25.03.2021

Парагенез углеродистых пород и особенности распределения органического углерода в метаосадочных толщах докембрия Кольского региона


В предлагаемой статье рассматривается и обсуждается полученный авторами новый материал по содержанию, распределению органического углерода (Cорг) в метаосадочных образованиях Кольского региона и по составу парагенезисов, в которых участвуют первично-осадочные углеродистые отложения. Иллюстрации и выводы базируются более чем на 1000 определений Cорг в породах, выполненных в лаборатории газов и битумов Геологического института Кольского филиала АН России.

Изучавшиеся авторами метаосадочные породы относятся к разным стратиграфическим уровням разреза докембрия региона. Схема распространенности главных метаморфических комплексов докембрия Кольского региона показана на рис. 1.

Гранитоидные полигенные образования древнейшего доархейского фундамента, представленные плагиогнейсо-гранитами, гранодиоритами и другими породами (табл. 1), по данным исследования 50 проб с учетом данных О.А. Беляева, В.И. Болотова, Н.Л. Балабонина и А.А. Иванова характеризуются наиболее низким и равномерным фоновым содержанием Cорг. Среднее — 0,009 мас.% при разбросе от 0,007 до 0,016 мас.%, что близко к фоновому значению Cорг в магматитах. Отметим, что среди пород древнейшего фундамента отсутствуют образования с достоверными реликтовыми признаками первично-осадочного происхождения. Низкое содержание Cорг в этих породах может быть связано и с многократным наложением процессов метаморфизма и ультраметаморфизма исходных пород.


Архейская часть разреза докембрия, объединяющая раннеархейские кольский и в основном с ним коррелирующийся беломорский комплексы, а также сопоставляющиеся между собой верхнеархейские тундровые и гранулитовый комплексы (табл. 1), характеризуется наряду с метавулканическими присутствием метаосадочных пород и увеличением вверх по разрезу их разнообразия. Распределение Cорг в собственно архейских породах изучено по материалам анализов примерно 170 проб. Кроме того, использованы данные по содержанию Cорг в гнейсовых толщах О.А. Беляева, Н.Л. Балабонина, И.А. Петерсилье, Т.А. Федковой и М.А. Паловой, А.И. Ивлиева и В.И. Пожиленко. Средние содержания Copг в различных породах кольского и беломорского комплексов колеблются от 0,007 до 0.016 мас.% при максимальном значении от 0,002 до 1,35 мас.%. Для верхнеархейских гранулитового и тундрового комплексов пределы колебания средних содержания Cорг от 0,008 до 1,65 мас.% при крайних минимальных и максимальных значениях соответственно 0,003 и 7,7 мас.%. Повышенные содержания Cорг в кольском и беломорском комплексах установлены в сульфидсодержащих метасилицитах железорудных ассоциаций, первично-глинистых метаграувакк и первично-гидрослюдисто-хлоритовых метапелитах с примесью сульфидного вещества. В тундровом комплексе такими породами являются сульфидсодержащие и первично-глинистые метаграувакки, сульфидоносные железистые метасилициты, основные и пикритовые метатуффиты, а в гранулитовом — первично-гидрослюдисто-хлоритовые метапелиты и первично-глинистые метаграувакки и основные метатуффиты.

Типичные конкретные примеры содержания Cорг в первично-вулканических и осадочных породах архейских комплексов приводятся в табл. 2. На рис. 2, 3 отражен характер распределения Copг в ранне- и позднеархейских толщах, представительный для всей территории региона.


Нижнепротерозойская часть разреза докембрия, представленная кейвским комплексом в его полном объеме, т.е. от червуртской свиты сланцевого разреза Кейв до верхов сейдореченской свиты стрельнинской серии (аналога сумийской серии Карелии), интересна тем, что к ней приурочены первые значительные по объему массы углеродистых отложений, относящиеся к осадкам чистой терригенной линии с типогенным присутствием в первичном составе каолинита. Распределение Cорг в породах рассматриваемых толщ выявлено поданным исследования примерно 120 проб, в том числе относящихся к коллекциям И.В. Белькова, А.П. Белолипецкого, Ю.И. Ильина, А.А. Предовского. Средние содержания Cорг в породах собственно кейвского уровня изменяются в пределах 0,01—1,95 мас.% при максимальных колебаниях 0,006—4,5 мас.%. Для пород верхней части комплекса (стрельнинской серии) эти значения составляют соответственно 0,009—0,1 и 0,003—0,6 мас.%. Повышенные содержания Cорг в собственно кейвском уровне (рис. 4) установлены для первично-каолинитовых глин с примесью гидрослюд и в меньшей мере для первично-монтмориллонитовых глин пачки А с примесью лептохлоритового материала. В стрельнинской серии (рис. 6) носителями повышенных концентраций Сорг являются первично-гидрослюдисто-монтмориллонитовые глины с примесью лептохлоритового материала.


