2.1.4. Ряд раннего гипергенеза
(по А.М. Кропачеву, 1983)
Представлен залежами питьевых лечебных и столовых минеральных подземных вод.
В условиях раннего гипергенеза при подъеме территорий глубинные рассолы попадают в верхние горизонты земной коры и смешиваются с пресными водами, давая минеральные воды различного состава.
Лекция 12-08
Подкласс 2.2. Осадки из коллоидных растворов
(Al, Fe, Mn, черные сланцы)
2.2.1. Седиментогенетический ряд
Современные отложения характерные для гумидного климата:
континетальные – озерно-болотные, речные,
океанические глубоководные Fe-Mn конкреции,
прибрежно-морские пластовые залежи оолитовых руд.
Строение шельфовых образований, план
Al
Mn
Fe
Образование:
коагуляция коллоидных частиц гидроксидов Al, Fe, Mn на электролитическом (ионы морской воды) щелочном и окислительном барьерах,
накопление металлов с большими радиусами ионов (Au, Pt, U) в сорбированной форме при коагуляции частиц органического и неорганического вещества,
механическое осаждение крупных частиц.
2 модели рудообразования:
прямая – снос материала с континента и его осаждение по Н.М. Страхову,
обратная (модель апвеллинга) – вынос растворенных металлов из глубин сероводородных бассейнов к поверхности.
2.2.2. Седименто-диагенетический ряд
(ископаемые месторождения)
Приурочены к трансгрессивным терригенным фациальным комплексам морских карбонатных формаций.
Аналогичная картина отмечается и для фанерозойских складчатых областей, в пределах которых месторождения тяготеют к перерывам внутри карбонатных формаций пассивных окраин континентов.
Примерами континентальных месторождений являются вышеуказанное Лисаковское месторождение Казахстана и бокситовые залежи Тихвинского района на севере Русской плиты. Последние представлены лентовидными и линзообразными залежами преимущественно гиббситовых бокситов оолитово-бобовой и глинистой текстур. Они приурочены к речным отложениям тульского горизонта нижнего карбона. В мелководно-морских условиях сформировались марганцевые месторождения Никопольского олигоценового бассейна (верхний палеоген) в южной части Русской плиты.
Примерами морских месторождений, сформировавшихся на территориях складчатых областей, являются эйфельские (основание среднего девона) диаспор-бемитовые бокситы Северо-Уральского бокситового района, залегающие в виде пласта на закарстованной поверхности известняков нижнего девона и перекрывающиеся известняками среднего девона, олигоценовые оолитовые марганцевые руды, пласт которых залегает на известняках и перекрывается песками.
Таким образом, положение месторождений алюминия, железа и марганца определяется наличием перерывов в осадконакоплении, отражающих относительное поднятие территорий и формирование кор выветривания. Залежи полезных ископаемых бывают приурочены к основанию трансгрессивно залегающих терригенных фациальных комплексов континентального или морского происхождения. Анализ стратиграфического положения месторождений показывает, что наиболее благоприятные условия для накопления железных руд существовали в протерозое, когда сформировались крупнейшие метаморфизованые месторождения, в юрскую (Европейский железорудный бассейн) и палеоген-неогеновую эпохи. Большинство осадочных марганцевых месторождений приурочены к отложениям палеогена, а бокситовых - к отложениям девона. Процессы диагенеза приводили к частичному преобразованию рудного вещества с образованием в окислительных условиях конкреций и стяжений. При катагенезе и частичном метаморфизме гидроксидные руды переходят в оксидные.
Особняком от рассмотренных месторождений стоят залежи, связанные с черносланцевыми толщами битуминозных формаций складчатых и платформенных областей, формирующимися в восстановительных условиях среды. В результате диа- и катагенетических преобразований в них концентрируются сульфиды халькофильных элементов: меди, молбдена и др., а также оксиды урана.
Месторождения класса механо-химических осадков
В чистом виде процессы механического и химического осадконакопления практически не встречаются. Даже в месторождениях солей всегда имеется примесь терригенного материала. Осадочные месторождения железных, марганцевых руд и бокситов содержат примесь терригенного материала не тольк в оолитовых горизонтах, но часто сами руды бывают представлены пластами обломочной аллотигенной природы. Несмотря на это, по-видимому, нет необходимости выделять среди них самостоятельный механо-химический класс. Вместе с тем в природе существует полезное ископаемое, которое можно отнести к описываемому классу. Это месторождения известково-глинистой горной породы - мергеля. Пласты мергеля характерны для отложений флишевых формаций складчатых областей. Они являются хорошим сырьем для получения цемента. Характерным примером являются месторождения мергеля в районе г.Новороссийска.
Месторождения биохимического класса
Биохимические месторождения связаны с накоплением отмершего “живого вещества” или продуктов его преобразования. Накопление “живого вещества” происходит на биологических барьерах, т.е. в местах массовой гибели растительных и животных организмов, а накопление продуктов его преобразования - на собственно геохимических барьерах, обуславливающих концентрацию химических элементов. В соответствии со сказанным месторождения биохимического класса делятся на два подкласса: подкласс биогенных месторождений и подкласс собственно биохимических месторождений.
Месторождения биогенного подкласса
Седиментогенетический ряд месторождений представлен современными отложениями остатков животных и растительных организмов. Среди зоогенных образований наиболее широко распространены скопления ракушечника у побережий морей, где отмирание морских организмов связано с действием прибоя, а механизм накопления аналогичен механизму накопления прибрежно-морских россыпей. Промышленные концентрации известковых раковин известны вдоль побережий Каспийского и других морей. В холодноводных морских и пресноводных озерных условиях накапливаются остатки радиолярий, диатомовых водорослей, приводящие к образованию месторождений диатомита.
Другим примером уже фитогенных отложений являются скопления сапропеля - осадка отмершего планктона в прибрежных лагунах или континентальных озерах.
Диагенетический ряд объединяет месторождения, органогенные отложения которых прошли стадию диагенеза. В осадочном чехле платформ они бывают приурочены к карбонатным формациям - месторождения органогенных известняков, к терригенным песчано-глинистым формациям - месторождения бурых углей, к кварцево-песчаной (глауконитовой) формации - месторождения фосфоритов, к кремнистым формациям - месторождения опок и трепелов. С мезо-кайнозойскими континентальными терригенными формациями связаны залежи торфа. Форма залегания тел полезных ископаемых определяется условиями, в которых происходил седиментогенез. Это либо пластовые, либо лизовидные тела. Образование полезных ископаемых сводится либо к цементации первичного осадка с небольшими химическими изменениями, что характерно для месторождений органогенных известняков и кремнистых пород. Либо полезное ископаемое образуется в результате диагенеза. Так, в процессе преобразования остатков морских животных организмов в мелководных бассейнах образуются стяжения и псевдоморфозы по органическим остаткам фосфоритов. Примером может явиться Вятско-Камское месторождение среди кварцевых глауконитовых песков мелового возраста. Полагают, что оно образовалось на месте массовой гибели организмов, произошедшей на стыке теплого и холодного течений. Ранний диагенез растительных осадков приводит к образованию торфа, который в результате позднедиагенетических процессов превращается в бурый уголь. Месторождения торфа широко распространены в лесной таежной болотистой зоне. Наиболее крупным месторождением Европейской России является Большое Камское месторождение пермской области. Среди буроугольных можно отметить Подмосковный бассейн, приуроченный к отложениям тульского горизонта карбона. Месторождения бурого угля распространены в осадочном чехле древних и молодых платформ. Они характеризуются малым количеством пластов бурого угля (2-4), их относительно большой мощностью, достигающей первых десятков метров. По-видимому к диагенетическим образованиям можно отнести горючие сланцы - глинистые известковистые и песчанистые осадочные породы, содержащие горючее вещество - кероген. Типичными являются месторождения Прибалтийского бассейна, приуроченные к кукерскому горизонту ордовика.
В условиях катагенеза происходит дальнейшее преобразование биогенных отложений. Среди катагенетических полезных ископаемых следует выделить каменный уголь, потребительские свойства которого существенно отличаются от бурого. Месторождения каменного угля характерны для терригенных формаций складчатых областей. Они отличаются большим (до 100) количеством пластов угля, имеющих небольшую мощность, достигающую первых единиц метров.
Месторождения собственно биохимического подкласса
К этому подклассу относятся месторождения геосинклинальных пластовых массивных фосфоритов и газово-нефтяные месторождения. Рассмотрим их по отдельности.
Геосинклинальные фосфориты. Современное фосфоритообразование происходит в прибрежных океанических условиях в тропических широтах на мелководье там, где привнос обломочного материала с суши незначителен. Кроме того важно отметить, что это участки апвеллинга - восходящего движения вод в океане.
