25.03.2021

Содержание микроэлементов в основных типах углеродсодержащих пород докембрия


Всестороннее изучение докембрийских осадочно-метаморфических толщ имеет большое научное и практическое значение. Это объясняется прежде всего тем, что многие полезные ископаемые находятся в древнейших толщах Земли. С этих позиций одно из наиболее перспективных направлений осадочной геологии докембрия — изучение углеродсодержащих и углеродистых отложений, формировавшихся уже с раннего архея. Для всех древнейших геологически документируемых стратифицированных комплексов (район Исуа, Юго-Западная Гренландия — 3,76 млрд. лет; район Унгава, Лабрадор, Канада — 3,6 млрд. лет; система Свазиленд, Южная Африка — 3,4 млрд. лет) довольно характерны углерод-графитсодержащие сланцы, гнейсы, карбонатные и кремнистые породы.

Находки в раннедокембрийских породах остатков низших водорослей, органических соединений, данные по изотопии углерода, серы, кислорода и другие факты убедительно говорят о возникновении жизни около 4 млрд. лет назад и биогенной природе углеродистого органического вещества (OB), находящегося в отложениях докембрия. Таким образом, углеродистое OB и углеродистые породы формировались на протяжении всей геологической истории Земли, причем углеродистый материал (в виде тонкорассеянного углерода, шунгита, графита) встречается во всех осадочно-метаморфических разностях пород (сланцах, гнейсах, кварцитах, конгломератах и т. д.).

Геохимическое своеобразие углеродсодержащих толщ — обогащенность их рудными элементами (V, U, Au, Fe, Mo, Cu, P и ряд других), причем содержания этих элементов обычно коррелируются с содержанием в них углеродистого OB биогенного происхождения. Однако надо отметить, что концентрация металлов в углеродсодержащих породах не определяется только валовым количеством углеродистого вещества, а в значительной мере зависит от степени насыщенности вод палеобассейна седиментации этими элементами. Первичное накопление металлов в углеродсодержащих породах в большинстве случаев не дает промышленных концентраций и обусловливает в основном повышенные содержания их по сравнению с толщами, не содержащими заметных количеств углеродистого вещества. Обогащенность данных пород рядом элементов объясняется тем, что как в процессе жизнедеятельности, так и после захоронения OB сорбирует из окружающей среды широкий набор элементов. Наибольшие концентрации элементов отмечаются в углеродсодержащих и углеродистых породах, прошедших лишь зеленосланцевую стадию метаморфизма, так как метаморфизм более высоких ступеней приводит к разрушению металлоорганических комплексов и сорбционных связей при превращениях органического углеродистого вещества в графитоид и графит. Рудные элементы, освобождаясь в процессе метаморфизма, образуют свои собственные устойчивые минералы или концентрируются в других минералах, или выносятся за пределы породы.

Исследования Св.А. Сидоренко и А.В. Сидоренко показали, что в докембрии из группы углеродсодержащих пород наиболее развиты углеродсодержащие сланцы и гнейсы.

В сланцах в зависимости от степени метаморфизма углеродистое OB может присутствовать в виде тонкораспыленного углерода, графитита и графита. Содержание Cорг в сланцах колеблется от долей процента до 10% и более. Эти углеродсодержащие (углистые, графитистые, графитовые) сланцы обычно содержат в разных количествах ряд микроэлементов. Особую разновидность данных сланцев представляют собой черные пиритовые сланцы — сульфидная фация железорудных формаций, содержащих значительные количества пирита (до 40%) и углерода (до 29%).

В гнейсах углеродистое OB обычно находится в виде единичных чешуек графита или небольших скоплений его (полосок, гнезд). Содержание графита может достигать десятков процентов (о-в Мадагаскар), но в общем количество графита в гнейсах обычно невелико, так же как и концентрации ряда микроэлементов. Это объясняется тем, что в условиях средней и высокой ступеней метаморфизма происходит "выгорание" Cорг, разрушение металлорганических соединений и сорбционных связей и как результат этого — "обеднение" высокометаморфизованных пород органическим углеродом и рядом металлов.

