книги из ГПНТБ / Махнач, А. С. Геохимия микроэлементов группы железа в живетских и франских отложениях Белоруссии

сии наибольшую склонность к концентрации проявляют титан и ванадий; медь имеет склонность к концентрации; цир­ коний и барий одинаково склонны как к концентрации, так и к рассеянию, в то время как галлий, никель и марганец более склоняются к рассеянию.

Изучение изменения средних квадратических отклонений имеет практическое значение для оценки возможности страти­ графической корреляции и расчленения разрезов по геохимиче­ ским данным, в частности по содержанию микроэлементов. Так, сравнительно однообразный характер кривых изменения стандартов в зависимости от возраста отложений при значи­ тельном изменении фоновых содержаний микроэлементов в живетских и франских отложениях Белоруссии свидетельству­ ет о правильном в основном выделении элементов-индикаторов возраста для различных горизонтов.

Величину коэффициента F, равного сумме концентраций микроэлементов группы железа, и значения отношений содер­ жаний элементов можно использовать в целях комплексного расчленения изучаемой осадочной толщи. Для живетскофранского разреза Белоруссии эта методика дала неплохие результаты. Так, из рис. ІѴ-5, ІѴ- 6 видно, что отложения пярнуско-наровской серии в разных скважинах выделяются по небольшому максимуму Ті/Ѵ, максимуму Ѵ/Сг и коэффици­ ента F, а также по минимуму Ga/Ti. Для старооскольского горизонта характерны максимумы F и Ni/'V, минимум Mn/Ni, для пашийско-кыновских отложений — минимум Ga/Ti. Саргаевский горизонт выделяется максимумом F и Мп/Ѵ; семилукский — минимумами Ni/V и Mn/Ni, в отдельных скважинах—- минимальным значением коэффициента F\ воронежские отло­ жения — максимумом Ni/V и Ga/Ti; евлановские — максиму­ мом Ті/Ѵ на границе с ливенскими отложениями, минимумом этого же отношения на границе с воронежскими. Для ливенского горизонта характерны минимумы отношений Ni/V и Ті/Ѵ. Следует заметить, что в связи с изменением соотношения ли­ тологических типов пород в различных скважинах корреля­ ционная связь геологического разреза с величинами отношений содержаний микроэлементов частично меняется.

Д. М. Шоу (1969) вслед за Р. Л. Моксхэмом предлагает при сопоставлении двух и более геологических объектов по геохимическим данным использовать в качестве основы, под­

ментов (і) к их кларкам в литосфере ( Кі) для всех анализиро-

П

ванных элементов (п) : R = ^ ( R i / K i ) /п. Согласно определению,

114

коэффициент R для литосферы равен 1. Этот коэффициент применен (Бордон, Урьев, 1972) для расчленения раз­ резов, в частности выяснения геохимических различий между нижней и верхней соленосными толщами в разрезе девона Припятской впадины. Как известно, нижняя соленосная толща мощностью до 1 1 0 0 м и более сложена чередующимися пачка­ ми каменной соли (до 70—80%) и несолевых пород. Верхняя соленосная толща мощностью от нескольких десятков до 3—3,5 тыс. м подразделяется на две подтолщи — нижнюю галитовую, сложенную преимущественно (87—92%) каменной солью с редкими маломощными прослоями несолевых пород, и верхнюю с прослоями калийных солей и 30—70% несолевых пород.

Рис. ІѴ-6. Изменение геохимических коэффициентов по разрезу скважины 4-Р (Копаткевичская площадь)

Скудность палеонтологических остатков, содержащихся в солевых породах, не позволяет зачастую решать однозначно вопрос об их возрасте. При отсутствии в разрезах конкретных скважин межсолевых отложений задача стратиграфического расчленения галогенной формации еще более осложняется, так как контактирующие нижняя и верхняя соленосные тол­ щи, сложенные сходными по составу существенно галитовыми породами, в этих случах, как правило, мало различаются между собой литологически. В последнее время в связи с воз­ росшим объемом бурения все новые и новые скважины подтверждают наличие довольно обширных зон, где в силу различных обстоятельств (связанных как с особенностями осадконакопления, так и с результатами проявления тектони­ ческих процессов) верхняя соленосная толща непосредственно ложится на нижнюю (рис. ІѴ-7). В связи с этим критерии, по которым можно было бы различать палеонтологически немые, литологически однородные солевые толщи, приобретают боль­ шое значение. Одним из таких критериев является коэффици­ ент накопления элементов. Уже говорилось, что по сравнению с вмещающими толщами солевые отложения выделяются в разрезе резким снижением содержаний Ti, V, Сг, Мп, Со, Ni, Cu, Ва, Ga и некоторых других элементов. По содержанию микроэлементов из всех литологических разностей наиболее обеднены галититы. В то же время наблюдается четкое гео­ химическое отличие нижней (франской) соли от верхней (фаменской). Последняя обогащена многими элементами.

