07.03.2021

Предпосылки выявления метаморфизованной переотложенной коры выветривания в составе пород Украинского докембрия


В решении задачи по восстановлению первоначального характера осадочных и осадочно-эффузивных образований ныне метаморфизованных толщ докембрия несомненное значение имеет выявление древнейших, докембрийских кор выветривания, остаточных или переотложенных.

Исследования, прямо или косвенно освещающие этот вопрос, были за последнее время успешно проведены на материале Кольского полуострова, Карельской части Балтийского щита, Сибирской платформы и примыкающих районов Прибайкалья, Алдана и других районов распространения докембрия.

В пределах Украинского щита вполне определенно фиксируется древняя кора выветривания в основании криворожской серии, охарактеризованная рядом исследователей. Накоплен материал и по другим стратиграфическим перерывам, прямо или косвенно указывающий на существование кор выветривания в архее, протерозое, рифее.

Исследования на территории щита, однако, почти не касаются вопроса о возможности обнаружения метаморфизованного переотложенного глинистого материала коры выветривания среди собственно параметаморфических образований докембрия (сланцев, гнейсов и т. п.). Тем не менее эта задача назрела.

Нами в настоящее время ведется работа по изучению древней, мезозойской, по нашему представлению, коры выветривания, развитой на метаморфических породах Верхнего и Среднего Побужья, в том числе на силлиманитовых гнейсах. Последние являются составной частью особой тетерево-бугской свиты метаморфизованных эффузивноосадочных образований докембрия Украины. Силлиманитовые гнейсы залегают в виде узких полос, часто переслаивающихся с гнейсами и кристаллическими сланцами биотитового, амфиболового и пироксенового состава, кварцитами, карбонатно-силикатными породами, а также залегающими среди них небольшими телами норитов и чарнокитов. В нижнем контакте наиболее часто наблюдаются кварциты.

Макроскопически силлиманитовые гнейсы обычно серого цвета, мелко- или среднезернистые, обладают полосчатой, реже — массивной текстурой. Структура породы гранобластовая. Минералогический состав пород довольно пестрый. Они состоят в основном из силлиманита, кордиерита, граната, кварца, плагиоклаза, микроклина; присутствуют (не всегда) биотит и графит, а также акцессорные и рудные минералы, в том числе иногда ставролит. На одном из участков встречены небольшие количества корунда (десятые доли процента по данным Древина и Гонтаря). Содержание силлиманита 2—40%. Удлиненные зерна его образуют скопления и полосы вдоль гнейсоватости; размеры их по длине 1—2 до 9 мм, по ширине 0,02 до 1,6 мм, преобладают более крупные. Обращают на себя внимание четкие контакты удлиненных силли-манитовых зерен с разнозернистым кварцем.

Породообразующие минералы находятся в самых различных соотношениях, что позволяет выделять следующие разновидности силлиманитовых гнейсов: гранат-силлиманитовые, гранат-кордиерит-силлиманитовые, силлиманит-кордиеритовые, биотит-силлиманитовые, графит-гранат-силлиманитовые и др. Эти разновидности часто переходят одна в другую по простиранию и падению.

Усредненный химический состав силлиманитовых гнейсов Побужья отражен в табл. 1 (анализы 14—16). Они характеризуются резко повышенной глиноземистостью в целом и значительным содержанием высокоглиноземистых минералов — силлиманита и кордиерита и привлекли наше внимание в силу сходства химического их состава с каолинами (анализы 5—13).

Между большим числом геологов, изучавших эти гнейсы, видимо, нет разногласий относительно первичноосадочного происхождения исходных образований и глинистого характера последних. В то же время, помимо общих соображений о возможно каолиновом их составе, основанных на сопоставлении повышенных содержаний Аl2O3 в силлиманите и каолините, прямых указаний на первоначальный состав отложений в связи с высокой степенью их метаморфизации в литературе не встречается. Лишь В. И. Лучицкий, описывая тетерево-бугскую метаморфическую серию в другом районе щита (р. Ингулец), отмечает, что здесь можно проследить переход от вторичных каолинов через малометамор-физованные графитсодержащие серицитовые сланцеватые породы к графит-биотитовым гнейсам. Однако более подробно этот вопрос им не рассматривается.

