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

сглаженной модификации (Страхов, 1968), при которой у большинства химических элементов максимальные содержа­ ния сдвинуты в сторону тонкодисперсных отложений. Значи­ тельное увеличение коэффициента распределения по сравне­ нию, например, с пярнуско-наровскими, старооскольскими и пашийско-кыновскими отложениями связано с усилением роли химического выветривания в области сноса, хотя наряду с химическим выветриванием в евлановское время большую роль играло также физическое.

Менее подвижные элементы — хром, кобальт и свинец — мигрировали, вероятно, в виде обломков минералов и взвесей, более подвижные — никель, титан, марганец, ванадий, гал­ лий, медь, цирконий, барий — транспортировались мицеллами глинистых минералов и частично растворами.

Весьма малые содержания галлия в описываемых отложе­ ниях (0,00053%) и титана (0,1124%) свидетельствуют о мор­ ском характере бассейна седиментации. Значение коэффици­ ента солености Ks (35—120 единиц, иногда 270), содержание хлора до 5 % (в среднем 0,28%) говорит об осолонении мор­ ского бассейна, об условиях, приближающихся к лагунным

(Лапуть, 1962).

Соотношение содержаний окисного и закисного железа, равное 1,896, позволяет предположить, что господствующими условиями в бассейне седиментации были восстановительные. Это же подтверждают и данные В. А. Лапу.тя (1962) о величи­ не pH, равной 7,6—8,0. В евлановских отложениях почти не ■встречено повышенных содержаний микроэлементов группы железа.

Отложения л и в е н с к о г о горизонта в центральных, се­ веро-западных и юго-западных частях Восточно-Европейской платформы представлены преимущественно морскими карбо­ натными отложениями с типично платформенными мощностя­ ми. В Белоруссии, на большей части территории Припятской впадины, ливенские отложения представлены галогенной фор­ мацией, отложения которой имеют большую мощность. Только в западной части впадины она замешается по простиранию сульфатно-карбонатными породами, а на востоке ее страти­ графическим аналогом является вулканогенная толща (см. I главу этой работы).

Приведенные данные показывают, что в нижнесолевое вре­ мя на территории Припятского прогиба существовал водный бассейн, который имел открытую связь с морями запада и за­ трудненную связь с водным бассейном Днепровско-Донецкой впадины. Его северная граница выходила, по-видимому, неда­ леко за пределы Припятского прогиба, а южная проходила у северного склона Украинского щита. Центральные и восточные части бассейна располагались в зоне наиболее интенсивного

166

прогибания. Здесь на протяжении длительного времени суще­ ствовал неглубокий солеродный бассейн, который с севера, се­ веро-востока, юга и частично востока был ограничен участками суши. На востоке в отдельные отрезки времени Припятский солеродный бассейн соединялся, по-видимому, с солеродными бассейнами Днепровско-Донецкой впадины. Вначале в этот бассейн поступало значительное количество терригенного, гли­ нистого и карбонатного материала с участков суши. Позже бассейн превратился в типичную солеродную лагуну, которая в отдельные отрезки времени опреснялась, что приводило к образованию здесь прослоев терригенных, глинистых и карбо­ натных пород. Климат в это время был сухим и жарким. Боль­ шое влияние на палеогеографическую обстановку оказала ин­ тенсивная вулканическая деятельность.

Западная часть Припятского бассейна была мелководной, временами сильно засолоненной, но значительно более опрес­ ненной, чем на востоке. В отдельные отрезки времени она стайовилась настолько сильно засолоненной, что в ней образова­ лись значительные по мощности пласты сульфатных пород. Области сноса, расположенные на севере и юге бассейна седи­ ментации (Украинский щит, Белорусский и Воронежский мас­ сивы), поставляли незначительное количество терригенного материала.

