ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2011, № 4, с. 362-395
УДК 551
О РУДООБРАЗУЮЩЕИ РОЛИ ЧЕРНЫХ СЛАНЦЕВ (НА ПРИМЕРЕ ФОСФАТНЫХ И МАРГАНЦЕВЫХ РУД)
© 2011 г. В. Н. Холодов, Р. И. Недумов
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: rostislavn@yandex.ru Поступила в редакцию 20.10.2010 г.
В статье рассмотрены представления о рудообразующей роли черных сланцев, показана связь между распространением этих пород и концентрациями фосфора и марганца. Описаны ассоциации черных сланцев, фосфоритов и марганцевых руд, а также предложен механизм, объясняющий их сонахождение. Подчеркнуто, что черные сланцы являются не только нефтеобразующими толщами, но и рудопроизводящими свитами для месторождений фосфора и марганца, а также рудоконцен-трирующими породами для халькофильных элементов.
Огромное значение биосферы в образовании осадков, осадочных пород и руд было показано в работах В. И. Вернадского, Я. В. Самойлова, Н.М. Страхова, В.А. Успенского, Н.Б. Вассоеви-ча, Э.А. Галимова, А.В. Сидоренко и ряда других выдающихся ученых.
При изучении тонкослоистых пород, существенно обогащенных органическим веществом, в литологической науке давно обозначились два несколько различных подхода: петрографический и биохимический. Первый из них опирался главным образом на состав и особенности строения минеральной части этих образований, их текстуры, и был типичен для разных школ российских петрографов, тогда как второй подход на первый план выдвигал состав и количество органического вещества, был тесно связан с интересами нефтяной и урановой промышленности и в основном отразился в многочисленных работах американских и английских исследователей.
Ярким выразителем петрографического направления при исследовании пород, обогащенных органическим веществом, являлся М.С. Швецов [1958]. Среди большого разнообразия глин он предложил выделить элювиальные и воднооса-дочные, причем подчеркнул, что последние отличаются от элювиальных четко выраженной слоистостью и присутствием значительного количества органического вещества; некоторые глины характеризуются оптической ориентировкой слагающих их мельчайших частиц.
Особую группу пород среди глин по М.С. Швецову представляли аргиллиты — образования не скоблящиеся ножом, не размокающие в воде и обязательно прошедшие стадию диагенетическо-го или катагенетического уплотнения. При этом микрослоистые аргиллиты могут содержать боль-
шое количество органического или углистого вещества, пирита ("ампелитовые" разности), битумов ("битуминозные" аргиллиты), карбонатов и кремнезема.
К третьей группе минерально--органогенных пород М.С. Швецов отнес сланцеватые аргиллиты, аспидные сланцы, филлиты; все эти породы связаны со сланцеватостью — ложной слоистостью, которая проявляется в осадочных толщах в результате воздействия тектонических напряжений и перекристаллизации и новообразований ряда минералов — кварца, серицита, слюд, рутила, пирита, гранатов. Эти породы часто окрашены в серый и черный цвета благодаря присутствию графита (грифельные сланцы).
В учебнике Л.В. Пустовалова [1940] аргиллиты принадлежат к группе пелитолитов (глин), но постоянно характеризуются примесью кремнезема. Что касается сланцев, то они, по мнению автора, возникают в результате метаморфизма, описываются в курсах общей петрографии и поэтому в учебнике не рассматриваются.
Большинство последующих исследователей-петрографов [Логвиненко, 1984; Кузнецов, 2007] по существу разделяют представления М.С. Швецова и выделяют две группы глинистых пород — глины и аргиллиты со сланцами. Между тем сам М.С. Швецов отлично понимал ненадежность критериев распознавания различных групп пород в ряду глина—метаморфический сланец и в 1956 г. писал: "...Быть может как раз классическим образцом абсурдности в петрографической номенклатуре является знаменитая порода "сланец", за которую крепко (и, как мы увидим далее, неспроста) держатся многие литологи". И далее: ".В названиях осадочных пород мы всегда отражаем их состав. Сланцы — единственная "порода", название
которой ничего не говорит о ее составе — порода аноним. Более того, оказывается, что "сланец" может иметь любой вещественный (минеральный) состав (глина, известняк, силицит и т.д.). Эта исключительная порода часто выделяется лишь по одному свойству — тому, что она была подвергнута более значительным тектоническим воздействиям ("рассланцована") без указаний о ее составе. Впрочем и в этой единственной ее особенности нет уверенности, так как иногда сланцами называют породы, распадающиеся на плитки по нормальной осадочной слоистости" [Швецов, 1956, с. 113].
Очевидно, что трудности петрографического подхода здесь отмечены довольно ясно.
Биохимический аспект обозначился в работах У.Г. Твенхофела, который еще в 1915 г. использовал термин "черные сланцы" [Twenhofel, 1915], а в своем учебном руководстве вместе с Д. Хьюитом выделил раздел "Углеродистые осадки" [Твенхо-фел и др., 1936]. К этой группе пород авторы отнесли торф, сапропель, черные сланцеватые глины, битуминозные известняки, нефтяные и черные сланцы, нефтематеринские породы. Очевидно, что всю эту группу объединяет высокое содержание биогенных компонентов, которое и отличает их от всех прочих осадочных образований.
Позднее, в работах геологов-нефтяников (К. Крейчи-Граф, Г.А. Стадников, И.М. Губкин, А.Д. Архангельский, Р.Д. Траск, В.Л. Рассел,
A.И. Леворсен, Н.Б. Вассоевич, М.К. Калинко,
B.А. Успенский и др.) была высказана идея о существовании нефтематеринских отложений; за рубежом их называли "oil shale". К. Крейчи-Граф так определил эти образования: "... Обыкновенно это более или менее сланцеватые глины, иногда по-видимому, мергели и даже известняки, чаще всего темного и даже черного цвета (часто от шо-коладно-коричневых и бурых оттенков до белесоватых при выпаривании). Обычно в таких породах в мелкораспыленном состоянии присутствует сернистое железо, которое обнаруживается по запаху при нагревании и даже по выцветам и прожилкам FeSO4 и т.д. Очень характерны отсутствие бентоса и присутствие нектона и планктона, отсутствие известковых раковин и, наоборот, хорошая сохранность хитина и рогового вещества (насекомые, рыбные чешуи). На основании личного опыта я в настоящий момент только такие породы могу считать нефтепроизводящими" [Крейчи-Граф, 1934, с. 23].
В 50-х годах прошлого века ураноносность де-вон-карбоновых сланцев Чаттануга (США) привлекла внимание американских исследователей к изучению сланцевых толщ; в работах Л.К. Конен-та, А. Брауна, В.И. Мейпела, Т.Ф. Бейтса, Б.Е. Су-онсона, Ж.В. Бейна, