» » Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

06.08.2016

В нижнепалеозойских толщах глауконит довольно широко распространен, однако высокие концентрации, какие обычно встречаются в мезозое и кайнозое, в них редки. Относительно повышенные содержания и сравнительно большая частота встречаемости МГГ характерны для отложений нижнего ордовика и нижнего кембрия, реже они отмечаются, и как правило в небольшом количестве, в породах среднего и верхнего отделов этих периодов.
С давних времен нижнепалеозойские глауконитоносные толщи северо-запада Восточно-Европейской платформы привлекали к себе внимание многих исследователей, изучавших как общие вопросы геологии, стратиграфии и палеогеографии этих районов так и занимавшихся минералогическим анализом глауконита.
Сведения о распространении глауконита на Сибирской платформе получены при геолого-съемочных работах и обобщены многими исследователями, изучавшими стратиграфию и литологию отдельных регионов либо платформы в целом, во многих работах В.И. Бгатова и многочисленных отчетных рукописях геологов Красноярского и Иркутского геологических управлений. На Сибирской платформе минералогические исследования глауконита в течение 10 последних лет проводила наша группа.
Неоднократно публиковались данные по минералогии и генезису глауконитов Швеции. Всего 3 анализа имеются в нашем распоряжении по глауконитам США. Какие-либо результаты исследования нижнепалеозойских глауконитов Африки, Америки и других районов их распространения в настоящее время нам неизвестны.
Поскольку полнее изучены нижнеордовикские глаукониты, с них и начнем характеристику нижнепалеозойских минералов этой группы.
В ордовикских отложениях мы различаем три типа глауконитоносных формаций: терригенно-глинистую, терригенно-известняковую и терригенно-доломитово-известняковую. Глауконит нередко встречается также в песчаниках терригенно-кварцевой формации, но, как показали наши исследования, в большинстве случаев в этих породах он либо образует терригенную примесь (т. е. находится не в первичном залегании, а во вторичном), либо образует тонкие сростки и смеси с хлоритом и каолинитом, что свидетельствует о среде, неблагоприятной для образования глауконита. Очень редко удается установить генетическую связь глауконита с песчаными породами терригенно-кварцевых формаций прибрежных участков ордовикского бассейна на юго-востоке и юго-западе Сибирской платформы (бассейны рек Киреиги, Чуны и Бирюсы).
Изучая морфологию зерен, мы обратили внимание на то, что многие из них несут признаки изменения, интенсивность которых удалось различать не только на отдельных образцах, но и картировать на больших территориях — юг Сибирской и северо-запад Восточно-Европейской платформ. Так, на юге Сибирской платформы степень изменения минералов нарастает от периферийных районов к центральным и от западной половины к восточной. На северо-западе Восточно-Европейской платформы (в пределах Эстонии и С.-Петербургской обл.) сильнее всего изменения проявляются вблизи границы этих двух административных подразделений нашей страны, снижаясь к западным районам Эстонии и восточным С.-Петербургской обл.
Химизм изменений был раскрыт нами ранее не в полной мере, поскольку в лучшем случае удавалось раздельно анализировать минералы измененные и неизмененные (а скорее всего — измененные в разной степени). Пределы вариаций первичного химического состава аутигенных глауконитов в зависимости от условий их образования, которые в данной работе устанавливаются на основе расчета формационных типов, ранее не были установлены. Кроме того, для сравнения были приняты валовые химические анализы (содержания окислов, %), не пересчитанные на кристаллохимическую формулу. По валовым анализам с разной степенью очевидности распознается привнос и вынос элементов с разными атомными весами — более четко для тяжелых и менее четко — для легких. Поэтому надежно удавалось фиксировать наиболее сильные изменения минералов, в первую очередь вынос железа, а по мере нарастания интенсивности реакций (или времени их воздействия на минералы) — калия, кремния и других элементов (вплоть до полного растворения микроконкреций). Во многих случаях устанавливалось замещение трехвалентного железа алюминием.
Примененные для изучения изменений минерала метод типоморфных элементов и корреляционный анализ наиболее полно раскрывают общие закономерности этих процессов в разных формациях, что в свою очередь позволяет уточнить историю формирования и самих вмещающих пород.
Глауконит терригенио-глииистой формации изучен в районах Прибалтики, на территории бывш. СССР и Южной Швеции. Кроме наших анализов использовались данные других исследователей. Почти на всей территории распространения формация представлена глаукоиититами (латорпского и мяэкюльского горизонтов стратиграфической схемы) с прослоями и линзами глинистого материала, местами с примесью песчинок кварца, реже — карбоната, пирита и фосфата кальция. По простиранию к центральным частям Елгавского прогиба глауконититы замещаются глинами, слабо карбонатными и содержащими незначительную примесь зерен глауконита.
Глаукониты несут многочисленные признаки перемыва и сортировки материала: размер микроконкреций варьирует однотипно с размером частичек кварца, породы слоистые, притом нередко волнисто- и косослоистые; отмечаются площади, где глауконитит почти нацело слагается обломками микроконкреций, как правило, хорошо отсортированными по размеру, близкому к размеру зерен кварца. Эти глауконититы — прекрасный пример аллохтонных концентраций глауконита. Генетическая связь глауконита с глинистыми осадками (а не с какими-либо другими) устанавливается как по прослоям глины и по примеси глинистого материала, так и по фациальному переходу глауконититов в глины. Последние содержат примесь кальцита. Была ли характерна известковистость для глии, в которых образовывался глауконит, остается не выясненным, однако, судя по его химическому составу, это не исключено.
Основная масса проанализированных образцов соответствует теоретическому составу МГГ. Около двух третей образцов несут признаки изменения: окисления и восстановления железа, оглеения и ожелезнения. Три первые реакции отчетливо проявляются в отложениях на востоке Эстонии и на западе и юге Санкт-Петербурга, т. е. в той зоне, где мы указывали ранее наиболее интенсивную степень изменения глауконита, наблюдавшуюся визуально. Это обнажение у водопада Тырвае, месторождения Кингисепп, у д. Поповка, на р. Тосно. Целая серия признаков фиксирует длительное существование на этой территории условий конседиментационного перемыва осадков: оболовые песчаники обогащены обломками раковин, причем мощность песков и концентрация раковин повышена; диктионемовые сланцы имеют резко сокращенную мощность, а местами почти полностью отсутствуют, тогда глауконитоносный горизонт ложится на песчаники; глауконититы содержат много обломочных зерен, а отдельные прослои (у водопада Тырвае) слагаются нацело обломками микроконкреций. Глауконитоносный горизонт и подстилающие их топкие прослои диктионемовых сланцев (а также верхние слои оболовых песчаников) переполнены конкрециями пирита.
Очевидно, в период образования этих конкреций происходило восстановление двухвалентного железа в глауконите. В дальнейшем конкреции пирита подвергались окислению, покрывались корочками гидроокислов железа, а во вмещающей их породе появлялись пятна, разводы и подтеки буровато-желтой и совсем светлой окраски, вплоть до белой, возникшие, очевидно, в результате реакции с породой серной кислоты, образовавшейся в результате окисления пирита. В разрезах можно наблюдать, полностью отбеленные породы без остатков конкреций, а также слабее измененные породы с остатками в разной степени окисленных конкреций пирита. He исключено, что сейчас мы фиксируем следы прошедшего, по-видимому, очень сильного процесса изменения осадочных пород: сернокислотного выветривания и оглеения (глауконита), при этом агентами того и другого был, по-видимому, водородный протон (оксоний) серной кислоты, но концентрация его в растворе была различной: более высокая для первой реакции и более низкая — для второй.
Изменение глауконита под воздействием реакций этих двух типов, происходит по-разному: в первом случае (когда глауконит находится непосредственно в среде разлагающейся конкреции) от него остается лишь хрупкий кремневый каркас белого цвета, во втором (когда глауконит лежит на некотором расстоянии от таких конкреций) — он приобретает светло-зеленую окраску под влиянием реакции оглеения, при которой в кислой среде происходит замещение трехвалентного железа алюминием, а двухвалентное железо окисляется (и (или) тоже замещается алюминием). С удалением от зоны развития окисления конкреций пирита процесс оглеения глауконита затухает и этот минерал несет лишь следы восстановления железа. Так в районе месторождения Маарду и г. Таллина проявлялся в основном процесс восстановления железа, оглеение отмечалось реже.
Окисление железа и ожелезнение, сопровождающееся замещением алюминия трехвалентным железом, наиболее четко проявились на территории Швеции, что фиксируется по анализам из работы А. Хаддинга.
Средние содержания элементов в глауконите терригенно-глинистой формации рассматриваемого региона (табл. 3.36) приближаются к составу неизмененной разновидности.
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