Т а б л и ц а ѴІ-5

Фоновые содержания химических элементов в вулканогенных породах Белоруссии, %

167

Элементами-индикаторами возраста ливенских отложении являются ванадий (минимум в песчаных и глинистых породах)

ихром (максимум в карбонатных образованиях). В разрезах конкретных скважин горизонт выделяется минимумами отно­ шений титана к ванадию и никеля к ванадию, минимумом ве­ личины Ga : Ті на границе с евлановскими отложениями, а также уменьшением медианных содержаний титана, марганца

иникеля. Гипсы и ангидриты ливенского горизонта содержат значительно меньше титана и марганца, чем евлановские, а з солях гораздо меньше ванадия, марганца и титана, чем в верх­ ней соленосной толще фаменского возраста (рис. 111-5, ІІІ-6).

Вулканогенные породы ливенского горизонта (табл. ѴІ-5) от­ личаются от верхнепротерозойских значительно меньшими фо­ новыми содержаниями большинства элементов.

Встречаемость микроэлементов группы железа в ливенских отложениях высока у титана и марганца, относительно высока у ванадия и никеля (большей частью II группа), низкая у хро­ ма и кобальта (табл. ІІІ-З). В целом для горизонта характер­ ны более высокие, чем в евлановских отложениях, фоновые содержания циркония и бария; более низкие—титана, ванадия, марганца, никеля, меди и галлия (рис. II1-25). Ряд элементов, расположенных по степени уменьшения их содержаний, ана­ логичен соответствующему ряду в пярнуско-наровской серии, пашийско-кыновских, саргаевских и евлановских отложениях Белоруссии.

В классификации по геохимическим профилям к Л-образ- ному ряду относится большинство элементов (титан, марганец, железо, медь, цирконий, барий, галлий), к Г-образному ряду, ( П < Г = К ) —ванадий и никель, к горизонтально-восходящему

данных коэффициент распределения элементов тождествен ко­ эффициенту в евлановском горизонте и равен 0,75. Распреде­ ление элементов, следовательно, относится, по Н. М. Страхову (1968), к сглаженной модификации упорядоченного типа и свидетельствует о том, что наряду с физическим выветривани­ ем большую роль в области сноса в ливенское время играли химические процессы. Геохимически мало подвижными эле­ ментами являются хром, кобальт и свинец, которые транспор­ тировались преимущественно в виде обломков и взвесей. Все остальные изученные элементы более подвижны. В их мигра­ ции большую роль играли растворы и коллоиды.

Развитое химическое выветривание (/СР= 0,75) характери­ зует область сноса как пенепленизированную равнину, что хорошо увязывается с фактом незначительного содержания з нижней соленосной толще песчано-алевритовых пород.

168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследования геохимического поведения микро­ элементов группы железа и некоторых других, содержащихся в породах различных горизонтов живетского и франского яру­ сов девона Белоруссии, наметились основные закономерности распределения элементов и связь их содержаний с литологиче­ скими особенностями пород и геологическим строением терри­ тории. Это позволило выделить участки и единичные скважи­ ны с аномальными концентрациями, наметить основные пути практического использования полученных геохимических пока­ зателей и коэффициентов для корреляции и расчленения оса­ дочных толщ девона, для некоторых палеогеографических ре­ конструкций и поисков полезных ископаемых. К основным вы­ водам, вытекающим из проведенных исследований, можно отнести следующие:

1. Распределение микроэлементов группы железа в отло­ жениях живетского и франского ярусов девона Белоруссии подчиняется некоторым общим закономерностям:

а) их медианные (фоновые) содержания в изученных лито­ логических разностях пород всех горизонтов ниже кларков ли­ тосферы, рассчитанных А. П. Виноградовым (1962);

б) во всех литологических разностях пород соотношения медианных содержаний различных элементов группы железа аналогичны соотношениям их кларков в литосфере: среднеме­ дианные концентрации в большинстве случаев уменьшаются с увеличением порядкового номера элемента в таблице Мен­ делеева, у четных элементов они выше, чем у нечетных, и т. д.;

в) распределение всех рассмотренных элементов в живетских и франских отложениях подчиняется логнормальному за­ кону;

г) среднемедианные содержания элементов изменяются в зависимости от литологических особенностей отложений и их возраста: наиболее бедны микроэлементами соли и сульфаты, обогащены обычно глинистые и карбонатные породы, реже песчаные; в породах каждого горизонта определенные (руко­ водящие) микроэлементы содержатся в максимальных или, наоборот, минимальных количествах; водоносный комплекс

