25.03.2021

Углеродистые образования раннего докембрия Украинского щита и основные черты их металлогении


Для раннего докембрия Украинского щита характерно повсеместное развитие углеродистых образований. Они представлены различными по составу графитсодержащими гнейсами и сланцами, кристаллическими известняками, доломитами, мраморами и кальцифирами, которые развиты во всех супракрустальных докембрийских сериях: тетеревской, бугской, днестровско-бугской, росинско-тикичской, ингуло-ингулецкой, криворожской, центральноприазовской и др. Изотопный возраст их метаморфизма составляет 2900—1700 млн. лет, что соответствует отрезку геологического времени от архея до нижнего протерозоя включительно.

Углеродистые образования залегают в виде определенных литологически обособленных горизонтов, либо фиксируются среди интрузивных и ультраметаморфических комплексов в виде разновеликих останцов, слагающих фрагменты складчатых структур. Мощность геологических тел при этом варьирует от десятков сантиметров до сотен метров. Несмотря на то, что в разрезе докембрия углеродистые образования занимают различные стратиграфические уровни, геолого-структурная позиция их практически повсеместно такова: они участвуют в сложении синклинальных и моноклинальных структур разного порядка. Крылья этих структур сложены обычно сланцами и гнейсами (в том числе и графитсодержащими), тогда как ядра выполнены карбонатными отложениями. Первые из них в формационном отношении представляют собой метаморфические аналоги углисто-терригенных, а вторые — углисто-известковистых формаций пострифея. В пределах Украинского щита наиболее представительны в этом отношении следующие крупные структурные элементы: Кочеровский (Брусиловский) синклинорий северо-западного региона, Завальевская, Хощеватская и другие синклинали Среднего Побужья, Родионовская и Камчатско-Желтянская синклинали Западно-Ингулецкой полосы, Саксаганский синклинорий в Криворожско-Кременчугской зоне, Центрально-Приазовский синклинорий Приазовского блока.

Первичная природа углеродистых образований оценивается как седиментогенная, в меньшей степени как вулканогенно-седиментогенная. Она подтверждается результатами комплексной реконструкции протосубстрата, выполненной с привлечением лито-лого-структурных, минералого-петрографических, петрогеохимических и других критериев и методик. При этом углеродсодержащие сланцы и гнейсы согласно реконструкции их протосубстрата представляют собой метатерригенные, преимущественно пелит-псаммитовые отложения с примесью углеродистого и карбонатного материала, а карбонатные породы — метаморфизованные производные хемогенных и в меньшей степени биогенных осадков.

Поэтому ниже приводится характеристика углеродистых образований наиболее изученных Криворожской и Западно-Ингулецкой зон центральной части Украинского щита.

В пределах Криворожско-Кременчугской и Западно-Ингулецкой зон углеродистые образования прослеживаются в виде прерывистой меридиональной полосы шириной до 70 и протяженностью до 300 км. Они представлены различными по составу графитсодержащими сланцами, гнейсами и карбонатными породами, отличающимися резкой фациальной изменчивостью по простиранию и падению пластов с выклиниванием горизонтов мраморов в северной части Криворожского бассейна. Среди сланцев выделяются кварц-графит-серицитовые, кварц-графит-биотитовые, кварц-карбонат-графит-биотитовые, кварц-серицит-графититовые, графитит-кварц-биотитовые и кварц-карбонат-хлоритовые. К западу от Криворожско-Кременчугского разлома в зонах высокой степени метаморфизма перечисленные сланцы переходят в графитовые сланцы и графит-биотитовые гнейсы, иногда с силлиманитом, гранатом, кордиеритом и амфиболами. Среди карбонатных пород выделяются кальцит-доломитовые и доломитовые мраморы (с незначительной примесью кварца, слюд, графита) и кальцифиры. Степень метаморфизма пород варьирует от зеленосланцевой до амфиболитовой фации, возрастая с юга на север по простиранию Криворожско-Кременчугской зоны.

В формационном отношении углеродистые образования Криворожско-Кременчугской и Западно-Ингулецкой зон представляют собой раннепротерозойские верхнетерригенную и лагунную формации, которые эквивалентны углисто-терригенным и углисто-известняковым формациям фанерозоя. Эти формации являются послеинверсионными. Они возникли в раннедокембрийской геосинклинальной системе района Большого Кривого Рога.

Первично-седиментационная природа углеродистых образований региона подтверждается совокупностью геолого-структурных, минералого-петрографических и петро-химических исследований, а также наличием в метапородах ископаемых остатков органического происхождения. Первично-биогенная природа углеродистого вещества, представленного в супракрустальных образованиях Криворожья графитом и графититом, установлена в результате проведения палеонтологического, люминесцентно-битуминологического, химического, спектрального и изотопного анализов.