Нами была предпринята попытка найти косвенные пути для выяснения характера исходного осадочного эквивалента силлиманитовых гнейсов Побужья. Этими путями могут быть: 1) сопоставление химического состава силлиманитовых гнейсов и каолиновых глин, а также глин других генетических типов; 2) анализ профиля переотложения и разноса каолинового материала в морском бассейне; 3) сопоставление разрезов тетерево-бугской свиты с разрезами докембрия других районов бывш. СССР, содержащими высокоглиноземистые параметаморфические породы; 4) рассмотрение вопроса о влиянии метаморфизма на изменение первоначального состава каолиновых глинистых отложений.

Ниже эти вопросы кратко освещены нами на основании литературных материалов и имеющихся аналитических данных. В этом отношении огромную помощь оказали нам исследования В.К. Головенка по литологии тепторгинской серии среднепротерозойских образований Патомского нагорья, пришедшего к важному заключению о том, что высокоглиноземистые параметаморфические образования типа пурпольских, харгитуйских и кейвских сланцев (преимущественно амфиболитовой фации) имеют своим первичноосадочным эквивалентом глины жаркого и влажного климата и связаны с переотложением каолиновой коры выветривания. Нами использованы и предложенные им методы построения треугольной диаграммы сравнения химических составов горных пород (рис. 1) и графика сопоставлений химических составов тех же образований, отнесенных к средним содержаниям окислов в магматических породах (рис. 2).

На обоих графиках, составленных нами с учетом приводимых им данных, отражен химический состав следующих образований: а) четырех генетических типов глин (по А.Б. Ронову и 3.В. Хлебниковой, 1957; суммарно 10 500 анализов); б) первичных, вторичных, переотложенных каолинов и каолиновых глин (по материалам Украины, см. текст к табл. 1; 57 анализов); в) силлиманитовых и биотит-гранатовых гнейсов тетерево-бугской свиты и других гнейсов архея Побужья и частично Приазовья (по нашим данным и данным Л.Г. Ткачука, 1947; Ф.М. Гордеева и Т.Г. Хмарук, 35 анализов), а также для сравнения: г) высокоглиноземистых гранат-ставролит-дистеновых сланцев пур-польской свиты тепторгинской серии среднего протерозоя Патомского нагорья (по В.К. Головенку; 31 анализ); д) высокоглиноземистых кристаллических сланцев харгитуйской свиты Забайкалья (по его же данным); е) высокоглиноземистых кианитовых сланцев кейвской свиты верхнего архея Кольского полуострова (пачки Б и Г, по И.В. Белькову; 16 анализов). Кроме того, на рис. 1 отражены усредненные данные о химическом составе кислых, средних, основных и ультраосновных изверженных пород (по А.П. Виноградову) и среднем составе магматических пород в целом.

Если отвлечься от других образований и сравнить между собой силлиманитовые гнейсы и каолины (и каолиновые глины), то из графиков и таблицы нетрудно усмотреть подобие их химического состава, что проявляется в содержаниях Al2O3 и сумме окислов щелочей и щелочноземельных элементов.

Этот вывод весьма наглядно иллюстрируется диаграммой-треугольником (см. рис. 1), в вершинах которого В. К. Головенок в отличие от других исследователей группирует содержание окислов элементов в зависимости от поведения их в условиях гипергенеза (а следовательно, и формирования коры выветривания), что в целом соответствует ряду геохимической подвижности элементов Б.Б. Полынова и И.И. Гинзбурга. В одном из углов помещен SiO2, составляющий основу породы, в другом — сумма окислов Al и Fe, также Ti и Mn — элементов, достаточно инертных в этой обстановке, и в третьем — сумма окислов Mg, Ca, Na и К, весьма подвижных в условиях гипергенеза, покидающих исходную породу в основном уже на начальных стадиях выветривания.

Содержание в химических анализах Р2О5, CO2, SO3 и некоторых других компонентов, а также воды, таким образом, из рассмотрения исключается, а вся сумма окислов породообразующих элементов приводится к 100%. Такой прием, на наш взгляд, вполне оправдан, так как он позволяет сравнивать между собой собственно «минеральную» часть пород, что особенно важно.