170

живетского и франского ярусов девона Белоруссии крайне бе­ ден микроэлементами;

д) для живетских и франских отложений, как и для всего осадочного чехла Белоруссии, наиболее характерными геохи­ мическими рядами элементов являются относящиеся к первой группе восходящий, Л-образный и Г-образный, что свидетель­ ствует о преимущественно упорядоченном типе распределения элементов;

е) для большей части изученного разреза характерна пря­ мая корреляционная связь между содержаниями титана, мар­ ганца, ванадия и меди и обратная — между концентрациями этих же элементов и никеля;

ж) среднемедианные содержания марганца, ванадия и ти­ тана в пярнуско-наровских, старооскольских, пашийско-кынов- ских и саргаевских отложениях связаны с содержанием орга­ нического углерода прямой корреляционной зависимостью, в остальной части разреза — обратной; это обстоятельство поз­ воляет по содержанию микроэлементов судить о порядке ве­ личины концентрации органического углерода.

2. Установленные закономерности в распределении микро­ элементов группы железа свидетельствуют о возможности ис­ пользования геохимических данных для расчленения и корре­ ляции живетских и франских отложений девона Белоруссии по геохимическим данным. Наиболее эффективные результаты дает использование для этих целей комплекса следующих гео­ химических коэффициентов и показателей:

а) среднемедианное, или фоновое, содержание микроэле­ ментов группы железа в породах. Руководящими химическими элементами являются для песчаных отложений: в пярнусконаровской серии ■— ванадий, никель и хром; в пашийско-кы- новских отложениях — титан и марганец; в евлановском гори­ зонте — титан; в ливенском — ванадий; для глинистых образо­ ваний: в старооскольских отложениях — титан, ванадий, хром, кобальт; в пашийско-кыновских — никель и титан; в саргаев­ ских — никель и марганец; воронежских —■марганец; а в ливенских — ванадий; для карбонатных пород пярнуско-наров- ского возраста — марганец, ванадий, никель; пашийско-кынов- ского — титан; саргаевского — никель; семилукского — хром, ванадий, титан; воронежского — марганец; евлановского — ва­ надий; ливенского — хром;

б) суммарное содержание микроэлементов группы железа: предельные значения коэффициента F (максимумы или мини­ мумы) характерны для различных пород старооскольского, па- шийско-кыновского, саргаевского, воронежского и евлановско­ го возраста;

в) величина отношения содержаний пар химических элемен­ тов: индикаторами возраста для различных литологических ти­

171

пов пород пярнуско-наровской серии является отношение мар­ ганца к никелю; старооскольского горизонта — ванадия к марганцу и меди, галлия к титану и титана к ванадию; паший- ско-кыновского возраста — галлия к титану; саргаевского — галлия к титану, никеля и титана к ванадию, марганца к нике­ лю; воронежского — титана и никеля к ванадию; евлановского — ванадия к меди и галлия к титану; ливенского — галлия к титану, титана к ванадию, марганца к никелю и ванадия к марганцу.

3. Целый ряд особенностей в распределении химических эле­ ментов и изменение различных геохимических показателей поз­ воляют судить об особенностях фациально-палеогеографиче­ ской обстановки образования живетских и франских отло­ жений:

а) во всех горизонтах живетского и франского ярусов де­ вона Белоруссии, за некоторыми исключениями, сохраняется порядок микроэлементов, расположенных по степени уменьше­ ния их среднемедианных содержаний (как в горизонте в целом, так и в отдельных литологических разностях пород); это сви­ детельствует о незначительном территориальном изменении об­ ластей сноса;

б) относительно низкие содержания галлия и титана в осадочных образованиях всех горизонтов живетского и фран­ ского ярусов говорят о непресноводном характере этих от­ ложений;

в) характер распределения марганца и органического угле­ рода по основным литологическим типам пород свидетельству­ ет о том, что на некоторых этапах пярнуско-наровского, сарга­ евского и евлановского времени климатические условия были близки к гумидным, в пашийско-кыновское, воронежское и ливенское время преобладали аридные условия; в староосколь­ ское время климатические условия были непостоянны;

