21.03.2021

Применение литохимических пересчетов для реконструкции исходного состава и обстановки осадконакопления глубокометаморфизованных осадочных пород


Сохранность состава пород при метаморфизме открывает возможность установления исходных осадочных эквивалентов на основе интерпретации химических анализов.

Так, В.К. Головенок предлагает сравнивать графически средний химический состав параметаморфических пород со средними химическими составами генетических типов глин по А.Б. Ронову и 3.В. Хлебниковой. О.М. Розен, отмечая, что глинистые отложения в основном полиминеральны, предлагает производить пересчет химического состава метаморфических пород не на глинистые минералы, а на типоморфные разновидности глинистых пород. И.В. Кириллова считает, что для установления первичного аналога тех или иных пород нужны цифры по определенным минералогическим типам. При этом она предлагает сравнивать метаморфические породы с конкретными минералогическими типами глин. Критический разбор предлагаемых в литературе методов выходит за рамки настоящей работы.

Авторами исследовались метаморфические породы буронской свиты предположительно докембрийского возраста, распространенные в западной части Буронокого рудного поля в Северной Осетии. По ряду признаков эти породы удовлетворяют указанным выше условиям сохранности состава и поэтому реконструкция их первичной природы и палеогеографической обстановки осадконакопления вполне возможна.

В работе применялись методы, предложенные О.М. Розеном и В.К. Головенком. Эти методы были дополнены статистическим анализом полученных результатов. Авторы полагают, что палеогеографическую реконструкцию состава исходных пород следует проводить в три этапа. На первом этапе можно произвести литохимические пересчеты на компоненты осадочной породы по методу О.М. Розена. Затем графическим путем выбирается стандартный генетический тип глины, наиболее близкий по своему химическому составу к изучаемым породам. Третий этап предусматривает статистический анализ и определение достоверности сделанных выводов. Во всех случаях обработке подвергаются анализы, пересчитанные на 100% с исключением летучих (табл. 26), содержание которых значительно изменяется в процессе метаморфизма, и второстепенных компонентов, которые практически не оказывают влияния на результаты пересчетов.
Применение литохимических пересчетов для реконструкции исходного состава и обстановки осадконакопления глубокометаморфизованных осадочных пород

Результаты литохимического пересчета сланцев буронской свиты показывают, что вероятная исходная осадочная порода состояла из глинистого и обломочного компонентов в примерно равных соотношениях (табл. 27). Обломочный материал представлен кварцем и полевыми шпатами. Можно высказать предположение, что присутствие в составе первичной породы значительного количества монтмориллонита указывает на щелочную среду в бассейне осадконакопления, а практическое отсутствие карбонатов и преобладание гидрослюды среди глинистых минералов говорит о том, что климат в период осадконакопления был умеренно теплым. Рассчитанный вероятный состав исходных осадочных пород соответствует, возможно, по условиям седиментации отложениям прибрежных частей морских бассейнов.

На следующем этапе для уточнения и проверки выводов, полученных при вышеописанных расчетах средний химический состав изучаемых пород сопоставлялся с химическими составами глин различного генезиса по методу В.К. Головенка. В глинах и метаморфических сланцах вычислялись условные расчетные единицы:

на основании которых построен график, причем для расчетов использовались анализы, пересчитанные на 100% с исключением летучих и редких компонентов (рис. 18). На графике видно, что к линии буронской свиты (5) близки два анализа — морских глин (4) и континентальных глин холодного и умеренно холодного климата (2).

Очевидно, что выбор наиболее близкого к составу метаморфических пород типа глин по графику может быть субъективным. Поэтому кроме графического сопоставления составов пород целесообразно произвести аналитическое сопоставление одним из приемов математической статистики, который базируется на последовательном вычислении «критерия разности» между двумя группами сопряженных величин и коэффициента корреляции рангов Спирмена.


Для этого химические составы четырех генетических типов глин, использованные при построении графика по методу В.К. Головенка, центрируются по отношению к изучаемой породе, т. е. определяются отклонения (по модулю) для каждого окисла между генетическим типом глины и метаморфическим сланцем. Полученные четыре ряда (группы) отклонений сравниваются между собой попарно путем вычисления «критерия разности».

Применяемый критерий позволяет при попарном сопоставлении всех четырех рядов отклонений не только установить статистическое различие между ними при заданном уровне вероятности, но и указать, для каждого из рядов отклонения наименьшие.

В процессе вычисления ряды с наибольшими отклонениями последовательно исключаются из дальнейшего рассмотрения.