Данные И.В. Белькова, Св.А. Сидоренко и А.В. Сидоренко свидетельствуют о накоплении первично-каолинитовых углеродистых отложений Кейв в спокойном мелководном бассейне. Несмотря на влияние синхронного или предшествующего вулканизма на породы пачки А, высокоглиноземистые метаосадочные породы Кейв представляют собой первый в истории раннего докембрия региона период чисто терригенного осадконакопления, обусловленный глубоким предшествующим и синхронным выветриванием пород областей питания и значительной осадочной дифференциацией вещества, связанной со стабилизацией тектонического режима.

Если в нижней части кейвского комплекса содержание Сорг в целом уменьшается вверх по разрезу, то для его верхней, стрельнинской части, выявляется обратная картина (рис. 5). Распределение Сорг в различных типах метаосадочных пород, в зависимости от фациальных условий и в разрезе стрельнинской серии показано в табл. 3 и 4.


В целом среди первично-осадочных образований стрельнинской серии преобладают породы терригенного ряда, зрелость и степень дифференциации которых возрастают вверх по разрезу. В самой верхней — сейдореченской — свите метаосадочных пород (отложений мелководного бассейна) появляются метапелиты первично-гидрослюдисто-лептохлорит-монтмориллонитового состава, которые обнаруживают наиболее высокое среднее содержание Cорг — 0,45% мас.% (максимальное до 0,61 мас.%) сравнительно с общим невысоким фоном по этому компоненту у всех метаосадочных пород серии. Необходимо отметить усиливающееся к поздним этапам формирования серии влияние на седиментогенез процессов синхронного основного и пикритового вулканизма.

Среднепротерозойская, собственно карельская часть разреза докембрия региона (рис. 1, 2, табл. 5) объединяет супракрустальные образования, развитые в пределах Печенгско-Варзугского пояса, Усть-Понойской зоны и Пана-Куолаярвинской зоны, входящей в состав Северо-Карельского пояса карелид. Распределение Сорг в толщах Карелия изучено по более чем 800 пробам, причем наибольшая их часть приходится на продуктивную (четвертую осадочную) печенгскую толщу, представляющую особый интерес в связи с приуроченностью к ней никеленосных интрузий и детально исследованную в рассматриваемом аспекте.

Обобщенные данные по распределению Сорг в метаосадочных породах изученных уровней разреза Карелия помещены в табл. 6. Там же перечислены наиболее типичные породы, содержащие повышенные концентрации Cорг. Наиболее полно в карельском комплексе представлены терригенно-углеродистые ассоциации, основные носители Cорг в которых — метапелиты, метаалевропелиты и реже метаалевропсаммиты и метапсаммиты. Вверх по разрезу комплекса увеличиваются в объеме отдельных толщ хемогенно-углеродистые ассоциации, в которых обогащены Cорг кремнистые и в меньшей мере карбонатные породы. В составе тех и других ассоциаций, тяготея ко вторым, содержатся углеродистые туфогенные образования, чаще всего основного, реже пикритового и среднего состава.

Закономерности распределения Cорг в метаосадочных породах Карелия при тенденции увеличения содержания вверх по разрезу являются достаточно сложными, что связано с варьирующим влиянием палеотектонических, палеоклиматических, палеовулканических и других факторов.

Для обсуждения некоторых общих закономерностей распределения Cорг в разрезе карельского комплекса можно обратиться к более детально изученным отдельным районам и объектам. В этом отношении представительна Печенгская зона (рис. 6). Обобщенные данные по карельскому комплексу региона содержатся в табл. 5 и 6.

Распределение Cорг в разрезе Карелия, по-видимому, свидетельствует о необходимости пересмотра объема и границ существующих серий. Так, например, родство пильгуярвинской свиты и южнопеченгской серии указывает на возможность их объединения в рамках верхнего подкомплекса Карелия с выделением пильгуярвинской толщи в ранге серии и расчленением ее в свою очередь на свиты. Аналогично этому лежащие ниже толщи могут быть выделены в составе нижнего подкомплекса Карелия с разделением его на серию, аналогичную ятулийской (свиты куэтсярви и коласйоки), и редуцированную сариолийскую (свита ахмалахти).

