растений находится 30—60% Ca3P2O8.

Фосфатизированные ископаемые органические остатки являются основным компонентом фосфоритов (ордовикские фосфориты Прибалтики). Существует ряд гипотез о происхождении фосфоритов, рассматривающих как источники фосфора, так и механизм осаждения и концентрации его в осадках. В настоящее время все споры об источнике фосфора в конечном счете сводятся к двум точкам зрения. Одни считают его вулканогенным (глубинным), другие — экзогенным, связанным с процессами выветривания. Роль организмов в осаждении фосфора из морской воды также оценивается по-разному.

Самая ранняя, биогенная гипотеза, возникшая во второй половине XIX в., связывает формирование фосфоритов с массовой гибелью обитающих в морских водоемах популяций организмов, содержащих много фосфора. Разновидностью биогенной гипотезы является микробиологическая, или бактериальная, в соответствии с которой образование морских фосфоритов обусловлено не столько гибелью организмов, сколько процессами их жизнедеятельности. Основная роль при этом отводится высокоспециализированным фосфатным бактериям. А.Г. Вологдин, изучавший Каратау, пришел к выводу, что оолитовые фосфориты представляют собой скопления микротелец, клеток бактерий, участвовавших в трансформации фосфорных соединений. О возможном участии фосфатобактерий в образовании фосфатоносных пород слюдянской серии юго-западного Прибайкалья пишет в своей работе В.Н. Дав.

Действительно, иногда остатки отмерших организмов бывают столь обогащены фосфором, что, например, накопление раковин, содержащих до 36% Р2О5, приводит к образованию месторождений промышленных фосфоритов (ордовикские фосфориты Эстонии и Ленинградской области). В других случаях значение биогенных компонентов в формировании фосфоритов не столь наглядно. Хотя в настоящее время биогенная гипотеза образования фосфоритов в ее чистом виде и отрицается большинством исследователей, однако все в той или иной мере признают, что морские организмы (зоо- и фитопланктон) аккумулируют огромное количество фосфора и тем самым влияют на его общий баланс в морском бассейне, а также на процессы его седиментации и фосфоритообразования.

Пожалуй, наиболее обоснованную точку зрения на участие организмов в формировании фосфоритов изложил Г.И. Бушинский в своей работе «Древние фосфориты Азии и их генезис.». Его биохимическая гипотеза происхождения морских фосфоритов, многие аспекты которой рассматривали еще ранее другие исследователи, находит большое число приверженцев среди геологов, занимающихся изучением фосфоритов. Согласно этой гипотезе, фосфор в форме растворимых фосфатов и органических соединений выносился в морской бассейн вместе с речными водами, а затем концентрировался организмами, преимущественно планктонными. После гибели остатки организмов оседали на дно, разлагались, в результате чего высвобождался фосфор. Последний мигрировал в форме фосфатов, а затем, пройдя еще ряд стадий, осаждался в виде конкреций оолитов, цемента, различных псевдоморфоз, фосфатных зерен. Образование богатых фосфоритов происходит, по Г.И. Бушинскому, в пределах особых зоогеографических провинций, где бентос представлен многочисленными червями или другими бесскелетными животными.

Г.П. Батурин, рассматривая образование фосфоритов на шельфах современных океанов, также считает, что фосфор сначала поглощался из морской воды фитопланктоном и другими организмами,, а затем осаждался на дно в составе биогенного детрита.

Данные о распределении углерода в фосфоритах свидетельствуют о тесной генетической связи накопления OB и образования фосфоритов, начиная с раннего докембрия и до настоящего времени. Однако многие вопросы остаются еще неясными. Всестороннее изучение OB и ископаемых органических остатков в фосфоритоносных формациях и фосфоритах, выяснение генетической взаимосвязи фосфора с OB в процессе формирования фосфоритов, роли OB при концентрации фосфора в конкрециях представляют несомненный интерес для познания не только условий образования фосфоритов, но также процессов экзогенного литогенеза на ранних этапах развития Земли.





Яндекс.Метрика