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.
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.
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).
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.
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.
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.
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 юрских формациях
- Минералы группы глауконита в меловых формациях
- Минералы группы глауконита в третичных формациях
- Глауконит в донных осадках океана
- Формальные признаки зерен глауконита и их генетическое значение
- Химический состав МГГ в группах терригенных и теригенно-карбонатных формаций
- Изменение состава МГГ с возрастом (макроэлементы и малые элементы)
- Изучение химического состава минералов группы глауконита в осадочных формациях
- Химический состав и генезис минералов группы глауконита
- Химические изменения минералов группы глауконита в природных условиях