24.03.2021

Вопросы химизма позднеархейской коры выветривания Курской магнитной аномалии


Важное значение в литогенезе раннего протерозоя KMA имеет позднеархейская (докурская) кора выветривания, метаморфизованные реликты которой мощностью 0,5—20 м встречаются практически на всей территории региона и ассоциируют с также широко развитой толщей олигомиктово-и мономиктово-кварцевых метапсаммитов и метапсефитов в основании курской серии, являющихся продуктом их перемыва. Эта «генеральная» кора выветривания маркирует древнейшую из установленных на KMA поверхность выравнивания. Она установлена на архейских породах различного возраста, основности и петрографического состава: плагиогнейсах обоянской серии, амфиболитах и кварцевых порфирах михайловской серии, плагиогранитах и мигматитах салтыковского комплекса. Находки хромшпинелидов в метапсефитах Старооскольского рудного района указывают на размыв не обнаруженных пока в реликтах кор выветривания на мелких телах позднеархейских ультрабазитов.

Вне зависимости от основности архейского субстрата в низах коры выветривания обнаруживается дезинтеграция материнской породы, появляется ориентированность минералов, серицитизируются полевые шпаты. Выше по профилю кора представлена полевошпат-серицит-кварцевым сланцем (на амфиболитах — с биотитом и хлоритом), в котором полевые шпаты значительно разложены и серицитизированы, кварц также подвергся дезинтеграции и серицитизации по трещинкам, появляется регенерированный кварц в червеобразных выделениях. Верхние из сохранившихся горизонтов кор на кислом субстрате представлены кварц-серицитовыми сланцами свилеватой текстуры, а на основном — кварц-хлорит-биотит-гранатовыми сланцами узловатой текстуры со ставролитом, силлиманитом и мусковитом. Принадлежность этих образований к корам выветривания доказывается их постепенным переходом в неизмененные материнские породы, идентичностью типа цирконов в рассматриваемых сланцах и субстрате, наличием дезинтегрированных кварцевых жил архейского возраста, продолжающихся в субстрате, сохранностью характерного для материнских пород титанового модуля и закономерным последовательным изменением вверх по профилю целого ряда петрохимических характеристик. Последние очень близки к характеристикам одновозрастных докриворожских мегаморфизованных кор выветривания Украинского щита. Наряду с реликтами докурских кор в верхнем архее KMA (лебединская свита михайловской серии) иногда отмечаются линзы частично переотложенных продуктов коры выветривания, обогащенных глиноземом (до 36,34%), корундом, силлиманитом, ставролитом, гранатом и отличающихся резко измененным титановым модулем.

Сопоставление раннедокембрийских метаморфизованных кор выветривания с современными неметаморфизованными корами во многом остается дискуссионным, что обусловлено сложностью, интенсивностью и длительностью геологических процессов, в которых им пришлось участвовать. Так, докурские коры KMA претерпели частичную эрозию, захоронение, эпигенез, а также метаморфизм и интенсивные дислокации в атаманскую эпоху гранитизации, регионально-контактового метаморфизма и демобилизации архейского субстрата. Сходным превращениям подверглись раннедокембрийские коры других регионов. Вследствие этих процессов минералого-петрографические и структурно-текстурные характеристики раннедокембрийских и молодых кор весьма различны и не могут дать уверенных и объективных сопоставлений. Традиционные «геохимические диаграммы кор выветривания» также неудобны для графических сопоставлений и непригодны для статистически значимых массовых сравнений. Представляется, что массовые сопоставления петрохимических, геохимических и других характеристик кор выветривания можно делать на основе сравнения их по балансу вещества. Такой подход позволяет сравнивать уплотненные, метаморфизованные, частично затронутые эпигенезом коры выветривания между собой и с эталонными профилями выветривания молодых кор.

Изменение объема пород коры выветривания при метаморфизме (и эпигенезе) значительно искажает результаты расчета баланса компонентов по «способу абсолютных масс». Хорошие результаты дает расчет баланса по «способу компонента-свидетеля», в качестве которого принимается практически неподвижный при гипергенезе (и метаморфизме) глинозем, содержащийся в породах субстрата и корах в значительном количестве, что снижает влияние ошибок при определении его концентраций.

