книги из ГПНТБ / Сырьевая база кремнистых пород СССР (диатомиты, опоки, трепелы, спонголиты) [сборник статей]

Академия наук СССР

Институт геологии рудных

месторождений, петрографии,

минералогии и геохимии

СЫРЬЕВАЯ БАЗА КРЕМНИСТЫХ ПОРОД

СССР

(диатомиты, опоки, трепелы, спонголиты)

И з д а т е л ь с т в о «Н аука»

М о с к в а 1974

УДК 553.57(47+57)

Книга посвящена особенностям химико-минералогического состава и физико-химическим свойствам диатомитов, опок и трепелов (высокое содержание аморфного кремнезема, тонкая пористость и др.), которые открывают широкие возможности использования их в различных отраслях народного хозяйства в качестве адсорбентов, осушителей, наполнителей, носителей ка­ тализаторов, строительных материалов и т.п.

В статьях сборника рассмотрены условия генезиса, поиско­ вые признаки и ресурсы кремнистых пород на территории Со­ ветского Союза.

Г л а в н ы й р е д а к т о р В.П. ПЕТРОВ

Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :

Ю.К. АНДРЕЕВ, М.Б. ГРИГОРОВИЧ, У.Г. ДИСТАНОВ (отв. редактор), Т.А. КУЗНЕЦОВА

Петров В. П.

ВВЕДЕНИЕ

В группе неметаллических полезных ископаемых кремнистые (опало­

кий местный строительный материал. Равным образом, в Европейской части СССР издавна для очистки масел и как легкий наполнитель ис­ пользуются различные опоки и треплы. Вместе с этим для авторов и составителей настоящего сборника было совершенно ясно, что возмож­ ности использования кремнистых, существенно опаловых пород могут быть значительно шире, чем в настоящее время.

Уже самое предварительное рассмотрение вопроса показало, что пер­ спективы выявления кремнистых пород на территории СССР весьма велики, а также велики возможности практического использования их в народном хозяйстве. Однако незнание свойств опаловых пород и от­ сутствие требований к сырью мешает геологам вести исследование и разведку месторождений.

Одним из возможных путей ликвидации возникших таким образом "ножниц" является усиление взаимной информации. Геологи должны быть ознакомлены с требованиями промышленности, а исследователи про­ мышленного направления должны быть информированы об имеющихся в природе материалах, с тем, чтобы вести свои исследования не в какихто "идеальных" условиях, а применительно к определенным, уже извест­ ным возможностям природных месторождений. Эту задачу, как основ­ ную ставили себе составители настоящего сборника. Однако выполнение ее требовало рассмотрения ряда дополнительных материалов, в первую очередь генетических, связанных с образованиями месторождений опа­ ловых пород и вопросами их номенклатуры.

Настоящий сборник посвящен кремнистым породам, причем под этим термином понимаются прежде всего различные "кремни", резко отделя­ емые от вообще кремнеземистых - кварцевых пород. Мелкость крем­ невых индивидов, их существенно опаловый и гораздо реже халцедоно­ вый состав выдвигается здесь на первое место; кремнистые породы противопоставляются кварцевым, в первую очередь, различным кварце­ вым пескам, которые так же являются важнейшим полезным ископае­ мым, но совершенно иного направления использования. Кроме того, для кварца характерен совершенно иной генезис, и в связи с этим иные поисковые признаки и требования к сырью.

3

Существенно опаловый состав рассматриваемых в сборнике пород определяет всю тематику статей сборника, но несмотря на это, природ­ ные объекты весьма не однородны. Это относится прежде всего к чи­ стоте опалового вещества, составляющего кремнистую породу, и ее структурам, в первую очередь, к характеру опаловых частиц. Здесь рассматриваются как существенно опаловые породы, сложенные целиком скелетами диатомей - различные диатолиты, кизельгуры и т.п. породы, имеющие различные технические названия, так и опаловые породы, в которых отсутствуют скелеты диатомовых водорослей, а опал образует неясные токозернистые шаровые тела — различные трепелы и опоки. Эти, казалось бы, незначительные структурные различия ведут к су­ щественным различиям практического использования пород. Чистые диа­ томиты в основном применяются в качестве наполнителей различных полимерных материалов, легкого огнеупора и теплоизолятора, а также используются как различные фильтровальные и полировальные материа­ лы. Для трепелов и опок главное значение имеют сорбционные свойст­ ва опала, слагающего породу, однако многие трепелы также использу­ ются как легкий наполнитель, но более грубый, чем диатомит.

Различия в использовании чистых диатомитов и трепелов ведут и к разному отношению технологов к примесям, встречающимся в этих по­ родах. Если примесь глины в диатомите почти всегда оказывается не­ желательной, и особенно ценится присутствие в них целых скелетов диатомей, то примесь монтмориллонитовых глин в опоковых и трепловых породах иногда может быть весьма желательной, так как сорбци­ онные качества опаловых пород при этом могут резко улучшаться. Ча­ стицы глины и опаловые частицы различно адсорбируют загрязнения, и это может вести к значительно лучшей очистке промышленных про­ дуктов.

Приведенные особенности кремнистых горных пород, влияющие на

или иной вид кремнистого полезного ископаемого, а это в свою оче­ редь ведет к тому, что кремнистые материалы оцениваются только опытным путем, в производственных условиях. Как результат такого положения в оценке сырья может рассматриваться существующая сей­ час в промышленности известная боязнь новых месторождений. Каждое предприятие стремится получить привычное сырье из хорошо зареко­ мендовавших себя месторождений.

Конечно, сложившееся сейчас положение не может считаться нор­ мальным. Сырьевая база кремнистых пород должна усиленно развивать­ ся и особенно важно развитие этой базы в пределах Сибири, куда доставлять кремнистые породы из районов их традиционной добычи - Кавказа и Европейской части СССР - далеко не целесообразно.

Генезис кремнистых пород, имеющий первостепенное техническое значение, до сих пор совершенно неясен. Существующие разногласия нашли отражение и в публикуемом сборнике. Важнейшим из этих раз­ ногласий является различие в представлениях о генезисе опок и тре­ пелов, которые рассматриваются, с одной стороны, как чисто химиче­

4

можности.

Вторым весьма важным моментом обсуждения, выявившимся в пос­ ледние годы, может служить молодой возраст опаловых пород. Все из­ вестные их проявления приурочены к относительно молодым осадочным образованиям. Наиболее вероятным объяснением этого факта является предположение о переходе кремнистых опаловых пород в процессе начи­ нающегося метаморфизма в яшмы и яшмовидные породы, условия зале­ гания которых довольно близки к условиям залегания кремнистых по­ род, а переход опала в халцедон и даже в кварц, которые слагают яш­ мы, может рассматриваться как довольно обычный процесс.

Еще одной генетической проблемой, продолжающей обсуждаться, является фациальная приуроченность кремнистых пород. Для некоторых случаев не вызывает сомнения связь диатомитов и других кремнистых пород с поверхностным вулканизмом, причем обогащение водных бас­ сейнов кремнекислотой за счет гидротерм и пеплового силикатного материала не вызывает сомнения. Однако во многих случаях существу­ ют кремнистые породы, для которых показать такую связь значительно труднее, больше того, имеющиеся факты скорее говорят об отсутствии связи с вулканизмом. Кроме того, среди нормальных осадков выделя­ ется специфическая серия родственных фаций, обогащенных кремнием, фосфатом и марганцем. Все это создает известную двойственность, и геолог при поисковых работах должен учитывать эту двойственность.

лезное ископаемое.

Все сказанное выше было принято во внимание составителями сбор­ ника при его комплектовании. Весь сборник разбит на три больших раз­ дела.

В первом разделе рассмотрены генетические особенности кремнистых пород, причем краткость отдельных статей и их большое число позво­ лило высказаться сторонникам самых разных взглядов; в результате читатель может получить объективную характеристику всех существую­ щих взглядов.