Рассматриваемая здесь граница нижнего и верхнего подкомплексов Карелия уже обсуждалась нами как крупный палеоклиматический рубеж в протерозое, имеющий важное корреляционное и геоисторическое значение.

Аналогичные сведения, основанные на детальных исследованиях В.А. Мележика, могут быть приведены для Имандра-Варзугской зоны, отличающейся от района Печенги тем, что граница верхнего и нижнего подкомплексов Карелия здесь, вероятно, проходит внутри ильмозерской свиты (по уровню появления углеродистых метаосадочных пород), по-видимому, отвечающей по объему коласйокской и пильгуярвинской свитам Печенги.

Представляют интерес закономерности распределения Cорг в метаосадках, обусловленные фациальными и палеогеографическими условиями их накопления. Они в определенной мере отражены в обобщенном виде в табл. 7 и на рис. 7. Обращают на себя внимание три существенные закономерности. Во-первых, в обобщенном фациальном ряду осадочных пород повышенными содержаниями Cорг выделяются отложения застойных и лагунных фаций мелководных зон в отличие от потоковых, прибрежных и относительно глубоководных, т.е. выделяется некоторая оптимальная область накопления и захоронения органического вещества (OB) в осадках (а может быть, оптимальная и для жизнедеятельности фитопланктона). Во-вторых, от пород нормального типа в сторону понижения общего фона по Cорг отклоняются мелководные осадки зон активного вулканизма, проявившегося в обстановках, близких к аридным. В-третьих, ощутимое повышение общего содержания Сорг отмечается для мелководных осадков зон активного вулканизма, происходившего в климатических условиях, близких к гумидным.


В связи с изложенным, может быть, следует подчеркнуть преимущественную приуроченность древнейших строматолитовых и онколитовых образований к породным парагенезам, обнаруживающим признаки аридности условий накопления, и практическое их отсутствие в отложениях верхнего карельского подкомплекса. Эта особенность согласуется и с данными по условиям образования и распространения фанерозойских строматолитов.

Наиболее детально изучена в фациальном отношении и типична для верхнекарельского подкомплекса, в нашем понимании, продуктивная, или пильгуярвинская, осадочная толща (свита) Печенгского синклинория. Она характеризуется устойчивым повышенным фоном по Сорг для всех метаосадочных пород, который составляет 0,4—7 мас. % (в том числе для метапелитов 2—7 мас. %). При этом в фациальном ряду, как это отмечалось выше и для карельского комплекса в целом, наибольшее содержание Сорг устанавливается для отложений мелководья (в среднем 3,26 мас.% для всех типов пород и 4,4 мас. % для метапелитов). Основная масса (или ресурс) Сорг продуктивной толщи (примерно 75% от общего количества) сосредоточена в пачке В.

Заметим, что с распределением Сорг закономерно, хотя и не прямолинейно, согласно исследованиям Н.Б. Бекасовой и А.А. Аведисян, связано распределение сульфидной серы, что немаловажно для определения перспектив рудоносности базит-гипербазитовых интрузий, приуроченных к продуктивной толще.

Ряд признаков указывает на возможную связь повышенных концентраций биогенного Сорг в продуктивной толще Печенги с синхронными вулканическими, точнее, поствулканическими процессами поступления газов и гидротермальных растворов в мелководный бассейн, в котором накапливались отложения продуктивной толщи. В то же время особенность толщи — отсутствие заметных количеств вулканического и, в частности, туфового материала на уровне развития метапелитовых и углеродсодержащих пород. В определенной мере это может быть связано не с отсутствием синхронной вулканическим явлениям седиментации, а с влиянием влажного климата, способствовавшего быстрому разложению вулканогенного материала в условиях достаточно высокой общей стабилизации тектонического режима.

Рифейский и вендский комплексы, обычно рассматриваемые в составе верхнего протерозоя, в отношении распределения Сорг были исследованы В.В. Любцовым на северо-западе региона. Разрезы этих комплексов характеризуются отсутствием вулканических пород и осадочных образований, несущих следы влияния синхронного вулканизма, и отсутствием собственно регионально-метаморфических изменений. Обобщенные данные по содержанию Сорг в осадочных породах верхнего протерозоя на основании изучения 103 проб приведены в табл. 8, в распространенных типах пород и осадочных свитах соответственно в табл. 9—11 и на примере сводного разреза полуостровов Среднего и Рыбачьего и о-ва Кильдин на рис. 8.

