07.03.2021

Литологическая интерпретация полосчатых текстур железистых кварцитов


Для реконструкции первичных условий образования метаморфических толщ, их стратиграфического расчленения и сопоставления с другими толщами большое значение приобретает изучение слоистости. При метаморфизме вещественный состав и структура первичноосадочных пород претерпевают значительные изменения, в то время как слоистость нередко сохраняется даже па высоких ступенях метаморфизма. Примером являются слоистые, или, как их принято называть, полосчатые текстуры железистых кварцитов.

Несмотря на большое генетическое значение, морфология полосчатых текстур, в частности относящаяся к литогенному этапу формирования железистых кварцитов, остается неизученной. В известных работах Е.С. Мура и И.Е. Мейнарда, Сакамото Такао, А. Александрова, посвященных генезису полосчатых текстур, приводятся данные об условиях миграции железа и кремнезема в современных и древних водоемах, результаты экспериментальных исследований, но описание самих полосчатых текстур в них фактически отсутствует.

В многочисленных трудах по геологии железорудных месторождений докембрия сведения о полосчатых текстурах ограничиваются их классификациями по ширине полос и форме тектонических деформаций. Приводимые в литературе данные о составе полос, характере их распределения и внутренней текстуре обычно неполные, а иногда ошибочные.

Изучение полосчатых текстур железистых кварцитов Украинского щита показало, что главной морфогенетической особенностью всех их разновидностей как широкополосчатых (роговиков), так и тонкополосчатых (джеспилитов) является сложная полиритмическая слоистость, а не простое переслаивание рудных и нерудных полос, как это указывается многими исследователями. В действительности железистые кварциты состоят из ритмически переслаивающихся относительно широких железистых (рудных) и кварцевых (нерудных) полос или слоев первого порядка, каждый из которых в свою очередь состоит из чередующихся тонких элементарных слойков второго порядка (рис. 1). Мощность слоев первого порядка колеблется от 2—3 мм до нескольких сантиметров, слойки второго порядка имеют мощность от долей миллиметра до 1—2 мм.
Литологическая интерпретация полосчатых текстур железистых кварцитов

Тонкая полосчатость второго порядка является внутренней текстурой рудных и нерудных слоев и, согласно Б.Н. Вассоевичу и Л.Н. Ботвинкиной, относится к слойчатости. Последняя более резко проявляется в рудных слоях и менее отчетлива, иногда отсутствует, в нерудных.

Состав нерудных слоев первого порядка всегда кварцевый, рудных слоев — различный, вследствие чего минеральные разновидности железистых кварцитов определяются составом чередующихся слойков рудного слоя. Так, в неокисленных железистых кварцитах низкой ступени метаморфизма, отвечающей фации зеленых сланцев, в рудных слоях чередуются слойки нижеследующего для каждой разновидности состава.

В карбонат-магнетит-хлоритовых кварцитах, являющихся переходными породами к вмещающим сланцам, чередующиеся элементарные слойки состоят преимущественно из хлорита, карбоната и магнетита. В карбонатных кварцитах слойчатость обусловлена чередованием темных и светлых слойков карбоната, содержащих различное количество включений углистого вещества. В карбонат-магнетитовых и магнетит-карбонатных кварцитах чередуются слойки преимущественно карбонатного и магнетитового состава, при этом в магнетит-карбонатных кварцитах преобладают карбонатные слойки, а в карбонат-магнетитовых — магнетитовые. В магнетитовых кварцитах слойчатость выражается в перемежаемости слойков магнетитового состава и «полурудных» слойков кварц-магнетитового состава. В рудных слоях гематит-магнетитовых кварцитов чередуются магнетитовые и кварц-гематитовые слойки. Элементарные слойки рудных слоев редко бывают мономинеральными, обычно в них содержатся примеси минералов соседних слойков и кварц.

Нерудные кварцевые слои в каждой из перечисленных разновидностей содержат тонкие прослои и включения послойно или беспорядочно расположенные тех рудных минералов, которые входят в состав соседнего рудного слоя. Содержание включений рудных минералов в кварцевых слоях возрастает от хлорит- и карбонатсодержащих кварцитов к гематит-магнетитовым. Таким образом, в последних нерудные слои как таковые исчезают и переходят в «полурудные». Такие железистые кварциты содержат максимальное количество железа, и при тонкополосчатой текстуре в Кривом Роге именуются джеспилитами.