Особенно четко геохимическое различие солей проявляется при сравнении коэффициентов R. Их величина, рассчитанная по 11 элементам, для галититов верхней (7?= 0,159) и ниж­ ней (/? = 0 ,0 2 ) соленосных толщ ярко подчеркивает четкое гео­ химическое различие рассматриваемых отложений.

Наиболее сложной задачей является применение геохими­ ческих данных для восстановления отдельных черт палеогеог­ рафической обстановки времени осадконакопления. Н. М. Страхов (1959) указывал, что элементарный состав пород нельзя изучать без предварительного литолого-фациального анализа, так как все стороны слагающих его элементов явно видоизменяются в разной физико-географической среде. Авто­ ры делают попытку решения обратной задачи — выявление некоторых черт условий седиментации по элементарному со­ ставу осадочных пород. В той или иной степени эта задача для ряда регионов СССР решена А. Б. Роновым и А. И. Ермишкиной (1959), 3. А. Яночкипой (1964), О. Б. Сафаровой (1967) и другими исследователями. На возможность восстановления по геохимическим данным элементов палеогеографии указывали К. И. Лукашев и В. К. Лукашев (1967), Б. А. Лебедев (1967), Л. А. Борисенок и А. А. Сауков (1960) и др.

116

При восстановлении отдельных элементов палеогеографии во избежание возможных ошибок нами был использован це­ лый комплекс геохимических показателей и коэффициентов.

Распределение марганца по основным литологическим ти­ пам пород, т. е. принадлежность этого элемента к определен­ ному геохимическому ряду. Исследуя поведение марганца в осадочных породах, А. Б. Ронов и А. И. Ермишкина (1959) пришли к выводу, что в природе существует два отличных друг

Рис. ІѴ-7. Схема распространения галогенной формации на территории Припятской впадины:

/—глубинные разломы, ограничивающие впадину с севера и юга; 2—западная и во­ сточная границы распространения солевых отложений; 3—зоны отсутствия межсолевых отложений, выявленные бурением (/—Анисимовско-Наровлянско-Хойникская, / / —Ше- стсвичская приразломная, III—Гороховсхо-Дудичсхо-Ьеликоборская, /V—Червоносло- бодско-Малодушннская, V—Вишанско-Речицкая приразломная); -/—некоторые буровые

скважины в пределах указанных зон

от друга типа его распределения. В отложениях гумидных климатических зон, которые изучали Н. М. Страхов (1954, 1957, 1968), Е. С. Тихомирова (1957) и другие, наблюдается увеличение содержаний марганца от песчано-алевролитовых пород к глинистым II далее к карбонатным, т. е. для гумидных зон характерен восходящий геохимический ряд. В отложениях же аридных климатических зон распределение марганца по типам пород иное. Для них характерно незначительное увели­ чение содержаний элемента от песчаных пород к глинистым, а затем резкое снижение к карбонатным отложениям, т. е. здесь наблюдается Л-образный ряд (рис. ІѴ-8 , ІѴ-9). Зависимость геохимического профиля марганца от климатических условий ярко подтверждается выводами Н. М. Шорта (Short, 1961) о том, что из факторов, влияющих на распределение в осадках элементов, климат даже более важен, чем состав материнских пород. Исходя из приведенных предпосылок, можно говорить, например, что в пашийско-кыновское и ливенское время

117

(Л-образный геохимический профиль марганца) климатиче­ ские условия были относительно ближе к аридным, а в евлановское — к гумидным (восходящий профиль).

Распределение марганца по фациальному профилю. А. Б. Ронов и А. И. Ермишкина (1959) убедительно показали, что максимальные количества марганца во всех типах пород приу­ рочены к отложениям прибрежно-морских фаций. Содержание элементов в породах убывает из прибрежной зоны как в на-

Рис. ІѴ-8. Изменение содержания МпО в осадочных породах Русской плат­ формы в зависимости от климатических условий их образования (Ронов, Ермишкина, 1959):

/—гумидная, / / —аридная зоны

Рис. ІѴ-9. Изменение содержания МпО в осадочных породах Русской плат­ формы в зависимости от фациальных и климатических условий их образо­ вания (Ронов, Ермишкина, 1959):

/ —гумидная, / / —аридная зоны

правлении материка (к отложениям континентальной и лагун­

ганца в прибрежно-морских осадках присуще отложениям как гумидной, так и аридной климатических зон, однако рас­ смотрение кривых рис. ІѴ-9, ІѴ-10 показывает, что климатиче­ ские условия существенно влияют на фациальный профиль. Рассмотрение среднемедианных содержаний марганца в раз­ личных горизонтах живетского и франского ярусов позволило

118

дать их сравнительную фациальную характеристику. Так, например, минимальные концентрации марганца во всех типах пород в ливенских отложениях свидетельствуют о лагунных условиях осадкообразования.

Распределение органического углерода. Исследованиями А. Б. Ронова и других авторов доказано, что среднее процент­ ное содержание органического углерода изменяется снизу вверх по стратиграфической шкале. Направленность этих изменений одинакова для всех типов пород, но масштабы коле­ баний разные и имеют максимальную амплитуду в глинистых

Рис. IV-ІО. Изменение содержания МпО в осадочных породах Русской плат­ формы в зависимости от фациальных условий их образования (Ронов, Ермишкина, 1959):

1—карбонатные, 2—глинистые, ^—песчаные породы

толщах. Периодичность накопления органического углерода говорит о существовании общей для всей Земли исторической тенденции к периодическому увеличению и уменьшению ин­ тенсивности жизнедеятельности организмов, следы которой были запечатлены рассеянным в толщах пород органическим веществом, а чередование максимумов и минимумов в разви­ тии органической жизни Земли тесно связано с изменением тектонической и физико-географической обстановки. Периоды накопления биомассы говорят, вероятно, о тектоническом по­ кое, максимальной трансгрессии, влажном и в общем умерен­ ном климате. Минимумы в содержании органического углеро­ да свидетельствуют о регрессии, резком расширении аридных зон. Органическое вещество чутко реагирует на все изменения, происходящие в среде, в том числе на изменение температуры и давления. В отношении девонских отложений, в частности Припятской впадины, В. А. Лапуть (1964) установил, что с глубиной залегания (т. е. с увеличением давления и темпера­ туры) в органическом веществе исчезают гумусовые кислоты, происходит новообразование битумов. А. Б. Ронов (1958)

119

отмечает, что содержание органического углерода в основных литологических типах пород различно в ненефтеносных и неф­ теносных областях Русской платформы; в последних оно при­ мерно в 3 раз выше (рис. ІѴ-11, IV-12). Нефтеносные и ненеф­ теносные районы различаются также фациальным профилем органического углерода (континентальные и лагунные отло­ жения— прибрежно-морские—пелагические): в первых он но­ сит Л-образный характер, максимум приурочен к прибрежно­ морским отложениям, в ненефтеносных областях — восходя-

Рис. ІѴ-11. Среднее содержание орга­ нического углерода в различных ти­ пах осадочных пород нефтеносных и ненефтеносных областей Русской платформы. На рис. ІѴ-11—ІѴ-15:

/—нефтеносные области, 2—Русская плат­ форма в целом, 3—ненефтеносные области (по А. Б. Ронову, 1958)

Рис. IV-12. Среднее содержание орга­ нического углерода в отложениях разных фациальных зон нефтеносных и ненефтеносных областей Русской платформы

Континенталь-Прибреж-Отложения ныеилагунные но-морскиеоткрытого

моря

щий, наибольшие содержания характерны для открытого моря. Геохимический профиль элемента зависит от условий осадконакопления. Так, для прибрежно-морских и пелагиче­ ских отложений характерен Л-образный, а для континенталь­ ных и лагунных — нисходящий, почти L-образный геохимиче­ ский профиль в нефтеносных и Л-образный в ненефтеносных районах, что хорошо видно на специальных графиках (рис. IV-13—ІѴ-15), приведенных в статье А. Б. Ронова (1958). Подмеченные этим исследователем закономерности

120

в распределении органического углерода в настоящей работе сопоставлены с данными о распространении органического углерода в породах живетского и франского ярусов девона Белоруссии. Это также позволило сделать некоторые практиче­ ские выводы об отдельных чертах палеогеографической обста­ новки времени накопления осадка. Так, Л-образный геохими­ ческий профиль и максимальная концентрация органического углерода в отложениях пярнуско-наровской серии свидетель­ ствуют, например, о прибрежно-морской обстановке, в кото­ рой происходило в это время осадконакопление.

