4. Диагенетические компоненты

Если исключить из диагенетических гипергенные, т.е. сингене- тичные элювиальные минералы, рассмотренные выше (4.5.2), то собственно диагенетическими останутся те, которые образуются в условиях существенно закрытой термодинамической системы. Их список также обширен и превосходит список седиментогенных хи­мических минералов. Общими в этих списках остаются кальцит, доломит, опал, гипс, ангидрит, другие сульфаты (Mg, Na, К), хло­риды, отчасти фосфаты, гидроокиси железа, марганца. Сверх того в диагенезе образуются сидерит, анкерит, родохрозит, магнезит, стронцианит и более редкие карбонаты, барит, целестин и другие сульфаты, флюорит, пирит, галенит, сфалерит и другие сульфиды, разнообразные фосфаты кальция, железа, алюминия коллоидаль­ной структуры и апатит, кристобалит, халцедон, кварц, разнооб­разные цеолиты, каолинит, монтмориллонит, другие смектиты, гидрослюды, хлориты, палыгорскиты, сепиолиты, смешанослойные и другие глинистые минералы (Конкреции ..., 1977, 1983; Македо- нов, 1966 и др.; Муравьев, 1983).

Объемы диагенетических минералов, однако, сильно уступают крупным седиментогенным массам вещества. Большей частью диагене- тические минералы образуют конкреции, участковый цемент, выполне­ния пустот в раковинах, миндалинах эффузивов, межскелетных про­странств и реже — более или менее чистые пласты и линзы сидеритов, известняков, доломитов, фосфоритов, кремней, гипсов, ангидритов, цео­литов, монтмориллонитов или каолинитов по пепловым туфам, иногда

• сульфидов и других минералов. Толщина их достигает 1-2 м, хотя ча­ще это лишь сантиметры и дециметры, а диаметр конкреций до 5-6 м.

Диагенетические минералы наследуют сингенетические, но с опре­деленными, часто значительными изменениями окислительно-восстано­вительного типа: окисные в сингенезе сменяются нередко восстанови­тельными в диагенезе.

Сингенез и диагенез конкурируют по глубине трансформаций и ми­нералогическому разнообразию и трудно определить среди них домини­рующую стадию (Фролов, 1984).

4. Ката- и метагенетические компоненты

Последними к ранее образованным присоединяются ката- и мета­генетические минералы, по объему малые, — цемент, конкреции, вторичные минералы по полевым шпатам, темноцветным, литокла- стам и только карбонатный метасоматоз — кальцитизация, доломити­зация, магнезитизация, реже сидеритизация — создает крупные объ­емы, толщи в сотни метров: некоторые палеозойские доломиты Рус­ской и других платформ, сидериты Бакала (рифей, Башкирский антиклинорий) и магнезиты Сатки (там же), сформировавшиеся на стадии катагенеза (см. 3.6 и 3.7).

Наиболее многочисленны раннекатагенетические минералы: као­линит, монтмориллонит, гидромусковит, гидробиотит, хлориты и другие глинистые минералы, развивающиеся по полевым шпатам, темноцвет­ным и другим силикатам, а также синтетически в поровом пространстве песчаников. Их разнообразие определяется вариациями pH в разных участках осадка и породы, а интенсивность глинизации — условиями тропического выветривания и длительностью подстадии. Образуются многие и разные карбонатные, сульфатные, сульфидные и цеолитовые минералы, халцедон, кварц, полевые шпаты и преобразуются органиче­ское вещество, возникают бурые и позднее каменные угли, метан, начи­нается образование нефти (Седикахиты..., 1982).

Позднекатагенетические минералы еще меньше по объему и массе и менее разнообразны минералогически. Идет упрощение минерального состава и уменьшение минерального разнообразия. Глинистые минера­лы изменяются в сторону гидрослюдизации и хлоритизации, монтмо­риллониты и другие смектиты практически исчезают, как и опал, кри­сталлизуется коллофац. Все карбонаты сохраняются, лишь перекристал- лизовываются. Образуются кварц, цеолиты, полевые шпаты, титани­стые минералы (анатаз, брукит), пирит (кубики) и другие сульфиды, ба­рит, ангидрит, глубоко преобразуется органическое вещество (Клубова, 1965; Стадников, 1957) — вначале возникает главная масса нефти (главная фаза нефтеобразования), позднее газоконденсата и газа, воз­никают основные типы каменных углей и затем они метаморфизуются до марки тощих (Т).