В размещении перечисленных разновидностей железистых кварцитов наблюдается определенная закономерность, обусловленная аутигенно-минералогической зональностью: железистые кварциты, состоящие из наименее редуцированных минералов железа — карбоната и хлорита, — располагаются у границы со сланцами, характеризующими прибрежные фации; наименее редуцированные гематит-магнетитовые кварциты занимают центральную, наиболее удаленную от прибрежных образований, часть разреза; карбонат-магнетитовые и магнетит-карбонатные кварциты занимают промежуточное положение. Такое расположение аутигенных минералов в фациальном профиле докембрийских морей объясняется тем, что биомасса в те времена по объему была значительно меньшей, чем в постпротерозое, и тяготела к берегу, уменьшаясь и исчезая в глубь моря. Закономерное изменение состава минералов от закисных (карбонатных и силикатных) у границы со сланцами к закисно-окисным и окисным (магнетит, гематит) в средней части горизонтов подтверждает наличие аутигенно-минералогической зональности с расположением аутигенно-минералогических зон, как это считает Н.М. Страхов, т. е. от более восстановительных в прибрежной части моря к более окислительным — в глубоководной.

На высоких ступенях метаморфизма слоистость первого порядка сохраняется, в то время как слоистость второго порядка постепенно исчезает в связи с интенсивной рекристаллизацией и метаморфогенным минералообразованием. Так, магнезиально-железистые карбонаты в условиях высокой температуры становятся неустойчивыми и в присутствии кварца переходят в куммингтонит (грюнерит), но не в магнетит, как это считают большинство исследователей. При этом соотношение Fe и Mg в куммингтоните обычно близко к таковому в исходном сидероплезите. Освобождающийся из сидероплезита CaCO3 кристаллизуется в устойчивый для этих условий кальцит. Схематически данный процесс может быть изображен следующим уравнением:

Расположение слойков куммингтонита и магнетита соответствует расположению сидероплезита и магнетита в менее метаморфизованных разностях. На еще более высоких ступенях метаморфизма образуется пироксен (салит), при этом слоистость второго порядка почти полностью исчезает.

В окисленных железистых кварцитах полосчатость первого и второго порядка сохраняется, при этом карбонаты железа переходят в тонкодисперсный гематит, магнетит — в мартит, силикаты железа — в глинистые минералы и тонкодисперсный гематит.

Согласно морфологической классификации, слоистость железистых кварцитов первого и второго порядка относится к типу горизонтальной. По соотношению слойков и слоев слоистость параллельная, по их расположению — ритмическая, более или менее равномерная. Первичное положение слоев и слойков в дальнейшем нарушалось главным образом тектоническими движениями. Последние приводили к деформациям, затушевывающим текстуры, возникавшие в период литогенеза. Только в отдельных случаях наблюдаются нарушения горизонтальной слоистости, связанные с размывами донными течениями (рис. 2) и ростом конкреций. Горизонтальная протяженность слоев и слойков колеблется в широких пределах: наиболее тонкие выдерживаются на протяжении всего нескольких сантиметров, а иногда только миллиметров, более мощные слои прослеживаются на расстоянии нескольких метров. Количество слойков в рудных слоях колеблется от 2—3 до нескольких десятков, наиболее часто встречаются 18—24 слойка.

Горизонтальный характер слоистости, наличие текстур, связанных с размывами донными течениями, незначительная мощность сезонных слойков, отсутствие кластогенного кварца и других минералов свидетельствуют о накоплении железисто-кремнистых осадков в морских фациях на глубинах, переходных от шельфа к континентальному склону. На эти области действие волнений и береговых течений не распространялось, однако влияние берега сказывалось в сезонных и многолетних ритмических колебаниях, обусловивших соответственно слоистость второго и первого порядка и в зональном размещении аутигенных минералов.

Генезису полосчатой текстуры посвящено сравнительно небольшое количество работ, при этом в них устанавливается происхождение только для полосчатости первого порядка, так как полосчатость второго порядка либо не определялась, либо ей не придавалось должного значения. Происхождение полосчатости первого порядка ранее и в настоящее время большинством исследователей трактуется как седиментационное, сезонное, при этом чередование кварцевых и железистых полос сторонниками терригенного источника железа связывается с периодическим поступлением железа и кремнезема в годичном цикле, а сторонниками вулканогенной теории — с пульсационным выносом этих компонентов вулканами или с периодической кристаллизацией.

Установление полосчатости второго порядка как характерного текстурного признака всех железистых кварцитов существенно изменяет представление о генезисе и механизме образования полосчатости в целом и перемежаемости рудных и нерудных полос в частности.

Согласно проведенным исследованиям с применением литологических методов и данных, геохимии железа и кремнезема, устанавливается, что полосчатость первого и второго порядка имеет различное происхождение: полосчатость первого порядка является седиментационной, однако не сезонной, а многолетней климатической, полосчатость же второго порядка имеет диагенетическое, сезонное происхождение. Механизм образования полосчатых текстур представляется нам в следующем виде.