Некоторые общие закономерности распределения Сорг в супракрустальных толщах докембрия Кольского региона — лишь первый и в основном качественный этап обобщения полученных данных. По-видимому, необходимо дополнительное накопление материала для разработки количественных показателей распределения Сорг как в отдельных типах пород, так и в разрезах докембрия в целом с учетом относительного распространения пород в различных зонах и уровнях общего разреза. В то же время на данном этапе возможны некоторые обобщающие выводы, касающиеся геологического значения выявленных закономерностей.

Прежде всего намечается направленный рост общего фонового содержания Сорг в метаосадочных породах, неоднородности его распределения, масштабов проявления углеродистых отложений от древнейших архейских толщ к среднепротерозойским, карельским. При этом происходит закономерная смена парагенезов пород сложных вулканогенно-осадочных и терригенных в архее собственно терригенными в нижнем протерозое и вновь вулканогенно-осадочными и осадочными в карельское время.

Размещение углеродистых, т.е. обогащенных Сорг, отложений в разрезе докембрия региона весьма неравномерно и обнаруживает ряд максимумов, вероятнее всего отражающих этапы активного накопления биогенного вещества в связи с неравномерным и направленным развитием докембрийского органического мира Земли. Первичный состав самих углеродистых отложений обнаруживает признаки эволюционного изменения во времени. Так, на архейских уровнях наиболее обогащены Сорг породы туфогенно-терригенного ряда с присутствием в первичном составе гидрослюдисто-железисто-хлоритовых пелитов, кремнистого вещества и сульфидов. Для нижнепротерозойских толщ характерно присутствие углеродистых продуктов в глинистых отложениях ряда гидрослюда — каолинит, отчасти монтмориллонит-лептохлорит, для карельского комплекса — в разнообразных породах. Среди них преимущественным распространением в комплексе в целом пользуются монтмориллонит-гидрослюдистые и гидрослюдистые пелиты, граувакковые глинистые алевролиты. В верхних частях разреза Карелия в числе углеродистых пород существенное место занимают кремнистые (фтаниты, лидиты), а также карбонатные породы и основные туффиты.

Литолого-петрогеохимические особенности углеродистых пород и парагенных отложений позволяют ставить вопрос о палеоклиматической типизации метаосадочных толщ докембрия региона. Намечаются два крупных уровня развития углеродистых отложений, по-видимому, формировавшихся в условиях, близких к гумидным климатическим обстановкам, т.е. достаточно влажных и по температурному режиму способствовавших, с одной стороны, процессам выветривания исходных пород, а с другой мощному проявлению биогенных процессов и накоплению OB. Первый из этих уровней — нижнекейзский, характеризующийся преобладанием пород собственно терригенной осадочной линии, а второй — верхнекарельский, отмеченный влиянием синхронного с седиментацией вулканизма, — основного и пикритового. Существенно, что верхнекарельским — заонежским и ладожским — толщам предшествуют ятулийские — с комплексом признаков накопления осадочных пород в условиях, близких к аридным. Намеченные палеоклиматические особенности метаосадочных толщ делают необходимыми дальнейшие детальные литолого-геохимические исследования с использованием методов сравнительного анализа изучаемых докембрийских и хорошо изученных фанерозойских толщ, эталонных для определенного типа палеоклиматических обстановок.

По-видимому, немаловажно значение выявленных закономерностей распределения Сорг в метаосадочных толщах для их расчленения, сравнения и корреляции. О необходимости пересмотра и уточнения некоторых стратиграфических границ, в частности внутренних границ и рубежей Карелия, выше уже говорилось. Подчеркнем здесь еще раз специфические отличия в рассмотренном аспекте парагенезов пород, относящихся (в нашей схеме деления) к верхнему архею, нижнему и среднему протерозою. Заслуживает внимания и еще одна особенность состава и строения разреза докембрия региона: относительное расположение в разрезе двух устойчивых уровней развития углеродистых отложений (нижнекейвского и верхнекарельского) и находящегося между ними красноцветного (аридного) ятулийского уровня. Эта "вилка", как показывают первые результаты сопоставления данных по удаленным регионам, по-видимому, может быть использована для целей не только межрегиональной, но и межконтинентальной корреляции.





Яндекс.Метрика