Во втором разделе сборника рассматриваются главным образом ре­ сурсы кремнистых пород; освещена в этом разделе с необходимой пол­ нотой вся территория Союза, и читатель может здесь найти ссылку на любой интересующий его район с оценкой его перспектив. Конечно, та­ кой обзор не мог быть дан без качественной характеристики имеющего­ ся сырья. Высказываются в статьях этого раздела и генетические со­ ображения авторов отдельных статей. Составители сборника считали это весьма полезным, поскольку это дает возможность читателю оце­ нить достоверность прогноза, даваемого автором статьи.

Несмотря на тот большой интерес, который проявляют геологи и техно логи-си лликатчики к кремнистым существенно опаловым породам, литература, посвященная этим образованиям, крайне бедна. Авторы

5

Г л а в а I . ГЕНЕЗИС КРЕМНИСТЫХ ПОРОД

И . В . Хворова

ГЛАВНЫЕ СТРУКТУРНО-ФАЦИАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ КРЕМНЕНАКОПЛЕНИЯ В ФАНЕРОЗОЕ

Образование кремнистых пород происходит на платформах, в геосинклиналиях и в океанах.

П латф орм ы . Здесь известны два типа накоплений.

1. Карбонатно-кремнистые толщи, обычно приуроченные к краевым частям платформ, и латерально связанные с геосинклинальными крем­ нистыми формациями, представляя их краевую градацию. Это флинты, флинтоподобные силициты, фтанитоиды и фтаниты. Они часто карбонат­ ные, чередуются с известняками и образуют среди них цепочки конкре­ ций. Здесь встречаются радиоляриты и спонголиты, но много окремнелых известняков с органическими остатками, обладавшими первично известковым скелетом. Процессы диа— и катагенеза играли большую роль в формировании таких кремнистых пород. Четко выраженного струк­ турно-фациального типа они не представляют. Распространены как в палеозое (часто), так и мезозое.

2. Опоковые комплексы мезо-кайнозоя. Кремнистые породы пред­ ставлены диатомитами, трепелами, опоками, гёзами; главный ареал их развития —Европа и северо-запад Азии, где кремненакопление происхо­ дило в относительно обособленных бассейнах. Наиболее крупными и хо­ рошо изученными являются Западно-Сибирский и Южно-Русский бассей­ ны. На протяжении мела —палеогена в них отмечается две крупные и не вполне синхронные вспышки кремненакопления.

Западно-Сибирский бассейн^ имел довольно сложный рельеф, но в целом представлял собою относительно мелкое шельфовое море. На про­ тяжении позднемеловой и палеоценовой эпох в его развитии наметились два цикла, охватывающие: сеноман (регрессия) - турон-маастрихт (трансгрессия) и даний (регрессия) - палеоцен-эоцен (трансгрессия). В трансгрессивные периоды не только увеличивалась акватория бассей­ на, но менялись и его очертания, вследствии чего он получал более свободное сообщение то с океаном, то с южными морями. В бассейне преобладала терригенная седиментация, но временами широкое распро­ странение приобретали кремнистые и карбонатные осадки. Кремнистые

7

осадки присутствуют во всех ярусах верхнего мела (кроме сеномана и

на большую часть платформы. На распространение кремнистых осадков влияло Северное Зауральское течение, прослеживаемое по появлению

бассейна. В маастрихтском веке последний расширил границы к югу и стал теснее связан с южными морями. Зауральское течение перестало проявляться и на обширных пространствах стали отлагаться глинисто— известковистые илы. Кремнистые осадки сохранились лишь на северозападе.

Южно—Русский бассейн^- тоже в целом был мелководным и периоди­ чески менялись его очертания и размеры (в связи с трансгрессиями и регрессиями), что особенно сказывалось на севере и западе, где рас­ полагались низменные участки суши, крупные острова осложняли конфи­ гурацию моря. Оно имело менявшиеся со временем связи с бассейнами Западной Европы, Тетиса, Западно-Сибирским и Арктическим.

В Южно-Русском море преобладали известковые и глинисто—известо­ ковые илы, в прибрежной зоне сменявшиеся песками, особенно хорошо песчаная зона выражена на севере. Временами здесь появлялось мно­ го кремнистых осадков, пространственно всегда связанных с песчаны­ ми выносами. Кремнистые породы представлены в основном диатомита­ ми, трепелами, опоками и локально гёзами. Интенсивность кремнена­ копления с течением времени менялась. Особенно оно проявилось в сантоне и палеоцене. Граница распространения кремнистых осадков была очень неровной и иногда они далеко вдавались на юг, по ходу течений.

