10.03.2021

Седиментологическая интерпретация химизма кристаллических пород докембрия


При генетических исследованиях кристаллических комплексов докембрия в наиболее яркой форме проявляется существенное различие в основах систематики изверженных и осадочных горных пород. Существующая петрохимическая систематика позволяет достаточно точно определить место изучаемых пород в номенклатуре изверженных пород, а следовательно, генетически, формационно и т. п. интерпретировать получаемые данные. Для первично осадочных пород это невозможно в силу того, что петрохимические данные вообще не используются для детальной систематики главных типов осадочных пород (песчаных, глинистых, карбонатных), и седиментогенные породы докембрия обычно получают неопределенные названия типа «глинисто-мергелистые», «песчано-глинистые» и т. п. Это не позволяет в достаточной степени углубить литолого-генетические исследования гнейсовосланцевых толщ и конкретизировать получаемые данные. Между тем, конкретные параметры древнего осадконакопления являются наиболее важными для осадочной геологии докембрия в целом. Ниже рассматривается новый метод интерпретации химических анализов седиментогенных пород и на его основе дается возможная унифицированная систематика рядов осадочных, изверженных и метаморфических пород.

Предпосылки к седиментологической интерпретации. Исходя из сохранности химического состава горных пород при региональном метаморфизме в собственном смысле этого термина, можно полагать, что наиболее эффективным в рассматриваемом направлении будет определение исходного минерального состава седиментогенной породы. Использование в генетических целях разнообразных петрохимических диаграмм, отражающих соотношения тех или иных окислов, по-видимому, не дает удовлетворительного решения, поскольку «поля» фигуративных точек пород одного названия отражают изначальную петрохимаческую неопределенность терминов (например, граувакки, аркозы и др.). В связи с этим был предложен метод расчета компонентного состава осадочных пород по данным силикатного анализа и рассмотрены основные трудности и ограничения в его применении. Метод дал положительные результаты при изучении высокоглиноземистых пород, седиментогенных пород основного состава, а также разнообразных по составу кристаллических сланцев гранулитовой и амфиболитовой фаций метаморфизма. Вместе с тем, отмечалась необходимость введения в расчет полевых шпатов и были выявлены определенные затруднения в программировании пересчета для ЭВМ вследствие введения дополнительных компонентов.

Главное заключалось в том, что расчет был основан на вычислении количеств реальных (типоморфных) глинистых фракций и минералов с фиксированными теоретическими составами (карбонаты, шамозит, кварц), вследствие чего при значительных содержаниях других минералов отклонения от реального состава становились все более заметными. Стала очевидной необходимость О,В разработки нового метода, который был бы применим ко всем главным типам осадочных пород при условии потери ими летучих компонентов, имел бы контролируемую степень точности, т. е. обеспечивал бы соответствие расчетного (нормативного) и реального (модального) минерального состава, и имел бы унифицированную последовательность операций. Подобные количественные методы разрабатывались только для глинистых пород, а применение других, универсальных — не обеспечивало соответствия в наборе минералов, кроме того, и те и другие в основе расчета имели данные о составе летучих (воды и углекислоты). Таким образом, эти методы не преследовали целей, поставленных в данной работе, и не применимы к метаморфическим породам.

Определение рационального комплекса минералов и их состава. Минералы осадочных пород, достаточно точно соответствующие теоретической формуле, обычно имеют простой состав и могут быть рассчитаны как остаток после определения количества и состава глинистой фракции. В связи с этим минералы глинистой фракции заслуживают специального рассмотрения. В соответствии с поставленными задачами целесообразно разделить эти минералы на высокоглиноземистые, щелочно-глиноземистые и железисто-магнезиальные, избрав нормативным выражением соответственно каолинит, гидрослюду с монтмориллонитом и хлориты. Состав каолинита можно принять соответствующим его теоретической формуле, составы остальных минералов переменные.

Для гидрослюды принята формула:
Седиментологическая интерпретация химизма кристаллических пород докембрия

соответствующая в целом наиболее распространенным иллитам осадочных пород по Р. Маккензи, среднему иллиту глинистых отложений палеозоя США, раскристаллизованной аутигенной иллитовой глине, а по содержанию К — иллитам осадочных отложений.