Из рассмотрения построенной нами диаграммы следует, что: 1) силлиманитовые гнейсы Побужья также достаточно четко располагаются в районе средней точки глин гумидного климата; 2) к последней определенно тяготеют все отраженные на диаграмме высокоглиноземистые породы, находящиеся на разных стадиях метаморфизма, вплоть до гранулитовой фации (силлиманитовые гнейсы). Таким образом, выводы В.К. Головенка получают свое подтверждение и дальнейшее развитие; 3) все эти образования устойчиво характеризуются очень небольшим суммарным содержанием окислов щелочных и щелочноземельных элементов (как правило, не превышающим 5%), вполне соответствуя и в этом отношении располагающимся здесь же точкам каолинов и каолиновых глин; 4) они размещаются узкой полосой, в пределах которой положение отдельных точек обусловлено в основном изменением содержания SiO2 или окислов малоподвижных элементов. Это, как известно, свойственно каолиновым корам выветривания, остаточным и переотложенным, и зависит главным образом от состава исходных пород, а также условий осадочной дифференциации.

Однако подобная диаграмма, в двух вершинах которой к тому же объединены элементы, не вполне одинаковые по своей «судьбе» в зоне гипергенеза (например, Ti и Fe, К и Mg), естественно, не может рассматриваться в качестве достаточного критерия для суждения о первично каолиновом составе осадочного эквивалента силлиманитовых гнейсов и других высокоглиноземистых параметаморфических пород. Тем не менее эти выводы весьма симптоматичны и указывают на возможность однозначного решения вопроса.

Дополнительное освещение последний получает на графике содержаний окислов в указанных образованиях, отнесенных к кларковому содержанию их в магматических породах (см. рис. 2). Из него вновь следует, что линии, характеризующие высокоглиноземистые параметаморфические гнейсы и сланцы, с одной стороны, и каолины и каолиновые глины, с другой — почти накладываются или ведут себя в целом согласно в отличие от других типов глин и метаморфизованных осадочных пород.

Анализ и сравнение этих диаграмм обнаруживают, что силлиманитовые гнейсы Соломиевского участка Побужья, отличающиеся большим постоянством минералогического и химического состава, наиболее близки, с одной стороны, ко вторичным каолинам и каолиновым глинам, а с другой — к ним ближе всего располагаются усредненные точки и поля анализов сланцев харгитуйской и кейвской свит, в то время как пурпольские сланцы больше отвечают высокоглиноземистым (с содержанием свободного Аl2O3 от 2,3 до 19,5%) вторичным каолинам Ново-селицкого месторождения Украины. Это хорошо согласуется с тем обстоятельством, что в пурпольских сланцах нередки прослои с конкрециями диаспора размером от 1 мм до 40—50 см и даже 1 м, в то время как, например, в кейвских кианитовых сланцах и в побужских силлиманитовых гнейсах минералы свободного глинозема почти не встречаются. Следует, впрочем, иметь в виду, что часть пурпольских сланцев, по В.К. Головенку, отличается и повышенным содержанием железа в виде несвязанных его окислов (см. рис. 2). В то же время точки силлиманитовых гнейсов других участков Побужья (Кошаро-Александровка, Капитановка), для которых характерно непостоянство вещественного состава и повышение содержания биотита и граната, располагаются в сторону среднего состава морских глин.

Еще дальше от средней точки глин гумидного климата размещаются анализы силлиманитсодержащих биотит-гранатовых гнейсов Приазовья, биотит-гранатовых гнейсов Побужья (входящих в состав тетерево-бугской свиты) и, наконец, анализы приведенных для сравнения кристаллических сланцев и гнейсов мамской толщи Забайкалья, осадочным эквивалентом которых также являются глины. Кривые этих образований на рис. 2 резко отличаются от остальных (высокоглиноземистых) своим поведением, больше соответствуя кривым морских глин.

Наблюдаемые различия в химическом (и вещественном в целом) составе силлиманитовых гнейсов из разных участков и биотит-гранатовых гнейсов тетерево-бугской свиты Побужья находят, на наш взгляд, объяснение в установленных М.А. Ратеевым закономерностях размещения глинистых минералов в древних и современных морских водоемах. Им показано, что кавлинитовые глины отлагаются лишь в прибрежной зоне, постепенно сменяясь в сторону моря гидрослюдистыми, а затем монтмориллонитовыми глинами. Эти различия, следовательно, могут быть связаны прежде всего с расстояниями участков накопления материала от береговой линии, с чем хорошо согласуется увеличение в силлиманитовых гнейсах Кошаро-Александровского и особенно Капитановского участков по сравнению с Соломиевским содержания кремния, калия и магния при уменьшении алюминия. Они могут быть также обусловлены смешением материала на больших удалениях от берега и осложнениями, вызванными морфологией дна водоемов.