Метагенетические минералы и по общей массе, и по разнообразию наименьшие из всех стадиальных минералов, они отражают высокие температуры и давление. Это в основном трансформированные минера­лы предыдущих стадий. Глинистые породы метаморфизуются, т.е. пере- кристаллизовываются в серицитовые и хлоритовые сланцы, триоктаэд- рические гидрослюды переходят в диоктаэдрические 2Mi, магнезиально­железистые филлосиликаты — в высокотемпературные хлориты — орто­хлориты, тальк, возникают помбелит, пумпеллиит, пирофиллит, мало­водные цеолиты (ломонтит, сколецит), исчезает халцедон, замещаясь кварцем, как акцессорные, образуются альбит, олигоклаз, калишпат, эпидот, цоизит, турмалин, сфен, анатаз, брукит, рутил, апатит, пирит и другие силикаты.

Многие минералы метагенеза — единичные мелкие кристаллики, регенерационные каемки, выполнения пустот и реже замещающие пер­вичный состав (Логвиненко, 1984; Лонгвиненко, Орлова, 1987; Япа- скурт, 1989; и др.). И трансформированные, и новообразованные мине­ралы метагенеза лучше окристаллизованы, их структура и состав более упорядочены по сравнению с минералами катагенеза. В целом они ста­новятся больше похожими на эндогенные, метаморфические и магмати­ческие минералы, в чем проявляется прогрессивность развития минера­лов в стратисфере.

При переходе в зону метаморфизма (Савельев и др., 1974; Япаскурт, 1989; и др.) эти черты минералогии усиливаются, и в массовом количе­стве возникают альбит, мусковит, хлорит, пренит, эпидот, цоизит, ка­лишпат, появляются биотит, актинолит, полностью перекристаллизовы- вается кварц песчаников. Однако многие метагенетические минералы практически не меняются в зоне начального метаморфизма: титанистые, циркон и большинство других акцессорных и некоторые породообразую­щие (полевые шпаты).

4. АУТИГЕННО-МИНЕР АЛОГИЧЕСКИЕ ПРОВИНЦИИ, ИЛИ ГЕОХИМИЧЕ­СКИЕ ФАЦИИ

Если по терригенным минералам можно определить состав и поло­жение, а также географические условия суши, то по аутигенным мине­ралам восстанавливают физико-химические, географические и бионо- мические условия бассейна седиментации, комплекс которых часто на­зывают фациями (Гуляева и др., 1968; Пустовалов, 1940; Теодорович, 19586; и др.).

Для восстановления условий осадконакопления наибольшее значе­ние имеют сингенетические компоненты, формирующиеся в стадию на­копления и в стадию сингенеза, т.е. гипергенеза. Последние даже более точно отражают физико-географические и физико-химические условия поверхности земли на суше и под водой. Диагенетические, ката- и мета- генетические компоненты документируют уже условия стратисферы, изолированные от зоны и условий осадкообразования.

Аутигенные минералы (Теодорович, 1958а), как и терригенные, обычно не встречаются поодиночке, а образуют ассоциации, или комп­лексы, в данном случае — аутигенно-минералогические (АМК), пло­щадь распространения которых, по аналогии с ТМП, можно назвать аутигенно-минералогической провинцией (АМП). Ее называют также и геохимической фацией (ГФ или ГХФ). Представление о сингенетиче­ских минералах и химических элементах, о сингенезе, геохимических фациях и их классификацию разработал еще в 1933 г. Л.В. Пустовалов (1940, с. 458-470). Он различал прежде всего сингенетичный минерал и сингенетичное химическое соединение, что иллюстрировал примерами. В одном из них приводится последовательный ряд сингенетичных мине­ралов: феррогель -* лимонит -* гётит -*■ гематит, в котором строго синге- нетичным является лишь первый — многоводный феррогель состава РегОз'пНгО, где п > 2. Все другие минералы, начиная с “лимонита” или, точнее, с гидрогётита, являются уже эпигенетичными по отноше­нию к феррогелю. Но они сохраняют в своей основе, в своем “корне” од­но и то же химическое соединение — окись железа. Оно и выражает фи­зико-химические условия, т.е. геохимическую фацию. Это сингенетич­ное химическое соединение (СХС). Таковым является и бисульфид же­леза, хотя в осадках зоны сингенеза можно встретить и моносульфид разной степени гидратации и водные дисульфиды. Si02, FeC03 и т.п. — другие примеры СХС — члены соответствующих в разной степени гид­ратированных рядов сингенетичных минералов, начинающихся с сили- когеля (БЮг'пНгО), гидрокарбоната железа (РегСОз'лНгО).