Палеонтологические и палеопалинологические исследования позволили установить в графитсодержащих кварц-биотитовых сланцах и доломитовых мраморах гданцевской и глееватской свит криворожской серии и в биотитовых гнейсах, сланцах и доломитовых мраморах родионовской свиты ингулецкой серии разнообразные растительные остатки, представленные синезелеными и красными водорослями, сфероморфидами и микрофитолитами, которые приурочены к определенным горизонтам разреза. Наряду с органическими остатками, определенными до вида, в отложениях верхних свит криворожской и ингулецкой серий установлены графитсодержащие мраморы со своеобразной микроструктурой водорослевых известняков. Выявлены также онколитовые и строматолитовые породы.

С помощью комплекса исследований (капельно-люминесцентный, люминесцентно-битуминологический анализы) в графитсодержащих сланцах и доломитовых мраморах зеленосланцевой фации метаморфизма установлено сингенетичное битуминозное вещество. Его сингенетичность наряду с геологическими (приуроченность к определенным породам) подтверждается также совокупностью аналитических данных: светлыми цветами люминесценции, точечным характером распределения битумоидов, низким содержанием битумоидов в породах (тысячные доли процента), значительным содержанием Сорг, отсутствием гуминовых веществ. По характеру свечения синбитумоиды относятся к маслянистому типу (МБА).

По мере увеличения метаморфизма пород (от сланцев к гнейсам) отчетливо прослеживается потеря метапородами битуминозного вещества. Соответственно уменьшается вероятность обнаружения синбитумоидов и органических остатков в породах. Максимальная частота встречаемости синбитумоидов характерна для графитит-карбонатных пород фации зеленых сланцев, содержащих остатки углефицированных синезеленых водорослей, онколитов и катаграфий.

Как известно, один из показателей биогенной природы углеродистых образований — изотопный состав углерода и кислорода графита и доломита из пород докембрия. Фундаментальные исследования по органическому веществу и изотопии грасфита свидетельствуют о том, что углеродистое вещество графита и графитоподсбных образований супракрустальных толщ докембрия имеет биогенное происхождение. Согласно изотопному анализу углерода графита из графитсодержащих сланцев и гнейсов криворожской и ингулецкой серий значение b13С варьирует от —14,2 до —31,3 промилле относительно международного стандарта PDB. Для графита сланцев и гнейсов, содержащих растительные остатки, характерен диапазон величин b13С от —26 до —31,3 промилле, тогда как в аналогичных породах, лишенных растительных остатков, изотопный состав углерода графита не превышает значений b13С—15 промилле. Последнее однозначно указывает на обеднение породы легким изотопом углерода. Приведенные значения b13C графита сланцев и гнейсов Криворожья вполне сопоставимы с известными данными для первично-биогенного углерода, свидетельствуя в пользу биогенного происхождения изученного графита. Вместе с тем наличие микрофоссилий и микрофитолитов в терригенных породах изменяет изотопный состав углерода графита обогащая его легким изотопом углерода. Подобная тенденция облегчения изотопного углерода графита в связи с увеличением количества растительных остатков в породе фиксируется и для доломитовых мраморов. Однозначность оценки биогенной природы углерода графита терригенных метапород подтверждена данными изотопного состава кислорода доломита карбонатных пород Криворожья, ассоциирующих с графитсодержащими сланцами и гнейсами (табл. 1). При этом отчетливо прослеживается зависимость изотопного состава кислорода от количества содержащихся в породе органических остатков.

Сравнение полученных данных по изотопному составу углерода и кислорода однозначно свидетельствует о биогенной природе графита сланцев и гнейсов, а также о хемогенно-биогенной природе доломитовых мраморов данного региона. Ho этот же анализ показал, что простейшие докембрийские организмы, преимущественно синезеленые водоросли, аккумулировали наряду с легким изотопом углерода и легкий изотоп кислорода. Следовательно, изотопный состав углерода и кислорода косвенно отражает биогенные процессы, происходившие на ранней стадии развития органической жизни на Земле.

Среди углеродистых образований верхних свит криворожской и ингулецкой серий по наличию или отсутствию в них органических остатков нами выделяются: 1 — доломитовый мрамор без видимых морфологических признаков ископаемых организмов, 2 — доломитовый мрамор с реликтами водорослевых структур (водорослевый доломит), 3 — графитит-карбонатная порода без видимых признаков ископаемых остатков органического происхождения, 4 — графитит-карбонатная порода с единичными остатками микрофоссилий, 5 — графитит-карбонатная порода, обогащенная онколитами и углефицированными остатками известковых водорослей, 6 — графитовый сланец без видимых признаков микроорганизмов, 7 — графититовый сланец с ископаемыми остатками растительного происхождения, 8 — графит-биотитовый гнейс без органических остатков, 9 — графит-биотитовый гнейс с остатками ископаемых организмов. В этих разновидностях химическим и физико-химическим методами определены содержания углерода и его форм. При этом установлено, что общее содержание углеродистых веществ, выраженное через концентрацию некарбонатного углерода, для подавляющего большинства исследованных образцов изменяется в пределах 0,4—18,0%, достигая иногда максимальных величин — 42,8% (Петровское месторождение графита). Наличие в породах органических остатков положительно влияет на содержание в них углеводородов (УВ) и их производных, в частности кахигеновой составляющей углерода (Сках). Наглядный показатель этой зависимости для пород, измененных в Р-Т-условиях одной и той же ступени метаморфизма, — "коэффициент биогенности" (Сках/Cорг) 100%, который нами обозначается индексом bСках. Максимальные значения этого коэффициента характерны для онколитовой породы (16,6%), водорослевых доломитов (13,7%) и графититовых сланцев (10,8%). Для названных пород типична и повышенная частота встречаемости синбитумоида, а также обогащение их легким изотопом углерода b12C и легким изотопом кислорода b16О. Повышенные концентрации связанной формы углерода (Сках) для содержащих органические остатки пород обусловлено, по всей вероятности, тем, что на начальных и низких ступенях метаморфизма лишь незначительная часть органического вещества (OB) растительных остатков преобразовывалась в конечный продукт углефикации — графит, тогда как другая часть сохранилась в виде УВ и их производных. С повышением степени метаморфизма большая часть OB переходит в графит, а меньшая сохраняется в форме УВ и их производных. Этим, собственно, и объясняются минимальные значения кахигеновой составляющей углерода в гнейсах.

Совокупность приведенных данных: 1 — приуроченность растительных остатков к графитсодержащим породам, 2 — сингенетичность графита и графитита остальным породообразующим минералам, 3 — связь УВ и их производных с породами, содержащими остатки ископаемых микроорганизмов и имеющими водорослевые структуры, 4 — приуроченность синбитумоидов к графитсодержащим породам с растительными остатками, 5 — прямая зависимость изотопного состава углерода графита и изотопного состава углерода и кислорода доломита от наличия органических остатков в породе, 6 — близость изотопного состава углерода графита и морских растений — позволяет прийти к выводу о биогенном происхождении графита и графитита, которые следует рассматривать как продукты метаморфизма преимущественно синезеленых водорослей. Синезеленые водоросли, будучи захороненными в осадках нижнепротерозойских лагунных бассейнов, были, по всей вероятности, тем материалом, который в процессе диагенеза и метаморфизма преобразовался в графит.


Геолого-структурные и литолого-геохимические особенности седиментации первично-биогенного углерода обусловили распределение в углеродистых образованиях криво рожской и ингулецкой серий ассоциации радиоактивных и сопутствующих им малых рудогенных элементов. В основных разновидностях углеродистых пород названных серий спектральным и люминесцентным анализами определены содержания радиоактивных и малых рудогенных элементов (табл. 2), которые совместно с данными по формам вхождения углерода обработаны на ЭВМ приемами математической статистики. В итоге анализа полученных результатов установлена вполне однозначная роль углеродистого вещества в рудогенезе. В частности, валовое содержание углерода не проявляет устойчивой связи с накоплением или рассеянием любого рудогенного элемента. "Карбонаткый"углерод при этом оказывает "разбавляющее" действие на содержания рудогенных элементов, не способствуя увеличению их концентраций. И только суммарное содержание грифитовой и кахигеновой составляющих углерода обнаруживает устойчивую связь с накоплением в изученных породах ассоциации рудогенных элементов, включающей уран, молибден, ванадий, серебро. Эта ассоциация, как известно, достаточно типична для черносланцевых формаций мира. Совокупный эффект графит-кахигеновой составляющей свидетельствует о ранней (дографитовой) фиксации указанной ассоциации рудогенных элементов, поскольку графит сам по себе геохимически инертен Отсюда также очевидно, что накопление перечисленных рудогенных элементов в неметаморфизованных или слабо метаморфизованных осадках региона проходило в восстановительной обстановке бассейна седиментации, где в качестве восстановителя выступали погребенные организмы растительного происхождения. При этом биогенная природа восстановительной среды, способствовавшей накоплению повышенных концентраций ряда малых рудогенных элементов, несомненна. Прямое доказательство тому — сравнительно высокие концентрации ванадия, меди, молибдена, никеля и других рудогенных элементов в онколитовой породе и корициумсодержащих графититовых сланцах.





Яндекс.Метрика