Опасения за неточность этого способа по сравнению со «способом абсолютных масс» представляются преувеличенными. Ни тот, ни другой способ не является идеально точным. Глинозем обладает некоторой подвижностью, что, разумеется, вносит искажения в результаты расчета по способу компонента-свидетеля, но абсолютная их величина невелика. Так, в каолинитовой зоне некоторых полных профилей погребенной неметаморфизованной докаменноугольной коры выветривания юго-западной части KMA отмечены тончайшие кристаллики диаспора. Предполагается, что он мигрировал в эту зону из зоны свободного глинозема при эпигенезе коры выветривания. Его количество очень невелико (от единичных зерен до 1%) и не вносит существенных ошибок в расчет баланса компонентов. При расчетах по способу абсолютных масс также делается допущение о неизменности объема коры выветривания, что не вполне соответствует действительности. Коры выветривания, особенно погребенные, уплотняются, что вносит неконтролируемую ошибку в расчет баланса компонентов по способу абсолютных масс. Так, упоминавшиеся докаменноугольные коры юго-запада KMA погребены под осадочным чехлом мощностью до 600 м, что соответствует давлению около 150 кг/см2, испытываемому корами десятки миллионов лет. Для оценки этой величины укажем пределы прочности на сжатие (в лабораторных условиях), составляющие для известняков 490—1050 и для песчаников — 280—560 кг/см2, для аллитов и бокситов из верхних зон докаменноугольных кор юго-запада КМА — в среднем 119 кг/см2 [по 260 пробам] и лишь для 5% из 260 проб они выше 300 кг/см2. Доказано, что в погребенной коре выветривания железистых кварцитов Лебединского участка KMA усадка верхних зон профиля равна 26,6—53,6% первоначальной мощности.

Таким образом, способ расчета баланса вещества по компоненту-свидетелю может быть успешно применен к корам любого возраста, а для метаморфизованных кор является наиболее надежным способом. Ряды подвижности основных компонентов в докаменноугольных корах юго-запада КМА, рассчитанные нами двумя упомянутыми способами, совпали. Общий баланс вещества на профилях выветривания (В) рассчитывается из формулы:
Вопросы химизма позднеархейской коры выветривания Курской магнитной аномалии

где C(Al2O3)с — концентрация (мас. %) глинозема в субстрате коры выветривания; С(Аl2O3)кв — то же, в исследуемой зоне коры выветривания, К — коэффициент накопления глинозема в коре выветривания:

Баланс отдельного породообразующего компонента (bRO, в % от содержания этого компонента RO в субстрате) определяется из выражения:

где C(RO)c — концентрация (мае. %) компонента RO в субстрате; C(RO)кв — то же, в исследуемой зоне коры.

Аналогично может быть рассчитан баланс микрокомпонента (Вх), в г/т:

где Cхс — концентрация (г/т или n*10в4%) микрокомпонента х в субстрате; Схкв — то же, в коре выветривания.

Тот же баланс в процентах от содержания микрокомпонента в субстрате рассчитывается из выражения

где концентрации микрокомпонентов могут быть взяты в любых единицах. Знак минус перед результатами расчета по всем приведенным выражениям обозначает вынос, плюс—привнос. При необходимости выполнять многочисленные расчеты балансов легко может быть составлена несложная программа для ЭВМ. Путем таких расчетов для верхних горизонтов реликтов докурских кор выветривания нами получены ряды подвижности основных компонентов в коре по амфиболитам. Эти ряды близки к рядам подвижности, описанным для одновозрастных докриворожских метаморфизованных кор выветривания, и в целом близки к рядам подвижности для молодых кор. Исключение составляет активное накопление калия, отмеченное также большинством исследователей метаморфизованных кор выветривания в других регионах. Известно, что калий фиксируется в гидрослюдах, а поэтому может накапливаться в гидрослюдистой зоне профиля молодых кор выветривания. Отсюда напрашивается вывод о том, что в реликтах ранне-докембрийских кор сохранилась лишь зона гидрослюд, а характерные для нее закономерности ошибочно распространяются на весь процесс выветривания в раннем докембрии.

Для исследования этого вопроса нами рассмотрено поведение К и SiO2 в корах выветривания различного возраста и разных регионов на основе сопоставления в них баланса вещества, рассчитываемого по способу компонента-свидетеля. Результаты их сопоставления по другим компонентам и характеристикам должны составить предмет отдельной работы.

В качестве эталона приняты неметаморфизованные погребенные докаменно-угольные коры выветривания юго-западной части KMA в основном по разрезам с полным, реже неполным профилем выветривания. Субстратом исследованных профилей являются различные парасланцы, реже сиениты раннего протерозоя. Химизм этих профилей охарактеризован расчетами баланса вещества на основе 216 полных химических анализов, заимствованных из литературы и любезно предоставленных автору Ф.Я. Волочаевым и Т.А. Хрестиной. Выделение зон в профилях по неопубликованным данным выполнено Ф.Я. Волочаевым по минералого-петрографическим данным. Химизм профилей докурских метаморфизованных кор охарактеризован балансами вещества на основе 18 полных химических анализов по материалам автора и опубликованным данным. Для сравнения такие же расчеты сделаны по 37 химическим анализам опубликованных профилей раннедокембрийских (преимущественно одновозрастных докурской) метаморфизованных кор выветривания Карелии и Криворожья.

