25.03.2021

Геохимические особенности докембрийских кор выветривания щитов и срединных массивов (на примере Центральной Карелии и Кокчетавского массива)


Изучение древних метаморфизованных кор выветривания — один из наиболее надежных методов реконструкции климатических условий и палеогеографической обстановки докембрия. Такое изучение открывает путь познания древнейшей атмосферы Земли, выяснения специфики древнейшего осадкообразования, выявления и освоения в районах развития докембрийских толщ крупных запасов железных, медно-никелевых, серебряно кобальтовых руд и особо чистых кварцитов. Однако многие аспекты проблемы докембрийского выветривания находятся все еще на уровне постановки вопросов, и среди них — задача выявления кор выветривания среди метаморфизованных комплексов. В связи с этим особый интерес вызывает бокситообразование в допалеозое, которое, судя по широкому развитию древних кор выветривания латеритного типа, в докембрийское время протекало достаточно интенсивно. Ho описания бокситов или их обломков в докембрии весьма редки. Глубокометаморфизованные полимиктовые конгломераты с галькой боксита описаны в докембрии Кокчетавского массива.

Задача данного исследования состоит в том, чтобы сопоставить горные породы, возникшие в результате выветривания в раннем докембрии Балтийского щита и Кокчетавского массива, с целью выявления особенностей их формирования. Для проведения исследований избраны представительные разрезы, ассоциации пород, а также результаты химических анализов и количественных определений элементов примесей в наиболее характерных образцах (табл. 1, 2).

На территории Карелии в естественных профилях выветривания были обнаружены метаморфические сланцы ятулийского возраста кварц-серицитового, серицит-хлоритового и тальк-карбонат-хлоритового состава, соответствующие общему уровню метаморфизма в фации зеленых сланцев. Чтобы судить о направленности древнейшего выветривания, изучались ряды нарастающей интенсивности выветривания на породах контрастного состава: кислых (конгломераты преимущественно с гранитной галькой) и основных (диабазы) в районе Сегозера (Центральная Карелия). В пределах Кокчетавского докембрийского массива в Центральном Казахстане изучались продукты размыва кор выветривания в отложениях берлыкской свиты зерендинской серии, содержащей в основании разреза: полимиктовые конгломераты с первичнобокситовой (корунд-гранат-дистеновой) галькой, с галькой кварцевого песчаника (гранатовый кварцит), гранита и выветрелого гранитоида в глинистом (гранат-дистен-слюдяно-кварцевом) цементе; метаморфизованные осадочные отложения — песчано-глинистые (гранато-силлиманито-биотито-кварцевые сланцы), железистые (гранатиты) и карбонатные (плагиоклаз-диопсидовые) в районе пос. Энбек-Берлык, Kyлет (в 30 км к югу от г. Кокчетава). Породы метаморфизованы в амфиболитовой фации.

На основании расчета нормативного минерального состава рассмотрены вариации в корах выветривания и продуктов их размыва по сериям химических анализов пород. Использование для расчета серий анализов, характеризующих породы, связанные общими особенностями условий образования, позволяет выявить главные тенденции седиментогенеза, отраженные в минеральном составе исходных пород.

Основу для расчетов составляет распределение щелочей между глинистыми минералами и полевыми шпатами, а магния и железа — между глинистыми минералами и хлоритами. Приняты составы: гидрослюда (теоретический иллит) — 2К2O. MgO*FeO*6,5Аl2O316SiO2*5Н2O; монтмориллонит — Na2O*2МgО*5Аl2O3*24SiO2*6Н2O; хлорит — K1MgO*K2FeO*K3Al2O3*K4SiO2*(2)H2O, где коэффициенты K1—K4 — функция железистости породы. Расчетный состав отражает эмпирически наиболее часто встречающуюся комбинацию окислов (например, Al2O3*2SiO2 — каолинит) в условиях, приблизительно соответствующих региональному эпигенезу. Для единообразия в сопоставлении пород была взята диаграмма нормативно-минерального состава, позволяющая рассмотреть естественные ряды первично-осадочных пород и показать направленность в изменении их состава. Результаты расчета нормативного состава приведены в табл. 3; диаграмма кремнекислотности — минерального состава на рисунке.

Нормативный минеральный состав выветрелых пород Карелии характеризуется повышенным содержанием гидрослюды (50—60%) в ассоциации с гетитом (1—3%), а примесь полевого шпата и кварца, по-видимому, отражает реликтовый состав исходных пород. Повышенное содержание калия — характерная черта докембрийских профилей выветривания, которой могут быть даны различные объяснения. В частности, вероятно, это объясняется эрозией верхних горизонтов и сохранностью нижней — гидрослюдистой -зоны профиля выветривания.

В базальной части разреза докембрия Кокчетавского массива на основании нормативного минерального состава можно выделить ряд — кварцевый песок, гётит-каолинитсодержащие глины, каолинит-гиббситовая порода с гетитом, — включающий анализы 1, 2, 6, 9, и другой, дополнительный ряд — карбонатно-глинистая порода (мергель). Это сочетание рядов отражает, вероятно, поступление в бассейн продуктов глубокого химического выветривания алюмосиликатных пород, в том числе и гранитоидов (табл. 2, № 7, 8), и отложение карбонатов, содержащих значительную примесь магнезиальных и железистых глинистых минералов. В нормативном минеральном составе терригенных пород устанавливаются (в %): кварц — 26—67, гидрослюда — 15—20, хлорит — 2—60, каолинит — 18—30, гиббсит — 27. Проведенные расчеты, таким образом, позволяют интерпретировать геохимические данные применительно к исходным дометаморфическим породам.