Число катионов алюминия возрастает при оглеении до 1,29 ф. е., трехвалентного железа при ожелезнении — до 1,36 ф. е.; если среднее отношение Fe2+/Mg равно 1:2,4, то в окисленных минералах оно приближается к 1:15, а в восстановленных — 1:1,2 (приведены крайние из имевшихся в нашем распоряжении значения).
Соотношения катионов несколько отклонены от таковых, характерных для МГГ в целом: ослаблена положительная корреляция магния с двухвалентным железом, что обусловлено проявлением процессов окисления и восстановления последнего и усилена отрицательная корреляция алюминия с трехвалентным железом в результате проявления процессов, обогащения алюминием и ожелезнения минерала.
При столь значительных изменениях минерала все реакции замещения проходят в октаэдрическом слое, тогда как межслоевой калий остается практически без движения до начала растворения.
Глауконит терригенно-известняковой формации изучен нами на окраинах Сибирской платформы (бассейн р. Киренги с притоками, среднее течение р. Лены, нижнее течение рек Подкаменная Тунгуска, Ангара с притоками Чуна и Бирюса, где они приурочены к отложениям устькутской и чуньской свит). В разрезах нижнеордовикских отложений этих, районов можно встретить глауконит не только в известняках, но и в песчаниках, алевролитах, глинах, но, как показали исследования З.В. Бородаевской и наши, только в известняках наблюдаются аутигенные разновидности этих минералов, тогда как в породах других типов они являются терригенными образованиями, перемытыми из известняков.
Основная часть образцов соответствует теоретическому составу МГГ, около половины из них несет признаки изменения: окисления и восстановления железа и оглеения. Процессы изменения приводят к отклонению состава минерала от приведенных (табл. 3.37) средних содержаний Al до 1,34 ф. е., Fe3+ до 1,19 ф. е., отношение Fe2+/Mg, равное 1:2,7 для среднего состава глауконита, возрастает в восстановленных до 1:1,8. Такие минералы ассоциируются обычно с пиритом, окисление которого ведет к: изменениям глауконита, аналогичным таковым в описанной выше терригенно-глинистой формации.
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