г) величина отношения окисного железа к закисному гово­ рит о восстановительных условиях осадконакопления в пяр- нуско-наровское, пашийско-кыновское, воронежское, евлановское и ливенское время; окислительных — в старооскольское, семилукское и нормальных — в саргаевское;

д) последовательное уменьшение на единицу площади (от пярнуско-наровской серии к ливенскому горизонту) количества участков и скважин с аномально большими содержаниями мик­ роэлементов свидетельствует, согласно Н. М. Страхову (1968), о постепенном сокращении размеров бассейна осадконакопле­ ния;

е) тенденция к увеличению во времени коэффициента рас­ пределения микроэлементов от пярнуско-наровских к евлановским и ливенским отложениям говорит о приближении распре­ деления к упорядоченному типу, иными словами, об усилении

172

роли химического выветривания в областях сноса, об увеличе­ нии геохимической подвижности ряда элементов и о сравни­ тельном удалении источников сноса;

ж) некоторое увеличение значений средних квадратических отклонений в нижней части разреза свидетельствует о более интенсивных геохимических процессах в пярнуско-наровское, старооскольское и пашийско-кыновское время.

4. Изучение геохимических особенностей живетских и франских образований республики позволило оценить последние с точки зрения возможных концентраций в них некоторых цен­ ных химических элементов и установить:

а) наибольшую склонность к концентрации в изученных от­ ложениях проявляют титан и ванадий; медь имеет склонность к концентрации; цирконий и барий одинаково склонны как к концентрации, так и к рассеянию, в то время как галлий, ни­ кель и марганец имеют тенденцию к рассеянию;

б) на основании анализа результатов лабораторных иссле­ дований живетских и франских отложений выделяется шесть участков и 38 скважин с аномально повышенными содержания­ ми таких химических элементов, как титан, ванадий, медь, цир­ коний, барий и др.;

в) в пределах аномальных участков минералами-носителя­ ми бария являются барит, циркония — циркон, титана — иль­ менит, лейкоксен, сфен;

г) формой нахождения никеля, ванадия, марганца и других элементов, чьи минералы не обнаружены в осадочных породах, является их рассеянное состояние: эндокриптное или сорбиро­ ванное;

д) природа аномальных содержаний микроэлементов, ве­ роятно, эмбрионально-рудная, по терминологии Н. М. Страхо­ ва (1968).

5. Опыт изучения девонских отложений республики показы­ вает, что исследования геохимических особенностей осадочных образований важны для корреляции и расчленения немых оса­ дочных толщ и некоторых палеогеографических реконструкций, для поисков месторождений полезных ископаемых путем выде­ ления и изучения геохимических аномалий.

В настоящее время назрела необходимость проведения в Белоруссии специальных региональных геохимических иссле­ дований всего осадочного чехла с целью детального геохимиче­ ского районирования территории БССР, составления сводных и единичных геохимических и прогнозных на различные полез­ ные ископаемые карт, выяснения баланса химических элемен­ тов, установления законов геохимической эволюции осадочной оболочки.

Изучение части литосферы, сложенной осадочными горными породами, в последние годы приобретает все большее научное,

173

теоретическое и прикладное значение. Новейшие исследования в области стратиграфии, тектоники, палеонтологии, металлоге­ нии, геохимии фанерозоя и геологии докембрия показали гро­ мадную роль осадочных процессов на протяжении всей истории земной коры, включая ее древнейшие этапы. Если совсем не­ давно считалось, что в докембрии резко преобладали магмати­ ческие процессы, то сейчас можно считать доказанным (Сидо­ ренко, 1964) их подчиненное значение не только в более позд­ ние, но и самые ранние эпохи. Осадочные процессы, в том числе геохимические, играли главную рель в формировании облика нашей планеты, в накоплении, разрушении, преобразовании мощных толщ пород и связанных с ними полезных ископаемых. По подсчетам Всесоюзного геологического фонда СССР (Сидо­ ренко, 1964), в месторождениях осадочного происхождения со­ средоточены разведанные и прогнозные запасы большей части видов минерального сырья. Из 30 важнейших полезных иско­ паемых у девяти (уголь, нефть, газ, марганец, бокситы, каменая и калийная соли, сера, фосфориты) разведанные запа­ сы целиком связаны с осадочными толщами; значительная часть мировых запасов никеля, кобальта, титана, олова, алма­ зов, графита, золота и др. также имеет осадочное происхож­

дение.

