25.03.2021

Геология и литология шунгитовых пород Карелии


В составе докембрия юго-восточной части Балтийского щита выделяются две эпохи образования углеродсодержащих пород, стратиграфически приуроченных к позднеархейским (лопийским) с интервалом абсолютного возраста 3—2,7 млрд. лет и нижнепротерозойским (заонежским, суйсарским) с интервалом 2,4—2 млрд. лет образованиям.

В разрезе позднего архея углеродсодержащие породы составляют 2,5—5% при содержании углерода 2,5—4%, а в разрезе нижнего протерозоя (заонежская свита) — до 75—80%, из которых приходится на породы с содержанием углерода до 25—75%. Такие высокие содержания углерода — явление уникальное не только для докембрия Балтийского щита, но и для докембрийских образований в целом.

Углеродистые породы Карелии, в том числе и шунгитовые, развиты в составе толщ, выделенных под названиями заонежской, соваярвинской, хирвинаволокской, соанлахтинской, питкярантской и других свит, которые располагаются в ядрах крупных ятулийских структур, где верхние части разреза, в том числе и перекрывающие их образования, сохранились в эрозионном срезе. Наряду с этим углеродсодержащие породы распространены и в ряде структур, где ятулийские отложения отсутствуют, что связано с их фациальным выклиниванием (северный берег Ладожского озера, р. Пажа, район Ветреного Пояса). Таким образом, углеродсодержащие породы нижнего протерозоя имеют более широкое распространение, чем ятулийские. На палеофациальном профиле (рис. 1), построенном для образований заонежского уровня юго-восточной части Балтийского щита, можно видеть взаимоотношения углеродсодержащих толщ с подстилающими комплексами. В районах озер Суоярви, Туломозеро, Малое Янисъярви, Kyкасозеро и Пана-Куолаярвинского синклинория установлено резкое литологическое несогласие между верхнеятулийскими и заонежскими образованиями. Оно отчетливо видно по резкому контакту, где на белые и розовые красноцветные доломиты ложатся серые, темно-серые, зеленовато-серые мергелисто-доломитовые и доломито-мергелистые породы с горизонтальной, обычно ритмичной слоистостью и обильной вкрапленностью пирита, с песчаным материалом в основании разреза. В зоне контакта резко изменяются геохимические параметры пород (рис. 2, 3). Возрастает сумма железа (0,1-0,5 — 12-14%) и содержание закисного железа (0,2-2-5%), а также количество SiO2, AI2O3, Na2O, K2O, P2O5, изменяется соотношение Na2O и K2O, повышаются содержания Ti, Mn, Cu, появляется обширная группа малых элементов. Все это констатирует резкую смену физико-химических условий осадконакопления.


Достаточно четко углеродсодержащие породы отделяются и от вышележащих образований: в районе Онежской мульды пластами туфоконгломератов суйсарских пород, а на площади Лриладожья конгломератами ладожских толщ.

Строение разреза заонежской свиты, равно как и ее аналогов, отражает единый трансгрессивно-регрессивный цикл осадконакопления и полный цикл базальтового заонежского вулканизма с сопровождающими его интрузиями габбро-диабазов. Формирование пород происходило в обширном бассейне глинисто-карбонатного осадконакопления в условиях резко восстановительной среды, при обильном подводном вулканизме, который приносил огромные массы продуктов; пирокластики, лав, растворов и газов. Таким образом, все разнообразие пород разреза зависело от различных количественных соотношениях. Для углеродсодержащих пород нижнего протерозоя заонежской свиты установлено четыре типа разрезов: вулканогенный, осадочно-вулканогенный, вулканогенно-осадочный и осадочный, связанных друг с другом латеральными фациальными переходами. Выделение типов разрезов проведено согласно соотношению в них вулканогенных и осадочных пород. Вулканогенный тип разреза содержит более 50% лав основного состава в виде потоков и покровов; осадочно-вулканогенный — около 50%, и менее 50% лавовых образований наблюдается в разрезах вулканогенно-осадочного типа. В породах осадочного типа отсутствует явно вулканогенный материал, возможно присутствие лишь некоторого количества переотложенного туфогенного материала с преобладанием при этом осадочного компонента.