Состав монтмориллонита принят по известной формуле Na0,66*Mg0,66*Al3,34*Si8*O20(OH)4.

Состав хлоритов столь сильно варьирует в различных по химизму главных типах осадочных пород, что принять его постоянным не представилось возможным. В связи с этим нами была предпринята попытка установить, не существует ли связи между составом хлорита и составом вмещающей его осадочной породы. Рассмотрение 45 пар опубликованных анализов хлоритов и вмещающих пород (без признаков метаморфизма, а также образования хлоритов в обособлениях — прожилках, конкрециях и т. п., т. е. для тех случаев, когда хлорит присущ данной проанализированной породе или образцу) показало, что существует прямая связь петрохимических параметров (f, а и др.), причем коэффициенты железистости сопоставляются как 1:1 (рис. 9). Для 151 анализа хлоритов из осадочных пород, отобранных с теми же ограничениями, выведены средние для главных типов пород, при этом в общем виде подтвердилась отмеченная зависимость железистости (табл. 2), а расчет миналов позволил выявить общие закономерности, предположить теоретический состав крайних членов (f=0; f=1,0), представить состав хлоритов как функцию железистости пород (рис. 10) и соответственно табулировать формульные коэффициенты по железистости хлоритов (табл. 3) со средней относительной ошибкой ±18,11 относит. % для 588 определений коэффициентов.


Литохимический количественно-минералогический пересчет анализов седиментогенных пород. Последовательность операций предлагаемого метода литохимического количественно-минералогического пересчета силикатных анализов осадочных пород складывается из вычисления минералов группы глин и полевых шпатов (табл. 4,А), а затем — карбонатов, силикатов и окислов (табл. 4, Б). Ход пересчета и порядок пользования вспомогательными данными (табл. 5, 6) можно показать на примере анализа грауваккового песчаника (табл. 7), где отражена последовательность записи и операций.

Этап 1. После пересчета окисного железа на закисное (Fe2O3, вес. % * 0,9 = FeO, вес. %) и вычисления формульных количеств (вес. % окисла: формульный вес окисла * 1000; для чего используются таблицы, например, Авидон), что соответствует предварительным операциям (табл. 7), целесообразно по второстепенным компонентам вычислить минералы, обычно акцессорные, не влияющие на ход пересчета: апатит по Р2О5, гипс по SO3, флюорит по F, пирит по S и т. д., a Cорг и TiO2 перевести в вес. % минералов без пересчета (операции с, ru, рг).


Этап II. По соотношению глинозема и окислов щелочных металлов определяем (см. табл. 4, A, гp. I), что в породе вероятно присутствие хлорита, так как Al° > Na° + 3,25 К°. По коэффициенту железистости f = 2Fe2O3 + FeO породы f = 2Fe2O3 + FeO/2Fe2O3 + FeO + MgO (формульное количество) = 0,58 определяем коэффициенты в формуле хлорита (см. табл. 3, № п/п 30) и, подставив полученное значение = 1,61 (расчет показан в табл. 7 — хлорит) в неравенство (см. табл. 4, А гр. I), определяем (как показано в табл. 7 — распределение глинозема) тип соотношений главных окислов (см. табл. 4, А, гр. I, тип 3). Получаем последо>вательность и уравнения расчета минералов группы глин и полевых шпатов (см. табл. 4, А, гр. 2, 3, 4, 5, тип. 3). Затем по Na0 вычисляем альбит (см. табл. 7, операция ab); решаем уравнения 3, 4, 5 (см. табл. 4, А) для распределения К, Al, Mg и вычисляем хлорит по Аlchl, гидрослюду по Mgm, калиевый полевой шпат по Kor (см. табл. 7, операции chi, ill, or).



Этап III. В соответствии с табл. 4, Б объединяем остаток FeO с CaO в анкерит, остаток CaO относим к кальциту, MnO — к родохрозиту, SiO2 — к кварцу (см. табл. 7, операции ank, сс, rch, ju).