Оба рассмотренных бассейна располагались в промежуточной зоне между умеренно-теплой полярной и тропической Среднеземноморской областями. В целом здесь проявляется тенденция роста интенсивности карбонатонакопления к югу: в Западно-Сибирском бассейне оно играло сравнительно небольшую роль, а в Южно—Русском - оно было основным седдментационным процессом. Такая тенденция несомненно определялась общей климатической зональностью планеты. Вместе с тем северная граница карбонатонакопления была прихотливой и не связана с опреде­ ленной широтой. Проще всего это можно объяснить влиянием течений:

^Характеристика меловых отложений взята из работ Г.И. Бушинского

графических карт Русской платформы и ее геосинклинального обрам­ ления ч. И, 1 9 6 1 .

8

Несмотря на существенные отличия в седиментации, закономерности размещения кремнистых осадков в обоих бассейнах принципиально сход­ ны. Эти осадки распространялись с севера и латерально связаны с пес­ чаными выносами, хотя не все такие выносы сопровождаются кремни­ стыми накоплениями. Казалось бы, что последние занимают строго оп­ ределенное место на фациальном профиле платформенного бассейна, рас­ полагаясь в его периферической, прибрежной части. Однако это не общая закономерность, а региональная особенность.

Г еоси н к л и н а л и . Выделяется две группы ассоциаций: эффузивно­ кремнистая и туфово-кремнистая.

1. Эффузивно-кремнистые ассоциации особенно распространены в па­ леозойских и раннемезозойских эвгеосинклиналях, повсеместно характе­ ризуя ранние этапы их развития. В деталях представители этой группы различаются, но главные черты их близки. Кремнистые породы пред­ ставлены яшмами и фтанитами, как радиоляриевыми, так и не содержа­ щими органических остатков, реже спонгиевыми. Обычно в формации резко преобладают либо яшмы, либо фтаниты. Вулканические породы преимущественно основные, чаще всего спилиты. Кремнистые толщи развиты на продолжении эффузивных комплексов и над ними, но пласты яшм и фтанитов встречаются и внутри вулканических накоплений. Мощ­ ные толщи кремней бескарбонатны и содержание терригенной примеси, как правило, не высоко. Карбонатные породы встречаются либо в виде

*редких линз, представляющих остатки биогермных сооружений на вулка­ нических поднятиях, либо в виде прослоев среди кремней в краевых приплатформенных разрезах, на удалении от основных вулканических центров. В грубой схеме можно представить латеритный ряд: вулкани­ ты - кремни - кремнисто-известняковые толщи. Такой ряд может сильгно усложняться и заменяться появлением обломочных и глинистых по­ род, но тесная пространственная связь вулканитов и кремней сохраня­ ется.

Реконструкция эвгеосинклинальных бассейнов и особенно их размеры из-за сложной тектоники затруднена. По-видимому, это были не узкие троги, как представлялось раньше, а довольно обширные бассейны со сложным рельефом. В их пределах были и глубокие депрессии и доволь­ но мелководные участки. Основная часть кремнистых илов формирова­

лась на значительных глубинах, где длительно происходило накопление лишь тонких осадков, но высококремнистые отложения иногда развиты и среди пород с явными признаками мелководья. Иначе говоря, не ба­ тиметрия, как таковая, а вулканизм определял здесь особенности со­ става и размещения кремнистых осадков.

2. Туфово-кремнистые ассоциации присутствуют во всех геосинкли­

Кайнозойские представители этих отложений особенно широко разви­ ты в обрамлении северной половины Тихого океана. Кремнистые поро­ ды здесь представлены диатомитами и туфо-диатомитами, в катагене­ зе переходящими в опоки, кремнистые туффиты и '‘кремнисто-глинистые сланцы. Здесь наблюдается смешение в разных пропорциях кремнистого

9