Три первых типа разреза с фациальными их переходами установлены в пределах Онежской мульды (рис. 4). Осадочный тип разреза предполагается в районе р. Пажа, на восточном берегу Онежского озера. Вулканогенный тип разреза развит в пределах Пана-Куолаярвинской синклинорной зоны, где большую его часть слагают потоки базальтовых лав. На территории Приладожья для углеродсодержащих толщ известен вулканогенный тип в районе пос. Рускеала; осадочно-вулканогенный - вокруг оз. Малое Янисъярви; осадочный тип разреза предполагается вдоль куполов северного берега Ладожского озера. Однако ввиду высокой степени метаморфизма пород здесь не установлена первичная природа входящих в разрез амфиболовых и полевошпат-амфиболовых сланцев, которая может оказаться вулканогенной. Наибольшую информацию о вещественном состава пород (в том числе высокоуглеродистых), слагающих заонежскую свиту, содержит осадочно-вулканогенный тип разреза. Последний детально изучен на Заонежском полуострове, по нему авторами и дается геолого-литологическая характеристика толщи. Мощность образований заонежской свиты - 800 м, а с пластово-секущими силлами габбро-диабазов — 1200 м. Заонежская свита разделяется на две подсвиты: нижнюю мощностью до 200 м — глинисто-карбонатную и верхнюю, собственно шунгитсодержащую мощностью до 600 м (рис. 5). Пологозалегающие породы Онежской мульды разбиты на блоки тектоническими сбросами трех порядков. Они не претерпели сильных складчатых движений. Для вещественного состава образований заонежской свиты характерны осадочные породы (превично-глинисто-карбонатные и карбонатные), вулканогенные (лавы-базальты и их туфы); вулканогенно-осадочные (туфогенные) и хемогенные (кремнистые, высокоуглеродистые алюмосиликатные и частично известковистые). Карбонатные породы представлены углеродсодержащими доломитами, известняками, водорослевыми доломитами, из-вестковистыми туфами и туфогенными известняками. Доломиты обладают либо тонкозернистой пелитоморфной структурой, либо мелкокристаллической, где зерна доломита представлены ромбическими кристаллами с шунгитовым веществом в межкристаллических пространствах, а нередко и в ядре кристаллов. Встречены разности, когда кристаллы доломита погружены в шунгитовый цемент. Известняки встречены среди туфогенных пород, в сочетании с ними и, как правило, содержат примесь туфогенного материала. В солях водорослевых доломитов обнаружены органические остатки.


Вулканические породы представлены базальтами разной мощности с разнообразными текстурными признаками. Объем их в разрезах разных типов различен, что соответственно влияет на общую мощность толщ. Туфы основного состава различной размерности от алевритовых до псефитовых сложены витро-, лито- и кристаллоклас-тическим материалом в различных соотношениях. Обломки в них представлены измененным вулканическим стеклом (фельзитоподобная криптокристаллическая масса из альбита и хлорита) с остроугольной, угловатой, рогульчатой и даже каплевидной формами, нередко с осветленной каймой закалки по краю; обломками базальтов с различной структурой, угловатой и угловато-окатанной формы; остроугольными обломками плагиоклаза-альбита и кварца. Обломки покрыты пленкой из шунгитового вещества (последнее содержится и в цементе туфов), которое подчеркивает форму обломочного материала. В цементе туфов встречены миндалекаменные текстуры. Слои туфов не обладают большими мощностями и встречаются на определенных уровнях.

Основную часть разреза составляют вулканогенно-осадочные породы: туфоалевролиты, туфопесчаники, реже туфобрекчии и туфоконгломераты. Они аналогичны составу туфов, но имеют лучшую сортировку материала с большой примесью осадочного компонента. Наряду с явнообломочными вулканогенного-осадочными породами значительную часть составляют тонкокристаллические разности с более высоким содержанием шунгитового вещества (нередко до 15—25%). Это кварц-серицитовые, кварц-серицит-биотитовые, кварц-серицит-хлоритовые, шунгит-альбит-хлоритовые породы (туфопелиты). Они слагают верхние части ритмов-слоев, составляя обычно большую их часть. В формировании этих пород принимают участие глинистый (первично-осадочный) материал, тонкопепловый и хемогенный. Как правило, эти породы имеют тонкослоистую текстуру, обусловленную распределением шунгитового вещества. Их химический состав близок составу сочетающихся с ними туфов.

Очень характерны для разреза заонежской свиты кремнистые породы. В верхней части разреза встречены слои лидито-фтанитов, пород с содержанием SiO2 до 90—96%, Cорг от 1 до 5% и ничтожным количеством других окислов. Лидиты слагают слои и линзы в верхней части разреза мощностью от 0—2 до 5 м, которые чередуются со слоями шунгитсодержащих полнокристаллических доломитов и высокоуглеродистых шунгитовых пород. Породы черные, с раковистым изломом и высокой твердостью. Под микроскопом видно, что они имеют мелкосгустковую текстуру. Сгустки более темные, чем основная масса, округлой формы размером 0,2—0,3 мм, равномерно распределены в породе, нередко обнаруживают микроячеистое строение. В таких разностях обнаружены органогенные одноклеточные водоросли, их колонии и обрывки талломов. Межсгустковые пространства в лидитах выполнены криптокристаллическим кварцем микрогранобластовой структуры, почти не содержащим шунгитового вещества. Кремнистые породы весьма разнообразны, среди них, кроме лидитов, встречены силициты с микрогранобластовой структурой и содержанием углерода менее 1%, распыленного в массе, а также породы со сгустками кремнистого состава, погруженными в карбонатный цемент. Во всех разрезах заонежской свиты прослежен еще горизонт кремнистых пород с содержанием SiO2 свыше 70%. В пределах Онежской структуры — это шунгитистые кремнистые туффиты с содержанием Cорг до 15%. Породы обладают тончайшей прерывисто-линзовидной слоистостью, подчеркнутой распределением тонко рассеянного в породе сульфида с элементами оползания и обилием текстур микросдвига. В шлифах видна микрослоистость, обусловленная тонкими линзочками криптокристаллического агрегата кварц-хлоритового и альбит-хлоритового состава. Сульфиды не только рассеяны в массе и подчеркивают слоистость, но образуют конкреции овальной и овально-вытянутой формы, как правило, обтекаемые основной массой породы. По своим параметрам эти породы близки туфосилицитам или глинисто-пепловым фтанитам. Кремнистые туффиты фациально сменяются известковистыми туффитами, где присутствуют слойки и линзочки известковистого материала.

Особый интерес придают рассматриваемым толщам углеродсодержащие породы. Углерод содержится во всех разновидностях пород, слагающих верхнюю подсвиту заонежской и других свит данного уровня, от 1 до 70—80%. В терригенных породах он образует пленки вокруг обломков, содержится в цементе, слагая слойки и слои в тонкокристаллических разностях. В лидитах распылен в массе или дает пленки вокруг сгустков, подчеркивая сгустковую текстуру породы. В доломитах концентрируется в межкристаллических пространствах и в ядрах ромбоидальных кристаллов. Даже базальты содержат миграционный шунгит в миндалинах, трещинах и межшаровых пространствах. Основная масса углерода содержится в высокоуглеродистых породах, залегающих в виде линз и пластов (с содержанием углерода от 25 до 80%). Они составляют 15—20% объема разреза. По приблизительным подсчетам общий объем углеродсодержащих пород в пределах только Онежской мульды в разрезе заонежской свиты составляет 5400 км3 (на углерод при этом падает 10—20% объема). Объем высокоуглеродистых пород с содержанием углерода 25—75% составляет 1800 км3. Углерод занимает 40—50% указанного объема.