Вариационные диаграммы распределения петрогенных и малых элементов обнаруживают особенности, присущие профилям выветривания. Для профиля выветривания Карелии и для ассоциации первично-глинистых пород Кокчетавского массива с конгломератами (с галькой каолиновых бокситов) и прослоями существенно хлоритовых (шамозитовых) отложений и смешанных карбонатно-глинистых пород характерно существенное увеличение содержания K2O в глинистой части осадка (при содержании Al2O3 = 20—25%). Весьма высокие содержания K2O в глинистых породах Карелии соответствуют вероятному гидрослюдистому составу базальной части профиля выветривания, а существенно более низкие содержания в Кокчетавском массиве, по-видимому, обусловлены сочетанием гидрослюд с каолинитом. В целом очевидно, что при формировании глинистых пород в процессе выветривания K2O накапливается, а в более зрелых — бокситовых — отложениях его содержание существенно понижается. В отношении Na2O наблюдается четкое различие содержаний, сравнительно высоких для исходных пород (за исключением цемента конгломерата) и резко пониженных для пород, прошедших стадию выветривания. Содержания CaO низкие; вариации незначительные, за исключением карбонатных и высокожелезистых пород. Одинаковые содержания MgO и их тренды характерны для пород обоих комплексов. Содержания MgO резко снижаются по сравнению с исходными высокомагнезиальными породами (диабазами), но увеличиваются в глинистой (гидрослюдистой) части относительно низкомагнезиальных исходных пород и резко падают в высокоглиноземистых (бокситовых) образованиях. Весьма показательно то, что степень окисленности железа значительно увеличивается по мере усиления интенсивности выветривания в естественных профилях Карелии (см. табл. 1). В целом суммарное содержание железа по сравнению с исходными породами увеличивается в глинистых отложениях и карбонатах и понижается в песчаной и бокситовой фациях. Наконец, в рассматриваемом процессе выветривания происходит уменьшение содержания SiO2 (с увеличением содержания AI2O3), что, по-видимому,обусловлено выносом кремнезема.

В отношении малых элементов (см. табл. 1, 2) необходимо отметить следующее. Такие элементы, как Ni, Co, Cr, V, сосредоточены в основном в глинистой части осадка. Здесь их накопление связано с выветриванием. Zn, Pb, Cu, Ba, Sr, Sc, Sn, Ga, U, В, а также частично Zr концентрируются также в глинистой части и, вероятно, являются в этом случае унаследованными от исходных пород. Карбонатные отложения обогащены Zn, Pb, Sr. а также F, по-видимому, за счет седиментации одновременно с кальцитом (доломитом), а повышенное содержание в них Be, вероятно, обусловлено особенностями состава глинистой фракции. Ртуть, которая, несомненно, перераспределяется в процессе метаморфизма, обнаруживает отчетливое тяготение к алюмосиликатным породам с повышенным содержанием цветных минералов. В целом можно сказать, что в рассматриваемом случае такие элементы, как Pb, Cu, Sr, Ba при выветривании исходных пород преимущественно рассеиваются в образующихся продуктах выветривания. Характерно заметное накопление Zr, а также Be в первично-песчаных отложениях Кокчетавского массива по сравнению с глинистыми породами, обусловленное, очевидно, сепарацией обломочных минералов (в частности — циркона) в тонких фракциях сортированных песчаников. Литий и свинец по содержаниям коррелируются с калием, но валовое их содержание в продуктах выветривания понижается.

Таким образом, в результате изучения дорифейского протерозоя на Балтийском щите и Кокчетавском массиве среди широко распространенных слоистых первичноосадочных и вулканогенно-осадочных комплексов устанавливаются продукты глубокого физико-химического выветривания. На Балтийском щите к ним относятся породы профилей выветривания с хорошо сохранившейся текстурой, эродированные до зоны существенно гидрослюдистого состава. Интенсивность, глубина и длительность выветривания здесь подтверждаются мощной толщей переотложенных продуктов — кварцитов с пластами железистых глинистых сланцев. В пределах Кокчетавского массива глубокое выветривание устанавливается по характерной ассоциации продуктов размыва, состоящих из гётит-калинитсодержащих (иногда с гиббситом) глинистых пород и высокозрелых кварцевых песчаников.

На Балтийском щите выветриванию подвергались главным образом гранитоиды, а также базальтоиды и осадочные породы (конгломераты), слагавшие основание протерозойского пенеплена. На Кокчетавском массиве выветрелые породы и глинистые продукты размыва кор выветривания залегают в нижней части мощной толщи (9000 м) первично-осадочных пород, которая, по-видимому, возникла за счет размыва гранитоидов и основных пород, выходивших на поверхность в пределах существовавших в то время областей размыва.

Можно предполагать, что выявленные процессы выветривания в этих двух регионах были не только палеогеологически сходны, но также и протекали в одно время. Возраст зерендинской серии Кокчетавского массива устанавливается древнее, чем 1,6 млрд. лет. Если принять, что в Карелии возраст рассматриваемых гранитоидов в области выветривания составляет 2,6-2,8 млрд. лет, а сумийско-сариолийские отложения (в том числе упомянутые выше базальтоиды и конгломераты) прорываются дайками с возрастом 2,45 млрд. лет при верхнем пределе возможного возраста перекрывающих отложений ятулия, содержащих продукты размыва кор выветривания, в 2,05 млрд. лет, то можно сказать, что на огромных площадях от Балтийского щита до Кокчетавского массива, а также, вероятно, в пределах Украинского щита и среднеевропейских докембрийских массивов в интервале времени 2,45 и 2,05 млрд. лет существовала длительная эпоха континентального выветривания.





Яндекс.Метрика