Как видно из рис. 1 (а), общий вынос вещества в докаменноугольных корах колеблется от 60 до 665 кг/т, составляя в зонах дезинтеграции и гидрослюд 60—320, каолинита — 330—430 и свободного глинозема — 500—665 кг/т. Границы зон можно было изобразить не линией, а полосой пограничных значений, но наличие в зонах коры минералов, характерных для других зон профиля, делает их выделение несколько субъективным и позволяет принять предлагаемые условные значения 325 и 475 кг/т. Так, например, свободный глинозем иногда встречается в верхах зоны каолинита.

Основной компонент, выносимый из сланцев субстрата, — кремнезем, среднее содержание которого в субстрате составило 60,3%. Практически все фигуративные точки выноса SiO2 различных профилей легли на одну прямую, что позволяет наметить границы зон профиля также по выносу SiO2 (47 и 67%). Предполагается, что профили выветривания по мафит-ультрамафитам дали бы график, более приближенный к оси ординат, однако в эталонной докаменноугольной коре юго-западной части KMA полные профили на таких породах не обнаружены. Параллельно с выносом SiO2 снижается содержание в продуктах выветривания кварца, но даже в каолинитовой зоне его содержание составляет 5—15 мас. % (см. рис. 1, а).


Описанный баланс SiO2 позволяет использовать его вынос как второй опорный коэффициент при сравнении химизма кор, т. е. сравнивать их по условно неподвижному компоненту-свидетелю (глинозему), накопление которого характеризуется на сопоставительном графике общим выносом вещества, и закономерно подвижному компоненту (кремнезему), характеризуемому его собственным выносом. Проанализируем с этой точки зрения метаморфизованные раннедокембрийские коры. Как видно из рис. 1, б, общий вынос вещества для большинства этих кор не превышает 325 кг/т, что отвечает зонам дезинтеграции и гидрослюд, но в верхах отдельных профилей он достигает 400—596 кг/т, что указывает на наличие зоны каолинита и низов зоны свободного глинозема. Фигуративные точки выноса SiO2 в реликтах кор на лейкократовом субстрате подчиняются той же закономерности, что и точки выноса кремнезема в докаменноугольных корах КМА. Для большинства (25 из 31) реликтов вынос SiO2 не превышает 45% (что отвечает зонам дезинтеграции и гидрослюд), но в верхах некоторых кор отмечается вынос до 62,3% кремнезема (верхи каолинитовой зоны). В число этих точек входят и точки, характеризующие коры на амфиболитах КМА, для которых вынос кремнезема должен быть естественно меньше, так как его доля в составе продуктов выноса ниже, чем в лейкократовом субстрате. Некоторое кажущееся снижение выноса кремнезема может быть следствием окварцевания верхней части коры. Выше отмечалось появление в верхах реликтов кор червеобразных выделений вторичного кварца.

Таким образом, общий баланс вещества и баланс кремнезема в реликтах метаморфизованных раннедокембрийских кор выветривания подтверждают представления о широком преобладании среди них зон дезинтеграции и гидрослюд. В то же время верхи некоторых реликтов отвечают каолинитовой зоне, что допускается и другими исследователями. В кварц-серицитовых сланцах из верхов таких кор электронная микроскопия иногда выявляет мельчайшие включения каолинита, которые рассматриваются как реликтовые. В отдельных случаях (в первую очередь на амфиболитах михайловской серии КМА) сохранились нижние части зоны свободного глинозема, что не противоречит ранее высказанным представлениям о вероятности развития этой зоны в ранне-докембрийском профиле выветривания. За исключением отдельных зернышек корунда, минералы свободного глинозема в верхах кор не встречены. Окислы и гидроокислы глинозема неустойчивы даже в эпигенезе и подвергаются силификации уже при захоронении кор. При метаморфизме происходит дальнейшее их преобразование в альмандин и ставролит, характерные для «узловатых» сланцев верхней части профиля реликтов метаморфизованных кор КМА. Иногда образуются андалузит, дистен, силлиманит, корунд. Однако продукты перемыва докурских кор выветривания, слагающие базальный горизонт курской серии, в целом небогаты глиноземом. Его содержания в наиболее распространенных породах — кварцевых метапсаммитах — по 27 пробам колеблются от 0,38 до 8,22%, составляя в среднем 3,24%. Очевидно, образование полного профиля выветривания в докурских корах было скорее частностью, чем закономерностью. Можно предположить, что в них преобладали площади с неполным профилем с мощной зоной каолинита, содержащей значительные количества кварцевых зерен и обломков кварца из пегматитовых и гидротермальных жил. Этот кварц послужил петрофондом для накопления мощных толщ кварцевых метапсаммитов (среднее содержание SiO2 по 27 пробам — 90,98%) с линзами метапсефитов, слагающих основание курской серии. Размыв редко достигал нижних зон профиля, так как зерна полевых шпатов в метапсаммитах редки, а обломки пород встречаются исключительно редко. В частности, поэтому-то эти зоны и сохранились в реликтах кор.