Шунгитовые породы в разрезе образований верхней подсвиты заонежской свиты слагают два продуктивных горизонта, которые залегают среди осадочно-вулканогенных пород первой и второй пачек. Так, в разрезе нижней части первой пачки шунгитовые породы слагают пласт мощностью от 15 до 35 м, содержание углерода в котором достигает 35—75%. Распределение углерода в породе неравномерное. Встречаются включения, мелкие линзочки с содержанием углерода 5—10%. В целом же это высокоуглеродистые породы. Химический состав шунгитовых пород характерен пониженным содержанием свободного кремнезема и высокой суммой щелочей Na2O и K2O при резком преобладании Na2O и повышенном содержании MgO. Спектральными анализами для них установлено повышенное содержание марганца. При микроскопическом изучении пород на черном фоне основной массы наблюдаются включения тонкокристаллического агрегата альбитового или альбит-хлоритового состава, реже чешуйки биотита, тремолита и тончайших рассеянных включений сульфидов. Минеральные включения имеют форму мелких линзочек и неправильной формы скоплений до 1 мм. В породах часто встречаются участки псевдобрекчиевидной текстуры. В таких участках порода почти нацело сложена тонкокристаллическим альбитом с шунгитовым веществом в межкристаллических пространствах. Присущи этим породам и миндалекаменные текстуры с заполнением миндалин по краю мелкокристаллическим альбитом, а в центре углеродом. Шунгитовые породы нижнего продуктивного горизонта ассоциируют в разрезах с шунгитовыми и шунгитсодержащими витрокластическими туфами, шунгит-альбит-хлоритовыми породами и известняками с актинолитом.

Средний продуктивный горизонт представлен тремя-четырьмя пластами шунгитовых пород. Шунгитовые породы обладают кварцево-биотито-серицитовой минеральной основой с различным соотношением компонентов. Соответственно химический состав пород отличается высоким содержанием SiO2 и резким преобладанием K2O над Na2O. Все пласты шунгитовых пород характеризуются крупно-линзовидной формой и залегают среди осадочно-вулканогенных пород второй пачки. Нумерация пластов среднего продуктивного горизонта дана сверху вниз: шунгитовые породы первого пласта слагают мелкие линзы мощностью 2—5 — 10 м, протяженностью 100—200 м; линзы залегают среди образований лидито-шунгито-доломитового комплекса и имеют четкие границы. Они сложены высокоуглеродистыми породами с содержанием углерода до 55—80%. Наибольшее количество углерода содержат породы, слагающие верхнюю часть линзы. Под микроскопом на черном фоне основной массы наблюдаются включения кварца и серицита, реже биотита. В породах подошвы присутствует примесь тонкообломочного кварца.

Второй пласт шунгитовых пород представлен протяженными плоскими линзами, мощность которых не превышает 10—20 м. Мощность пласта варьирует по простиранию, и он приобретает чечевицеобразную форму с раздувами. Шунгитовые породы с высоким содержанием углерода (20—45%) слагают, как правило, центральную часть пласта в местах наибольшей мощности. Наибольшая часть сложена шунгитистыми породами с содержанием углерода до 20—25%, в которых наблюдаются маломощные прослои более высокоуглеродистых шунгитовых пород. В нижней и средней части пласта слои шунгитовых пород массивной текстуры чередуются с тонкими редкими слойками шунгитистых пород. Породы верхней части пласта, а нередко и всего пласта в целом, имеют мелко- и микрогоризонтальную, микролинзовидную слоистость с элементами текстуры течения. Слоистость обусловлена присутствием тончайших слойков и линзочек криптокристаллического агрегата хлорита и кварц-серицита. В породах наблюдается обильная сульфидная вкрапленность, подчеркивающая слоистость.

Шунгитовые породы третьего пласта слагают крупные разобщенные линзы, мощность которых в раздувах достигает 80 м (месторождение Зажогино), а протяженность — 1,5—2 км. Линзы резко выклиниваются. Большая часть тела линзы сложена шунгитовыми породами с содержанием углерода до 25—55%. В подошве и кровле пласта-линзы содержание углерода несколько меньше и присутствует небольшая примесь терригенного материала. В зонах выклинивания линзы сложены шунгитистыми и шунгитсодержаидими породами Шунгитовые породы третьего пласта черные, с массивной, местами псевдобрекчиевидной или зонально-полосчатой текстурой. Подстилается и перекрывается третий пласт шунгитовых пород ритмично переслаивающимися известняками, туфогенными известняками и шунгитистыми кварцево-серицито-биотитовыми породами. При микроскопическом изучении в шунгитовой массе наблюдаются включения тонкокристаллического агрегата серицита, биотита и кварца. Они либо беспорядочно рассеяны в породе, либо образуют сгустки, линзочки и слойки.