Смена характера высокоглиноземистых отложений в горизонтальном направлении четко установлена В.К. Головенком для пурпольской свиты. Подобные изменения состава пород по простиранию, которые можно трактовать как первично фациальные, приводит для разреза кейвской свиты И.В. Бельков. Он также считает, что первичным материалом для образования кианитовых сланцев послужили обогащенные Al2O3 каолиновые глины.

Сравнительный литолого-фациальный анализ разрезов параметаморфических толщ, заключающих высокоглиноземистые образования в различных районах развития докембрия (Забайкалье, Кольский полуостров, Карелия, Побужье), обнаруживает большое подобие их состава и строения. Нижняя часть соответствующих серий, или по справедливому замечанию В.К. Головенка — формаций, представлена (в обобщенном виде) переотложенным материалом каолиновой (возможно, иногда — латеритной?) коры выветривания, образующим чередующиеся пачки обломочного (гравелиты, кварциты и т. п.) и пелитового (в том числе — высокоглиноземистого, часто с графитом) состава. Выше мощность последних, размеры и доля кластического материала уменьшаются, песчаники и глины становятся полиминеральными. Еще далее по разрезу появляются (а затем часто и господствуют) карбонатные отложения и, наконец, эффузивные образования офиолитового характера, которые и завершают серию. В некоторых районах в самом основании таких формаций иногда непосредственно отмечаются остаточные каолиновые коры выветривания. Подобная смена эпиконтинентальных условий седиментации материала размываемой коры выветривания ярко выраженными морскими (субгеосинклинального или переходного типа), обусловленная направленным изменением тектонического режима района, характерна и для строения тетерево-бугской свиты Побужья.

В общем случае наложение регионального (динамотермалыюго) метаморфизма не должно существенно сказываться на химическом составе осадочных пород типа вторичных каолинов и каолиновых глин, в чем мы полностью согласны с выводами В.К. Головенка. В пользу этого заключения могут быть приведены следующие суждения: 1) доля привноса — выноса вещества при этом виде метаморфизма невелика; 2) состав исходных образований в нашем случае настолько прост и устойчив в отношении вынужденной миграции компонентов (в расчете на крупные массы пород), что потенциальная доля этого искажения оказывается еще меньшей и может практически не приниматься во внимание; 3) на примере высокоглиноземистых сланцев пурпольской свиты В.К. Головенок имел возможность последовательно проследить вдоль огромной антиклинорной дуги Патомского нагорья постепенные переходы в процессе нарастания степени метаморфизма первично каолиновых образований в серицит-пирофиллитовые и затем в гранат-ставролит-дистеновые сланцы (в том числе местами с силлиманитом).

Из изложенного, по нашему мнению, можно сделать следующие выводы: а) силлиманитовые гнейсы тетерево-бугской свиты Побужья являются метаморфическими эквивалентами первичноосадочных каолиновых глин. Отклонения в химическом составе в сторону повышения главным образом щелочных и щелочноземельных элементов отражают, вероятнее всего, смену глинистого материала на внешнем плече профиля седиментации; б) таким образом, силлиманитовые гнейсы фиксируют существование в соответствующий период докембрия континентальных условий и перерыва в осадкообразовании, связанных с развитием на континенте мощной каолиновой коры выветривания; в) дальнейшее изучение силлиманитовых гнейсов Побужья, их распространения и смены состава, а также характера заключающих их разрезов может способствовать выяснению палеогеографической обстановки и вопросов стратиграфии соответствующего времени докембрия, а сопоставление полученных данных с материалами изучения других метаморфизованных осадочных образований будет способствовать и реконструкциям более широкого плана; г) сравнение химического и минералогического составов силлиманитовых гнейсов Побужья с территориально близко расположенными чудново-бердичевскими гранитами, также отличающимися высокой глиноземистостью и значительным содержанием кордиерита, граната, силлиманита и графита, позволяет предположить взаимную связь этих образований; аналогичное высказывание сделано Э.В. Мельничуком для района, расположенного северо-восточнее. С другой стороны, можно допускать, что на обширной площади распространения тетерево-бугской свиты могут быть обнаружены более низкометаморфизованные эквиваленты силлиманитовых гнейсов типа дистен-ставролит-гранатовых сланцев.





Яндекс.Метрика