Полосчатость первого порядка образуется в результате двух одновременно протекающих процессов:

а) многогодичного периодического привноса речными водами в морской бассейн кремнезема с подчиненным количеством железа и

б) непрерывного осаждения железа, аккумулированного, согласно теории Я.Н. Белевцева, на протяжении археозоя в период бескислородного выветривания и избытка в атмосфере и гидросфере CO2.

Нерудные слои образовывались во влажные периоды с максимальным притоком поверхностных вод. Коагуляция и осаждение приносимого совместно с SiO2 железа опережали выпадение кремнезема, что приводило к раздельному их осаждению. Однако в связи с тем, что при выпадении кремнезема осаждение ранее аккумулированного железа не прекращалось, кварцевые слои всегда содержат примесь железа, иногда значительную. Так как кремнезем поступал в основном с суши, а железо осаждалось по всему фациальному профилю, малорудные кварциты всегда с низким содержанием железа расположены на границе со сланцами, т. е. ближе к берегу, а богатые железом — в центральной части разреза, т. е. в наибольшем удалении от берега.

Рудные слои образовывались в засушливые периоды, когда привнос кремнезема с суши замедлен. В осадок выпадало главным образом аккумулированное в архее железо.

В связи с тем, что в многолетние влажные периоды отдельные сезоны могли быть более засушливыми, а в засушливые периоды — более влажными, в нерудных слоях появляются прослойки рудного состава, а в рудных слоях — кварцевого. Этим, очевидно, объясняется тот факт, что полосчатость железистых кварцитов никогда не бывает абсолютно равномерной, с одинаковой мощностью и однородностью полос.

Полосчатость второго порядка образуется в две разновременно протекающие стадии: более раннюю седиментационную и более позднюю диагенетическую. В стадию седиментогенеза происходит периодическое послойное обогащение органическим веществом осаждающихся в многогодичном цикле рудных и нерудных слоев. Органическое вещество поступало в осадок в годичном цикле в следующем порядке: максимально в теплые летние сезоны и минимально — в холодные зимние. В стадию диагенеза и, вероятно, метагенеза происходило преобразование железистого осадка в пределах ранее заложенной слоистости: в каждом слойке образовывались аутигенно-минералогические формы железа, соответствующие содержанию органического вещества и созданной физико-химической обстановке. Согласно Н.М. Страхову и Н.К. Губеру, образование магнетита, карбонатов железа, лептохлоритов и сульфидов происходило при резко различном количестве органического углерода — редуцента и при определенных значениях Eh и pH среды.

Так, в карбонат-магнетитовых и магнетит-карбонатных кварцитах в сезоны с максимальным поступлением органики образуются карбонатные слойки, в сезоны с минимальным поступлением — менее восстановленные магнетитовые слойки. Образование гематитсодержащих кварцитов, в которых, как правило, карбонаты железа и хлорит отсутствуют, проходило в условиях резкого недостатка редуцента. В сезоны, характеризующиеся относительным обилием органического вещества, образуются магнетитовые слойки, а в периоды, когда поступление последней прекращалось, — образовались гематитовые слойки. Наличие диагенетической полосчатости подтверждает теорию диагенетического происхождения породообразующих минералов железистых кварцитов — магнетита и магнезиально-железистых карбонатов и силикатов.

Ритмичность, связанная с сезонными и многолетними климатическими колебаниями, аутигенно-минералогическая зональность, а также отсутствие достоверных признаков вулканизма в горизонтах железистых кварцитов противоречит теории их вулканогенного происхождения. Этим, однако, не исключается возможность поступления в железисто-кремнистые осадки вулканогенного железа и кремнезема, в особенности при формировании железистых кварцитов метабазитовых свит Украинского щита. Ho количество вулканогенного железа и кремнезема по сравнению с терригенным было подчиненным и не изменяло закономерностей, присущих терригенным осадкам.

Морфология полосчатых текстур наряду с вещественным составом и другими геологическими данными используется при стратиграфическом сопоставлении железистых горизонтов в Кривом Роге и на других железорудных месторождениях. Так, на Южно-Белозерском месторождении железистые кварциты нижнего подгоризонта при почти тождественном минеральном составе с верхним его подгоризонтом отличаются резко выраженной неравнополосчатой текстурой с колебанием мощности рудных полос от нескольких миллиметров до 15 см и более.

Дальнейшее детальное изучение полосчатых текстур открывает большие возможности в установлении генезиса железистых кварцитов и связанных с ними богатых железных руд криворожского типа, закономерностей их размещения в докембрии Украинского щита и стратиграфического сопоставления.





Яндекс.Метрика