В настоящее время нельзя решать никакие геологические проблемы без всестороннего изучения осадочцого чехла Земли и отдельных его частей. Комплексный подход к решению цело­ го ряда практических и теоретических вопросов требует наряду с применением традиционных методов исследований осадочных пород привлечения и развития новых идей и подходов, в пер­ вую очередь геохимических. Между тем именно геохимическим аспектам проблемы изучения осадочного чехла, в частности за­ пада Русской плиты (в пределах Белорусской ССР), уделяется совершенно недостаточное внимание.

В последние годы значительно повысился интерес к осадоч­ ным образованиям Белоруссии. Это вызвано тем, что в респуб­ лике широким фронтом развернулись геолого-поисковые рабо­ ты на ряд полезных ископаемых, связанных с кристалличе­ скими породами фундамента и осадочными отложениями. Последние как в самой республике, так и на соседних террито­ риях перспективны на нефть и газ, каменную и калийные соли, россыпи ильменита, циркона, бокситы, радиоактивные эле­ менты, медь, ванадий, горючие сланцы, уголь и ряд других по­ лезных ископаемых.

Д л я разработки геологических основ прогнозирования руд­ ных и нерудных полезных ископаемых в осадочных отложениях Белоруссии наряду с изучением геолого-структурных, литоло- го-фациальных, палеогеографических, минералогических и дру­ гих особенностей осадочных пород большое значение имеет

174

выяснение геохимических закономерностей распределения з них различных химических элементов. Последнее дает возмож­ ность разработать основы геохимических методов поисков, ко­ торые в Белоруссии приобретают особенно большое значение в связи с закрытостью территории мощным чехлом кайнозой­ ских отложений. Не менее важно выявление возможностей при­ менения геохимических данных для корреляции и расчленения осадочных толщ, восстановления отдельных черт палеогеогра­ фической обстановки времени осадконакопления, так как без этого невозможны ни целенаправленная геологическая съемка (в том числе глубинная) дочетвертичных отложений, ни эффек­ тивные поисковые и разведочные работы. Любые геологические построения немыслимы без разработки критериев расчленения разреза и региональной корреляции отложений, палеогеогра­ фических реконструкций. В условиях Белоруссии вопросы рас­ членения разрезов, стратиграфической привязки литологиче­ ских пачек, отдельных прослоев пород, проявлений и место­ рождений различных полезных ископаемых приобретают особенно большое значение в связи с практическим отсутстви­ ем обнажений коренных пород. Дорогостоящий керн скважин должен комплексно изучаться самым тщательным образом и точно привязываться стратиграфически. Однако бедность мно­ гих стратиграфических подразделений макро- и микрофауной, палеофлорой значительно усложняет дело. Это в полной мере относится к тем горизонтам девонского разреза, возраст кото­ рых устанавливается только по единичным находкам остатков рыб, кораллам и главным образом по аналогии с литологией смежных районов, охарактеризованных палеонтологически (в частности, Главного девонского поля), а также к отложениям верхнего докембрия БССР, по которым вовсе нет палеонтоло­ гического материала. В этих условиях первостепенное значение приобретают, конечно, геохимические методы сопоставления и расчленения разреза. Возможность стратиграфической корре­ ляции «немых» толщ по данным химических, спектральных и других анализов в условиях Белоруссии старались показать авторы в настоящем исследовании.

В отношении палеогеографических реконструкций по геохи­ мическим данным можно сослаться на работы К. И. Лукашева и В. К. Лукашева (1967), А. Б. Ронова (1957, 1958), В. К. Лу­ кашева (1970, 1972) и многих других авторов, утверждающих возможность применения геохимических материалов для реше­ ния проблем палеогеологии и палеогеографии.

Авторы настоящей монографии также пришли к выводу о возможности использования ряда химических элементов для выяснения в общих чертах геохимических и палеогеографиче­ ских условий осадкообразования, в частности живетских и франских отложений.

175