Глауконит терригенно-доломитово-известняковой формации изучен в. центральных и восточных районах Сибирской платформы, а также в волховском и кундаском горизонтах северо-запада Восточно-Европейской платформы. Основная часть образцов соответствует теоретическому составу МГГ, около половины несут признаки изменения. Средний состав (табл. 3.38) выделяется среди ордовикских глауконитов максимальным содержанием магния при относительно пониженном содержании кремния, и алюминия. Отношение Fe2+/Mg, равное 1:3,2, отклоняется от средних значений, характерных как для МГГ известняковых, так и для терригенно-гипсоносно-доломитовых формаций кембрия. В тех и других оно обычно варьирует в пределах 1:2,6—1:3,0. Отклонение этого отношения в. пользу избыточного магния (см. рис. 3.14) показывает, что изменение минерала связано с внедрением в решетку элемента, в основном замещающего трехвалентное железо. Внедрение магния происходит, по-видимому, в процессе постседиментационной доломитизации карбонатных пород. Кроме этого, МГГ в терригенно-доломито-известняковой формации несут признаки других процессов изменения — восстановления (с образованием, пирита) и оглеения (происходившем, очевидно, в связи с окислением последнего).
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

Любопытные различия МГГ рассматриваемой группы формаций намечаются на разных регионах: на северо-западе Восточно-Европейской платформы (табл. 3.39) и на Сибирской платформе (табл. 3.40): на первом средние содержания магния значительно ниже средних для формаций в целом, на втором — выше. В Прибалтике МГГ терригенно-глинистой и терригенно-доломитово-известняковой формаций (табл. 3.41) сходны между собой по количеству магния, но различаются по содержанию двух-и трехвалентного железа и алюминия так же, как различаются между собой МГГ из комплекса терригенно-глинистых и терригенно-карбонатных формаций в целом. В МГГ терригенно-известняковой формации Сибирской платформы отмечаются более высокие содержания Fe2+ и Mg (табл. 3.41), чем в терригенно-известняково-доломитовой формации Прибалтики, однако более низкие, чем в формации последнего типа на Сибирской платформе. Таким образом, отличительной особенностью МГГ Сибирской платформы в целом являются повышенные содержания двухвалентного железа и магния, которые можно объяснить повышенной соленостью морской воды в этом регионе.
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