Отношение окисного и закисного железа. Известно, что в зависимости от преобладания в определенной сре­ де окислительных или восстанови­ тельных условий изменяется форма нахождения гетеровалентных хими­ ческих элементов, чутко реагирую­ щих на условия геохимической об­ становки. К числу таких элементов

Рис. ІѴ-13. Среднее содержание органиче­ ского углерода в различных типах осадоч­ ных пород прибрежно-морских отложений нефтеносных и ненефтеносных областей Русской платформы

относится прежде всего железо, являющееся породообразую­ щим окислом глин. Оно присутствует обычно в окисной и запис­ ной формах. Как показали работы А. Б. Ронова (1958), отно­ шение Fe20 3/Fe0 является как бы мерой окислительных или восстановительных геохимических условий в среде осадконакопления; чем больше это отношение, тем, очевидно, интенсивнее окислительные условия. И, наоборот, с умень­ шением величины Fe20 3/Fe0 интенсивность окислитель­ ных условий снижается и по достижении некоторого значения,

Белоруссии данные говорят о том, что при формировании изу­ ченной толщи условия накопления осадков изменялись. Так,

121

господствовала нейтральная обстановка (РегОз/РеО = 2,073). Среднемедианные содержания галлия в осадочных породах могут служить индикаторами морских фаций, так как содер­ жание этого элемента в пресноводных глинах, по данным Л. А.

По данным Б. А. Лебедева (1967), исследовавшего глинистые отложения Западно-Сибирской низменности и Прикаспийской впадины, содержание этого элемента в пресноводных глинах

Рис. ІѴ-14. Среднее содержание ор­ ганического углерода в пелагиче­ ских отложениях

Рис. ІѴ-15. Среднее содержание органического углерода в конти­ нентальных и лагунных отложе­ ниях (по А. Б. Ронову, 1958)

(0,53%) в 1,5 раза и более выше, чем в морских (0,38% и ме­ нее). Низкие содержания галлия и титана в отложениях всех горизонтов живетского и франского ярусов девона Белоруссии

мерности распространения микроэлементов в осадочных отло­ жениях и выделил пестрый и упорядоченный типы распределе­ ния, а в каждом из них по два подтипа (модификации): в первом — собственно пестрый и переходный, в упорядочен­ ном —■сглаженный и контрастный. Коэффициент распределе­ ния элементов выражает эту классификацию количественно и отражает интенсивность выветривания в областях сноса, спо­ соб миграции микроэлементов, расстояния до источника сноса и т. д. В эпохи наиболее интенсивного химического выветрива­

122

ния, сопровождающегося разрушением минералов материн­ ских пород и высвобождением из их кристаллических решеток элементов, максимум содержаний резко сдвигается в пелагиче­ скую зону тонкозернистых, глинистых и карбонатных осадков. В этом случае распределение элементов приближается к упорядоченному типу, следовательно, Кр стремится к единице; в периоды ослабления выветривания он убывает. Чем дальше источники сноса, чем больше бассейн седиментации, тем луч­ ше сортировка терригенного материала, тем сильнее обедня­ ются осадки и пелитовыми частицами. Коэффициент распре­

из кристаллических решеток и перешли в раствор, обогащают в некоторой степени глинистые и карбонатные образования. В этом случае распределение относится в переходному подти­ пу, Кр уменьшается. Близость источников сноса и, следова­ тельно, плохая сортировка материала еще более усугубляют несогласованность в распределении элементов, приводят к собственно пестрой модификации пестрого типа. Коэффици­ ент распределения падает даже до нуля.

В настоящей работе проведено сопоставление коэффици­ ентов распределения (или упорядочения) и типов распределе­ ния элементов (Страхов, 1968) в различных отложениях и ре­ гионах СССР, в частности Актюбинском Приуралья (Яночкина, 1964, 1966), Второго Баку (Страхов, 1957), Северного Кобыстана (Сафарова, 1967), Саратовского Поволжья (Вышемирская и Коробов, 1965), равнинного Узбекистана и др. Для приведенных районов, а также для Белоруссии ко­ эффициент распределения элементов в осадочных породах со­

Сделанные выводы позволяют в общих чертах охарактеризовывать по величине коэффициента распределения области сноса и способ миграции элементов в период формирования отложений различных горизонтов живетского и франского ярусов девона Белоруссии.

123