Четвертый пласт шунгитовых пород вскрыт лишь в пределах Толвуйской структуры; мощность его не выдержана; содержание углерода в породах широко варьирует. Слои шунгитовых пород переслаиваются с шунгитистыми и шунгитсодержащими породами; в некоторой части разрезов слои шунгитовых пород отсутствуют совсем. Породы данного уровня изучены недостаточно.

Шунгитовые породы всех пластов данного продуктивного горизонта имеют одинаковую минеральную основу и близки по своему химическому составу. Отличия их — во внутренннем строении пластов, количестве и распределении шунгитового вещества, сочетании разностей шунгитовых и шунгитистых пород.

Миграционные шунгиты составляют самостоятельную группу пород. Они слагают секущие и пластовые жилы мощностью до 0,3 м среди вулканогенно-осадочных пород, встречены совместно с кальцитом и кварцем в межшаровых пространствах базальтовых лав, миндалинах и в центральных частях жил кварцево-кальцитового состава. По составу — это наиболее высокоуглеродистые породы с содержанием углерода более 98%.

В зависимости от тектонической активности региона, выражавшейся в блоковых и особенно складчатых движениях, углеродсодержащие породы различных структурных зон претерпели различные метаморфические изменения. Последнее отражено в изменении структур пород, от псаммитовых и алевролитовых до бластопсаммитовых и, наконец, грано- и лепидобластовых с полной перекристаллизацией первичного вещества. Здесь появляется серия новообразованных минералов: амфибол, гранат, ставролит, андалузит, силлиманит, пироксен. Углеродсодержащие породы насыщены сульфидами, которые представлены в малометаморфизованных разностях пиритом и марказитом, а в высокометаморфизованных — пиритом, пирротином. Соответственно изменяется распределение углерода в породах от рассеянного в массе и пленок первичных зерен до перераспределения его в виде линзочек, сгустков и гнезд. С усилением метаморфических изменений возрастает упорядоченность структурного состояния углерода ряда: шунгит— графитит—скрытокристаллический—неполнокристаллический и явнокристаллический графиты. В пределах структур типа Онежской мульды при слабо проявленном метаморфизме зеленосланцевой стадии углерод представлен бесструктурным шунгитовым веществом — стеклоуглеродом. В зонах, тектонически наиболее активных, с проявлением складчатых движений углерод переходит в явнокристаллический графит. При этом в породах всегда содержится углерод нескольких близких структурных состояний, как бы отражая постепенное упорядочение структуры углерода в породах, зависящее также от степени метаморфических изменений.

Шунгитсодержащие и шунгитистые породы, отвечающие по степени метаморфизма фации зеленых сланцев, установлены, кроме территории Онежской мульды, еще в пределах Суоярвской структуры.

Высокоуглеродистые породы, где углерод представлен уже преобладающим графитом, развиты на площади Приладожья, Пана-Куолаярвинского синклинория и в пределах Кукасозера. Содержание углерода в них может достигать 23—50%, а мощности пластов от 0,5—1—2 до 33 м.

Высокоуглеродистые породы заонежского уровня различных структурно-тектонических зон близки по своему химическому составу, формам залегания (линзы, пласты), положению их в разрезе, текстурным особенностям, содержанию углерода. Ho они различаются петрографическим составом пород, структурами, структурным состоянием углерода и его распределением в породе, что обусловлено степенью метаморфизма.

Подводя итоги всему вышесказанному, следует отметить, что углеродсодержащие образования заонежской свиты и ее аналогов нижнего протерозоя могут быть выделены в самостоятельную стратиграфическую единицу в разрезе докембрия, о чем говорят: широкое их плошадное развитие на территории Балтийского щита; четкие стратиграфические границы; мощность, достигающая 800—1500 м; законченный цикл седиментации и вулканизма; специфический характер вещественного состава с большим количеством углерода.

Углеродсодержащие образования верхней подсвиты заонежской свиты и ее аналогов слагают вулканогенную кремнисто (карбонатно)-углеродистую формацию, среди которой можно выделить ряд подформаций.

Постседиментационные преобразования углеродсодержащих пород в различных структурно-тектонических зонах определяют структурные изменения пород в целом и углерода в частности, а также графитовых и шунгитовых разностей. Прогнозирование площадей на поиски тех и других, определение объема продуктивных разностей — главная задача при изучении образований данного стратиграфического уровня.





Яндекс.Метрика