Исходные величины для расчета t-критерия, используемого при сравнении отклонений составов континентальных глин холодного климата и континентальных глин жаркого и влажного (тропического) климата от состава пород буронской свиты приведены в табл. 28, 29. При предположении, что D — нормально распределенная переменная, t-критерий вычисляется по формуле

где n — количество окислов в анализе, использованное при расчетах.

Вычисленное значение критерия сравнивается с табличным при заданном уровне значимости a0,50 (в нашем случае достаточным является 50%-ный уровень значимости) и степеней свободы f=n—1. В наших вычислениях |t| = 1,686 > t,050 = 0,711, т. е. различия между этими двумя рядами отклонений являются существенным.


Судя по знаку суммы разностей, континентальные глины тропического климата имеют большие отклонения по химическому составу от метаморфических пород буронской свиты и поэтому исключаются из дальнейшего рассмотрения.

Подобным же образом исключены и глины засолоненных лагун и озер. Однако при сравнении составов континентальных глин холодного климата и морских глин вычисленная величина критерия оказалась меньше табличной: |t| = 0,522 < t0,50 = 0,711; это указывает на статистически одинаковую близость средних химических составов генетических типов глин к составу изучаемых пород, что на графике выражено недостаточно четко. Можно допустить, что при вычислении среднего химического состава метаморфических пород нами были объединены в одну группу два типа сланцев, имевших различный исходный состав глин, однако это маловероятно.

Для выбора одного, преобладающего, генетического типа глин был вычислен коэффициент корреляции рангов Спирмена между порядками убывания окислов в изучаемых сланцах и каждым из оставшихся двух типов глин. Методика вычисления коэффициента детально описана А. Бернстейном и И.П. Шараповым.

В нашем случае коэффициент корреляции рангов Спирмена оказался равным: а) для пары метаморфический сланец — континентальные глины холодного и умеренно холодного климата rs = 0,786; б) для пары метаморфический сланец — морские глины rs = 0,714.

Большая степень коррелированности рядов окислов в первом случае послужила основанием считать, что исследуемые метаморфические породы буронской свиты образовались, вероятно, при метаморфизме преимущественно континентальных глин холодного и умеренно-холодного климата. Однако близость химического состава морских глин к составу буронской свиты может, по-видимому, свидетельствовать о наличии в составе толщи и прибрежно-морских образований.

Описанный комплекс приемов был проверен и на материалах других исследователей. Для расчетов использовались данные В.К. Головенка. Так, вычисления, произведенные для кристаллических сланцев мамской толщи верхнего протерозоя и для высокоглиноземистых сланцев пурпольской свиты среднего протерозоя, развитых в северной части Байкальской горной области свидетельствуют об образовании мамской толщи за счет преимущественно морских глин, а пурпольской свиты — при метаморфизме континентальных глин жаркого влажного (тропического) климата, что хорошо согласуется с выводами В.К. Головенка.

В частности, для мамской толщи, вычисленные по отклонениям величины критерия разности и ЕD оказались равными: а) для континентальных глин холодного климата — континентальных глин тропического климата |t| = 1,27, ED = -12,3; б) для континентальных глин холодного климата — морских глин |t| = 1,254, ED =7,0; в) для морских глин — глин засолоненных лагун и озер |t| = 1,45, ED = -7,2.

Рассчитанные величины критерия превышают табличные, взятые на уровне значимости 0,25 (t0,25 = 1,254), что свидетельствует о значимом различии между изучаемыми группами. Наиболее близкими к среднему составу мамской толщи оказались морские глины.

Для пурпольской свиты вычисление критерия разности не показало таких четких различий. Оказалось, что континентальные глины тропического климата и морские глины обладают статистически равными отклонениями от состава метаморфических пород даже на уровне значимости 0,50. И только вычисление коэффициента корреляции рангов Спирмена позволило показать, что исходными породами в этом случае были континентальные глины жаркого влажного климата.

Необходимо отметить, что для рассматриваемых сопоставлений с генетическими типами глин лучше брать не средний анализ по всей толще кристаллических сланцев, а средние анализы по отдельным их разновидностям, как показали пробные расчеты. Расчеты не по весовым процентам, а по атомным количествам приводят практически к тому же результату.

Таким образом, выводы, полученные при литохимическом пересчете анализов кристаллических пород буронской свиты по методу О.М. Розена, согласуются с данными, полученными по методу В.К. Головенка и подтверждаются статистическими методами.

Поэтому при восстановлении первичного состава и палеогеографической обстановки осадконакопления параметаморфических пород рекомендуется применять совокупность методов с обязательной проверкой результатов с помощью математической статистики.





Яндекс.Метрика