Отношения Fe2+/Mg также не остаются постоянными для средних содержаний этих элементов в разных формациях различных регионов: в терригенно-известняковой на Сибирской платформе и терригенно-доломитово-известняковой на Восточно-Европейской платформе они близки (1:2,61 и 1:2,62 соответственно). Для доломитово-известняковой формации суммарной выборки и Сибирской платформы отдельно отношение изменяется в сторону избыточного магния (1:3,2 и 1:3,4 соответственно). Первые две формации преимущественно сероцветные, в них преобладают изменения МГГ, сопровождающиеся восстановлением железа. Терригенно-доломитово-известняковая формация Сибирской платформы имеет пестроцветную окраску, причем в значительной степени эта окраска является вторичной, обусловленной окислением соединений двухвалентного железа, в том числе МГГ и пирита. Кроме того, в этой формации широко проявлены процессы вторичной доломитизации пород, при которой МГГ, по-видимому, подвергались замещению магнием. Таким образом, МГГ в терригенно-доломитово-известняковой формации претерпели сложную историю преобразования: восстановление и окисление железа, сопровождавшееся нередко разложением пирита и оглеением МГГ, и, по-видимому, замещение магнием. Процессы изменения проявились широко, регионально, поэтому почти на всей площади распространения формации МГГ являются измененными, нередко сильно измененными, что ранее фиксировалось нами по многочисленным признакам визуально.
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

В кембрийских отложениях МГГ также изучены недостаточно. На территории России они распространены на северо-западе Восточно-Европейской платформы, в Малом Каратау, во многих районах Сибирской платформы, где они отчетливо тяготеют к окраинным участкам кембрийского моря, а также склонам древних щитов, которые в кембрийское время представляли собой довольно крупные острова. Эти минералы распространены в Южной Швеции, Северной Африке, на территории КНР и Северной Америки. Минералогические исследования проведены лишь на территории России и в США. Другими сведениями по минералогии кембрийских глауконитов мы не располагаем.
Минералы группы глауконита изучены в глауконитоносных формациях пяти типов: терригенно-кварцевой и терригенно-глинистой, известняково-терригенно-кварцевой, терригенно-известняково-доломитовой и гипсоносно-доломитовой. Наиболее представительной оказалась выборка анализов минералов пестроцветной терригенно-известняково-доломитовой формации, остальные формации охарактеризованы 2—4 анализами каждая, поэтому статистической обработке эти данные не подвергались. Судя по химическому составу отдельных проб, кембрийские МГГ очень сходны с ордовикскими в однотипных формациях, районы распространения которых оказываются близкими. На северо-востоке Восточно-Европейской платформы глауконит залегает в «синих» глинах, на окраинах Сибирской платформы — в сероцветных терригенно-кварцевых и красноцветных известняково-терригенно-кварцевых формациях, в центральных районах Сибирской платформы — в пестроцветной терригенно-известняково-доломитовой и белоцветной гипсоносно-доломитовой формациях. В последней состав аутигенных силикатов весьма специфичен и, несмотря на малое число анализов, мы приводим результаты их статистической обработки (табл. 3.42). Эти минералы отвечают магниевому виду нашей классификации МГГ — булайиниту, Fe3+ разновидности, соответствуют теоретическому составу МГГ, однако несут внешние признаки изменения, химическая природа которых полность не раскрыта. При максимальных содержаниях магния можно видеть и предельно высокое для осадочных минералов количество двухвалентного железа; между собой эти элементы связаны положительно. Кремний и алюминий отрицательно коррелируются с калием и трех- и двухвалентным железом, указывая на возможные замещения в тетраэдрах Si → Fe3+ и Al → Fe2+ с компенсацией положительного заряда избытком калия. В большинстве случаев, как было показано выше, при анализе реакций изменения МГГ в целом, а также проявления этих изменений в отложениях разного возраста, замещение кремния трехвалентным железом очень характерно для измененных разновидностей рассматриваемых минералов, подвергшихся главным образом окислению двухвалентного железа и ожелезнению.
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях

МГГ терригенно-доломитово-известияковой формации изучены нами на западном склоне Анабарского щита, на Алданском щите и в Малом Kaратау. Основная масса образцов соответствует теоретическому составу МГГ. Практически все они изменены, однако степень преобразования такова, что основные черты их первичного состава сохраняются, и они сходны с МГГ других нижнепалеозойских формаций терригенно-карбонатного комплекса, отличаясь от них некоторым превышением алюминия над трехвалентным железом (табл. 3.43). Однако в самом основании кембрия часто встречаются перемытые из вендских отложений алюминиевые минералы рассматриваемой группы — сколиты в смеси с обычными для нижнего кембрия железистыми глауконитами. Поэтому повышенные средние содержания алюминия по валовым пробам без разделения их на минеральные (они же возрастные и генетические) разновидности не могут в настоящее время рассматриваться в качестве характерной особенности химизма нижнекембрийских МГГ рассматриваемой формации. Соотношения двухвалентного железа и магния несколько отклоняются в отдельных пробах от средних значений в связи с резким колебанием первого, количество которого увеличивалось при реакции восстановления и уменьшалось при окислении, которым подвергались минералы данной формации.
Минералы группы глауконита в нижнепалеозойских формациях