Ископаемые месторождения фосфоритов (седименто-диагенетические) тяготеют к границам глубоководных черносланцевых и кремнистых формаций с относительно мелководными карбонатными формациями ранних стадий развития складчатых областей. Наиболее крупные фосфоритовые пояса сформировались в кембрии (хр. Каратау в Казахстане), перми (Флорида, США) и палеогене (месторождения Марокко, Алжира, Туниса). Пояса протягиваются вдоль складчатых областей на сотни километров при ширине в десятки километров. В пределах поясов выделяются фосфоритовые толщи мощностью до сотни метров, состоящие из десятка продуктивных пластов мощностью в единицы метров, чередующихся с пластами кремнистых пород. Пласты состоят из однородных мелкозернистых фосфоритов полосчатой текстуры и микроолитовой структуры, реже встречаются желваковые фосфориты. По поводу образования фосфоритов в 50-х годах ХХ в. А. Казаковым была разработана биохимическая гипотеза, согласно которой источником фосфора являются морские планктонные организмы, гибель и погружение которых на глубины свыше 350 м приводит к их растворению и насыщению глубинных вод фосфором. При наличии прибрежных восходящих течений, когда глубинные холодные воды попадают в теплые поверхностные условия, происходит достаточно резкое падение парциального давления углекислого газа и вода становится пересыщенной по отношению к иону кальция и соответственно к его фосфату, что приводит к выпадению фосфата кальция в виде фосфорита. Таким образом, фосфоритообразование происходит на барическом геохимическом барьере, связанном с уменьшением парциального давления газов, растворенных в морской воде. Аналогичным образом возникают и скопления оолитовых карбонатных пород. Гипотеза А.Казакова подтверждается подводноморскими исследованиями современного фосфоритонакопления. Не исключено, что часть фосфора попадает в морскую воду в результате вулканических процессов.
Месторождения нефти и газа бывают приурочены к осадочным терригенным и карбонатным формациям чехла древних и молодых платформ. Они обычно располагаются вокруг щитов и складчатых областей, образуя нефтегазовые провинции и области (М.К.Калинко, 1987). Наибольшие ресурсы нефти и газа тяготеют к породам девона и мела. Причем максимальные ресурсы в количестве более 30% приходятся на меловые отложения. Месторождения состоят из пород - коллекторов, обладающих высокой пористостью и проницаемостью и содержащих скопления углеводородов, и пород - экранов, обладающих низкой проницаемостью. Различают структурные и литологически экранированные залежи. Первые бывают приурочены к тектоническим ловушкам, а вторые к литологическим. Наиболее распространенными являются антиклинальные пластовые залежи, приуроченные к сводам положительных структур. Литологически экранированные залежи бывают часто приурочены к участкам смены по простиранию пород коллекторов (например, песчаников) породами экранами.
Большинство современных исследователей стоит на позициях органического происхождения нефти. Согласно этим представлениям в стадию седиментогенеза происходит накопление органического вещества биосферы. С момента захоронения и до стадии метаморфизма органическое вещество генерирует газообразные и жидкие углеводороды. В стадию диагенеза осадка преимущественно генерируется горючий газ. В стадию катагенеза преимущественно в интервале температур 60 - 225оС наряду с газом образуются жидкие нефтяные углеводороды. Образующиеся газы и нефти в силу своей пониженной плотности начинают мигрировать и концентрироваться на границе хорошо и малопроницаемых горных пород, формируя залежи углеводородов. Таким образом, органическое вещество при образовании залежей углеводородов проходит следующие стадии: седиментогенез - диагенез - катагенез - миграция углеводородов - концентрация. Поскольку большая часть газа образуется в стадию диагенеза, его месторождения следует относить к диагенетическому ряду собственно биохимического подкласса, а образование нефти в стадию катагенеза - относить ее месторождения к катагенетическому ряду. Образование тех и других месторождений осуществляется на фильтрационном геохимическом барьере.
В зоне раннего гипергенеза по А.М.Кропачеву при взаимодействии нефтей с пластовыми водами в результате восстановления сульфат-иона образуются сероводородные рассолы, а за счет окисления углеводородов образуются углекислые воды, имеющие бальнеологическое значение.
ЛЕКЦИЯ 17
МЕСТРОЖДЕНИЯ МЕТАМОРФОГЕННОЙ СЕРИИ
К метаморфогенной серии относятся месторождения, полезные ископаемые которых претерпели метаморфизм или образовались в результате метаморфизма. Различают два основных вида метаморфизма: региональный метаморфизм, обусловленный совокупным воздействием повышающихся температур и давлений, и контактовый метаморфизм, связанный преимущественно с увеличением температуры окружающей среды. В соответствии с этим серия делится на две соответствующие группы.