Довольно широко распространены в докембрии и кремнистые породы (кварциты, кварцито-песчаники), часть из которых содержит в своем составе тонкораспыленный углерод или графитовую минерализацию. Концентрация углерода (или графита) в данном типе пород обычно не достигает больших значений, и поэтому определяющую роль в концентрации микроэлементов в кварцитах иногда играет не Сорг (из-за малых его содержаний), а присутствие в составе пород аутигенных минералов (пирит, пирротин и др.), глинистой и вулканогенной составляющих. Ho в тех кремнистых породах, где содержатся значительные количества Cорг, взаимосвязь его с биофильными элементами проявляется довольно четко. Так, проведенные сравнения углеродистых метасилицитов (среднее содержание Cорг = 5%) с обычными кремнистыми породами (Cорг = 0,02%) показали, что в первых в 88 раз возрастает концентрация S, более чем на порядок V, Cu, Р, в 6 раз Ni. Такая же тенденция отмечается для углистых и безуглистых кварцитов и сланцев среднего протерозоя Урала.


Углеродистое OB (в виде тонкораспыленного углерода, шунгита, графита) встречается и в различных карбонатных отложениях докембрия. Однако количество Cорг в породах, за редким исключением, не достигает больших значений и, по-видимому, сопоставимо с его распространенностью в карбонатных породах фанерозоя (0,2—0,3% С). Для углерод-графитсодержащих карбонатных пород характерно постоянное повышенное содержание Mn и Sr, причем концентрация Mn иногда достигает больших значений (в карбонатных породах нижнего протерозоя KMA — до 9%; в углисто-карбонатных породах рифея Енисейского кряжа — до 29%). Значительные содержания Mn и Sr в данных породах, по-видимому, объясняются, кроме биофильности этих элементов, спецификой карбонатных пород, содержащих эти элементы в повышенных количествах по сравнению с другими литогенетическими типами пород. Интересно отметить, что в некоторых графитистых мраморах Балтийского щита и Восточного Саяна содержатся повышенные концентрации таких элементов, как Al, которые не характерны ни для карбонатных пород, ни для Cорг сапропелевого типа.

Большое научное и практическое значение имеют докембрийские конгломераты, некоторые из которых рудоносны (золото-урановое месторождение Витватерсранд в ЮАР; урановое месторождение Блайнд-Ривер, Канада). Для всех известных золото-урановых конгломератов характерно постоянное присутствие в их составе углеродистого вещества (или графита), причем наиболее обогащены им конгломераты Витватерсранда, имеющие возраст 2,3—2,7 млрд. лет. Для данных конгломератов характерна ассоциация золота с тухолитом (агрегат углеродистого вещества и уранита), элементный состав которого следующий (в %): С — 72,68, H — 3,36, N — 0,14, золы — 16,75, О — 6,69; причем в золе содержится (в %) : U3O8 — 8,48, PbO — 1,84, ThO2 — 0,27, TR — 0,07, P2O5 — 0,15, Au — 0,28. В последнее время установлено, что уран и золото в данном месторождении сорбировались уже около 2,5 млрд. лет назад растениями типа грибов и лишайников, т. е. многоклеточными организмами.

В цементе золотоносных конгломератов Тарква (Гана) содержатся концентрации следующих элементов (в %): Cорг — 0,6, Cu — 0,031, S — 0,335, Zr — 0,15, Au + Ag — 0,069. Ураноносный конгломерат одного из районов России содержит 0,9% Cорг и 1,5 Feпир, причем урановые минералы (настуран, уранит, коффинит) тесно связаны с сульфидами (пиритом, галенитом и др.) и OB. Кроме того, наблюдается урансодержащий битум двух генераций: в виде овальных включений размером до 0,5 мм и более поздний, который выполняет трещины длиной до 10 см. Исследования современных осадков, углеродистых пород фанерозоя и экспериментальные данные показывают, что необходимые условия для обогащения осадков и пород как золотом, так и ураном — высокие содержания в них OB и сероводородная среда седиментогенеза. Геохимическое сходство условий концентрации Au, U и Mo в фанерозое, по-видимому, может объяснить и условия накопления высоких содержаний этих элементов в углеродистых сланцах и в металлоносных конгломератах докембрия.