В таких условиях вероятность обнаружения в реликтах метаморфизованных кор верхних зон их первоначального профиля очень мала. Плавность тектонических движений раннего докембрия способствовала развитию мощных и зрелых площадных кор, но столь же плавно происходила смена знака движений и нарастание погружений. Фациальный анализ базальных отложений курской серии говорит об ограниченном смешении осадочного материала перекрывающих коры отложений, о медленном погружении территории и о постепенном расширении бассейнов осадконакопления. При таком погружении, как известно, происходит глубокая эрозия профиля выветривания, и реликты площадных кор обычно представлены лишь нижними их зонами. Наиболее вероятна сохранность полного профиля коры на склонах сводовых поднятий.

Установив принадлежность исследуемых реликтов метаморфизованных кор раннего докембрия к зонам профиля выветривания, рассмотрим поведение на нем калия. В докаменноугольных корах юго-западной части KMA он в подавляющем большинстве случаев выносится (рис. 2). Его вынос хорошо, хотя и менее строго, чем вынос кремнезема, коррелируется со значениями общего выноса вещества (некоторый разброс фигуративных точек может быть вызван погрешностями лабораторного определения малых количеств К2О). Лишь две точки, относящиеся к неполному профилю выветривания на богатых калием сиенитах (7,90% К2О), указывают на небольшое накопление калия. Этот профиль (дотурнейский) несколько древнее других (довизейских) профилей докаменноугольной коры КМА, что позволяет предположить эпигенетическое наложение калия за счет богатых этим элементом вод, циркулировавших в погребенной коре, когда на соседних участках продолжался его интенсивный вынос из развивавшихся профилей.

Реликты раннедокембрийских кор дают значительный разброс фигуративных точек баланса калия: три точки отмечают вынос, две — его фиксацию, а абсолютное большинство (26) — накопление. В области положительных значений баланса калия намечается тенденция роста привноса его с увеличением общего выноса вещества. Привнос калия, в том числе весьма значительный, отмечен для всех рассмотренных кор, отвечающих верхним зонам профиля выветривания (см. рис. 2). В то же время две из трех точек, указывающих на его вынос, легли строго на график выноса калия в довизейских корах КМА. Представляется, что поведение калия на профилях раннедокембрийского выветривания было таким же, как на профилях молодых кор, и характеризовалось его выносом. Привнос калия в верхние зоны реликтов раннедокембрийских кор свидетельствует о том, что его накопление (в целом по профилю) связано не с формированием профиля выветривания, а с его наложенными изменениями.

В нижних зонах молодых кор калий может задерживаться вследствие ионной сорбции в решетке гидрослюд или вследствие относительной устойчивости микроклина к выветриванию. Субстрат раннедокембрийских кор беден калием, так как он образовался до эпохи интенсивного насыщения литосферы этим элементом; поэтому второй фактор не мог играть существенной роли. Это относится и к докурским корам КМА, образовавшимся за 800—900 млн. лет до атаманской эпохи калиевого метасоматоза. Если в них иногда и обнаруживаются зерна микроклина, то они представляют собой метасоматические новообразования, а не реликты. Салтыковские плагиограниты субстрата, например, содержат всего 2,75% K2O. На богатом калием субстрате молодых кор калий может не только задерживаться, но и активно накапливаться в гидрослюдах нижних зон профиля выветривания, однако не в каолинитовой зоне, так как каолинит не обладает способностью к ионной сорбции К; эта зона профиля сама поставляет его для накопления в нижележащих зонах.