Определяем весовые проценты содержаний минералов (формульное количество расчетной единицы: 1000*формульный вес минерала), что для апатита, альбита, ортоклаза, кальцита и кварца легко осуществляется с помощью опубликованных таблиц, а для других минералов — по расчетным данным (см. табл. 5, 6). При этом для хлорита (см. табл. 6) учитывается зависимость формульного веса от его железистости (например, для f=40 в табл. 6 соответствующие данные находятся в строке 21) и, если, например, формульное количество MgO составляет по расчету 276 (табл. 6, пример 1), то вес. % хлорита будет вычисляться следующим образом:

В нашем случае формульное количество MgO = 40 (см. табл. 7), при этом для хлорита f=0,58, что соответствует строке 30 в табл. 6, тогда 40:1000 = 0,040, вес. % хлорита = 12,34 (см. табл. 6). Соответственно для гидрослюды (см. табл. 7) формульное количество расчетной единицы (MgO, или FeO или 1/2 K2O и т. д.) составляет 7, тогда 7:1000=0,007, что соответствует (см. табл. 5) 0,070х0,1 формульного количества и отвечает 105,21х0,1 = 10,52 вес. %.

Вычисленные таким образом цифры весовых процентов минералов приведем к 100%. Полученные цифры обнаруживают хорошую сходимость с модальным (реальным) составом, который определен с высокой степенью точности.


Изложенный метод обеспечивает хорошую сходимость расчетных и реальных данных (как показало сопоставление) по содержанию следующих компонентов: кварц, полевые шпаты, глинистые минералы в целом (расчетная сумма каолинита, гидрослюды, монтмориллонита, хлорита), карбонаты, что достаточно для решения номенклатурных вопросов главных типов осадочных пород: обломочных, глинистых и карбонатных. Возможно, что будет обнаружена удовлетворительная сходимость результатов также и для других типов осадочных отложений (железные, марганцевые, фосфатные рудные бокситы, анальцимолиты), но это предстоит проверить. Если задаться составом соответствующих минералов, то можно ожидать удовлетворительных результатов и для пород, содержащих галоиды, глауконит, бораты, но общий расчет их является делом будущего.


Петрохимическое сопоставление главных градаций метаморфических, осадочных и магматических пород. Унификация проводимых по предложенному методу расчетов для разных типов пород позволяет нанести составы отложений в виде нормативных минералов на диаграмму в зависимости от содержания кремнекислоты (рис. 11). Поскольку сопоставление нормативных и модальных составов обнаруживает удовлетворительную сходимость, следует полагать, что полученные градации отвечают реальным наиболее распространенным типам пород. Оказывается возможным в основу систематики осадочных отложений положить содержание кремнекислоты и выделить (в порядке увеличения ее содержания): карбонатные, основные (соответствующие карбонатным глинам), средние (песчаные глины, частично граувакки), кислые (граувакки, аркозы) и кремнеземистые породы. Магматогенные породы попадают в соответствующие группы по содержанию кремнекислоты (основные, средние, кислые), но оказываются частным случаем в каждой из этих групп осадков. Это направление, несомненно, требует еще дальнейших исследований, но уже сейчас оказывается возможным рассматривать на одной основе осадочные, магматические и метаморфические породы (табл. 8).


Таким образом, устанавливаются единые ряды пород, которые позволяют осуществлять конкретную седиментологическую интерпретацию химизма метаморфических пород, что особенно существенно для сходных по петрохимии (конвергентных) орто- и паратипов кристаллических сланцев.

Выявление рядов сходных по химизму, но генетически различных горных пород, особенно отчетливое при таком сопоставлении, позволяет во многом по новому подойти к вопросам выяснения первичной природы метаморфизованных пород. Например, ряд габброиды — амфиболиты (эклогиты) — карбонатные глины становятся совершенно очевидным, хотя из общих аналогий, основанных на прямых сопоставлениях частных силикатных анализов, подобная параллелизация представлялась исследователям нереальной и в качестве осадочных аналогов амфиболитов предполагались например, доломитовые граувакки и другие, по существу, экзотические породы.

Минералогическая интерпретация химического состава на основе предложенного метода в принципе открывает возможности как для новой, более точной, систематизации обширных данных по химизму осадочных пород, так и для совершенствования номенклатуры и классификации осадочных пород на универсальной и генетической основе. Последовательное применение такой интерпретации к древним бассейнам седиментации позволит классифицировать, описывать и исследовать метаморфические породы на базе единой первично-минеральной систематики, что будет способствовать выявлению генетических особенностей древнего осадконакопления.





Яндекс.Метрика