В разрезах всех известных докембрийских регионов земного шара встречаются пачки, слои и пласты, почти полностью состоящие из углеродистого вещества. Сюда прежде всего можно отнести шунгитовые породы Южной Карелии (возраст 1,65—1,8 млрд. лет), анализ OB которых показал, что оно содержит (в %): Cорг — 35,9—98,77, H — 0,25—0,9, золы — 0,45—56,9. В докембрии Канадского щита среди отложений верхнего гурона (штат Мичиган) встречаются линзы (до 1,5—2 м в длину и около 1 м мощности) антрацитоподобной породы, анализ одного образца которой дал такой состав (в %): С — 94,04, H — 0,78, N — 1,2, S — 0,32. Подобные углеродистые образования известны и из других районов развития докембрия: Гренландии, Эквадора, Воронежского кристаллического массива (BKM) и др. Возраст почти всех этих "чисто" углеродистых отложений находится в интервале 1,7—2,1 млрд. лет. Это - крупнейшая "эпоха" накопления углеродистых отложений в докембрии. В данных породах содержание Сорг достигает максимальных значений, в повышенных количествах наблюдаются здесь и микроэлементы, хотя обычно и не отмечается прямой зависимости концентрации элементов от Cорг. Так, проведенные исследования шунгитовых пород показали, что в них наблюдается прямая зависимость содержаний металлов от алюмосиликатной составной породы и обратная от количества Cорг. В исследованных графитах разного возраста и горючих сланцах фанерозоя также не отмечается прямой зависимости концентрации ряда элементов от Cорг. По-видимому, для каждого элемента имеются определенные пределы концентраций Сорг, в которых наблюдается прямая зависимость данного элемента от содержания Сорг, причем количество последнего ниже или выше этого предела нарушает эту зависимость. Так, например, для золота установлено, что тесная корреляционная связь его с Cорг начинается со значения Cорг = 0,5% и исчезает при значительных количествах OB.

Как видно из приведенных данных, наибольшие количества микроэлементов обычно приурочены к углеродистым первично-глинистым образованиям (различные углерод-графитсодержащие гнейсы) и высокоуглеродистым породам, т.е. отложениям, которые и в фанерозое обычно содержат несколько повышенные количества микроэлементов, что еще раз говорит о принципиальном сходстве геохимических процессов в докембрии и фанерозое.

Содержащийся в ныне доступных докембрийских породах Cорг — лишь незначительный остаток того OB, которое захоронялось в докембрии. Ho и этого количества было достаточно для образования мощных толщ углеродсодержащих пород, которые в настоящее время прослеживаются на значительные расстояния, например графитовые сланцы и гнейсы Украинского щита на расстояние около 300 км, графитовые породы на о-ве Мадагаскар — на 650 км, а черносланцевые отложения Балтийского щита на расстояние около 550 км.

Таким образом, присутствие значительных количеств Cорг в породах докембрия и биогенная концентрация элементов (Mo, Cu, Au, V и др.) привели к громадному их накоплению в углеродсодержащих и углеродистых породах, которые в свою очередь могли служить источником рудного вещества для некоторых стратиформных и жильных месторождений. Ho для реализации возможностей образования месторождений такого типа необходимы два основных условия: 1) чтобы углеродсодержащие и углеродистые породы, содержащие рассеянные сингенетичные рудные элементы, были вовлечены в сферу последующих рудообразующих, процессов (регионального и контактового метаморфизма, гидротермальной деятельности); 2) чтобы имелись благоприятные рудолокализующие структуры (зоны трещиноватости, флексурные перегибы и др.).





Яндекс.Метрика