Случаи накопления калия в зоне каолинита молодых кор связаны в основном с появлением в ней эпигенетических гидрослюд. Калиевый эпигенез кор выветривания протекает при их перекрытии за счет богатых калием грунтовых и подземных вод, чему способствуют обогащенность субстрата и продолжение корообразования на других участках региона. Очевидно, этим условиям отвечает упоминавшийся профиль дотурнейской коры на сиенитах КМА.

Допротерозойская эпоха выветривания на KMA была весьма длительной, что, несмотря на бедность субстрата калием, должно было способствовать калиевому эпигенезу кор. Фактором обогащения грунтовых вод калием может явиться периодическая засушливость климата, что совместимо с общими представлениями об условиях раннего докембрия и фактом преобладающего развития в нем неполного профиля выветривания. Калиевый эпигенез, очевидно, происходил одновременно с эпигенетической ресилификацией минералов свободного глинозема, представляя единый процесс эпигенетического метасоматоза. Интенсивность эпигенетических преобразований перекрытой коры закономерно увеличивается вверх по ее профилю, что наблюдается, например, в докаменноугольных корах юго-западной части KMA и согласуется с повышением привноса калия вверх по профилю раннедокембрийских кор.

Однако в том же направлении воздействовал на коры и термальный эндогенный метасоматоз, сопряженный с их метаморфизмом. Так как пористость коры выветривания нарастает вверх по профилю, то распределение циркулировавших при метаморфизме растворов также должно было способствовать усилению осаждения из них калия вверх по профилю. На вероятность термального калиевого метасоматоза реликтов раннедокембрийских кор KMA указывает развитие серицитизации в цементе перекрывающих коры метапсефитов и в породах субстрата, что не может быть объяснено эпигенезом. Метаморфизм докурских кор выветривания, очевидно, связан с атаманской (конец раннего протерозоя) эпохой регионально-контактового метаморфизма, регионального калиевого метасоматоза, гранитизации, омоложения радиологических дат и ремобилизации архейского субстрата. Она совпадает с эпохой насыщения литосферы калием, что проявилось в образовании крупных и многочисленных массивов ми-кроклиновых гранитоидов, обширных полей микроклиновых мигматитов и рассеянной микроклинизации пород. Серицитизация может быть отнесена к более низкотемпературным проявлениям этого регионального процесса, а коры выветривания в разрезе пород раннего докембрия представляли горизонт, хорошо проницаемый для серицитизирующих растворов. Разделить результаты воздействия на раннедокембрийские коры эпигенетического и эндогенного метасоматоза пока не представляется возможным, но необходимо учитывать, что метаморфизм кор не был вполне изохимическим, как это предполагалось.

Резюмируя изложенное, можно сделать вывод о том, что химизм позднеархейского выветривания на KMA и в раннем докембрии других регионов был в целом таким же, как и в фанерозое. Длительно формирующиеся "генеральные" площадные коры выветривания имели в основном неполный профиль с мощной каолинитовой зоной. На отдельных участках, в первую очередь на амфиболитах михайловской серии, развивались коры полного профиля. Вследствие плавности опускания территории в начале протерозоя докурские коры подверглись глубокой эрозии. Остаточный кварц перемытых каолинитовой и верхов гидрослюдистой зон образовал олигомиктово-кварцевые перекрывающие отложения стойленской свиты курской серии. В захороненных реликтах кор выветривания сохранились в основном зоны дезинтеграции и гидрослюд, но на отдельных участках, вследствие локальных особенностей условий захоронения, остались неэродированными фрагменты каолинитовой зоны и даже зоны свободного глинозема. Захороненные реликты кор подверглись эпигенетическому метасоматозу. Эпигенез проявился, в частности, в накоплении калия за счет наложенных гидрослюд и ресилификации минералов свободного глинозема. Накопление калия в реликтах позднеархейских кор KMA является не особенностью химизма выветривания этой эпохи, а закономерным следствием эпигенеза, химизм которого в целом такой же, какой наблюдается и в захороненных корах фанерозоя. Дополнительное изменение химизма захороненных реликтов кор выветривания произошло при эндогенном термальном кремниево-калиевом метасоматозе, сопряженном с их метаморфизмом и дислокациями в конце раннею протерозоя. Вследствие этих процессов гидрослюды и каолинит оказались преобразованными в серицит, а минералы свободного глинозема — преимущественно в гранат и ставролит, появился новообразованный кварц, что определило минералогические отличия профиля реликтов позднеархейских кор от профиля кор выветривания фанерозоя. Раннедокембрийские метаморфизованные коры выветривания Карелии и Криворожья вполне сходны с докурской корой выветривания КМА.





Яндекс.Метрика