Аналогично вводится понятие о сингенетичном химическом элемен­те (СХЭ), например К в составе глауконита, заимствованный из мор­ской воды. Он противопоставляется механогенному калию, входящему в состав терригенного калишпата.

На практике для характеристики АМП или ГХФ пользуются обоими понятиями — и сингенетичными минералами (элементами), и сингене- тичными химическими соединениями (элементами), различая их, когда это нужно. Для реконструкции условий сингенеза имеют значение не только присутствующие, но и отсутствующие сингенетичные компонен­ты. На последние впервые для пегматитов обратил внимание А.Е. Ферс­ман (1931), назвав их “запрещенными”. В литологии впервые эти поня­тия и термин употребил Л.В. Пустовалов (1933-1937).

Таким образом, каждая АМП, или геохимическая фация, характе­ризуется обязательными (руководящими, типичными), возможными, или факультативными (их появление зависит от ряда привходящих об­стоятельств и моментов, например от наличия соответствующих катио­нов или анионов), и запрещенными (исключенными) СХС и СХЭ, на­пример пирит в лимонитовой фации. Для современных и древних лате­ритов обязательными СХЭ являются, например, Fe , А1³⁺, СХС — ма­ловодные РегОз, AI2O3, возможные Si и Si02 (водный или кристалличе­ский) и запрещенные Fe , сульфидная S, органический С, FeS2, FeC03. Для торфяного болота и возникшего в нем угля с кислыми и восстанови­тельными условиями обязательны каолинит, сидерит, пирит, марказит, органические углеродные минералы, возможны сульфиды Си, Zn, Pb, если эти элементы имеются в торфянике, запрещены Fe и его окислы, как и окислы других элементов. Выявление в отложениях трех групп сингенетичных элементов и соединений — минералов полнее представ­ляет АМП, или геохимические фации, и позволяет на этой фактической эмпирической основе теоретически прогнозировать полезные ископае­мые и их минерально-геохимический профиль.

Каждый участок земной поверхности охарактеризован своими комп­лексами сингенетических минералов, сохраняющимися часто на протя­жении длительных отрезков геологического времени. Это и позволяет понимать их как аутигенно-минералогические или геохимические про­винции, или фации. В традициях 30-40-х годов JI.B. Пустовалов разли­чал современные и ископаемые геохимические фации — СГФ и ИГФ. Под современной геохимической фацией JI.B. Пустовалов (1933) предло­жил понимать “часть земной поверхности, которая на всем своем про­тяжении обладает одинаковыми физико-химическими и геохимически­ми условиями накопления и формирования осадочных горных пород. Под ископаемыми геохимическими фациями соответственно следует ра­зуметь пласт или свиту пластов, которые на всем своем протяжении обладают одинаковой изначальной геохимической характеристикой, возникшей в результате условий образования осадочной породы и про­являющейся прежде всего в повсеместном нахождении одного и того же комплекса сингенетичных выделений, которые образуют между собой закономерные ассоциации, обусловленные физико-химическими усло­виями формирования породы” (1940, с. 462).

Л.В. Пустовалов описывает 9 типично морских и 6 континентальных фаций: 1) сероводородную, 2) сидеритовую, 3) шамозитовую, 4) глауко­нитовую, 5) фосфоритовую, 6) окислительную, 7) ультраокислитель- ную, 8) доломитовую и 9) фацию “морских солей”; 10) латеритную, 11) фациюортштейнов (или “отбеливающеговыветривания”), 12) пустынь, 13) континентальных солей, 14) железных руд и 15) углей.

Г.И. Теодорович развил учение о геохимических фациях и разрабо­тал детальную классификацию субаквальных фаций (1958, с. 75-107), основанную на двух важнейших параметрах среды — pH и Eh. Если вы­делять по каждому из этих параметров 6 градаций — фаций, то в класси­фикационной таблице — матрице их будет 36; в каждой клетке список устойчивых при данных значениях pH и Eh минералов.

Рассмотрим сначала фации раздельно по каждому признаку. По pH выделяются геохимические фации (табл. 4.1):

1. Резко щелочная, или содовая, с pH > 9, с характерными (устойчи­выми) минералами — сода Na2C03, Са-монтмориллонит, меньше магне­зит, доломит, кальцит, гейлюссит, сульфиды Fe. Современные примеры

• содовые озера залива Сиваш и Кулундинской степи.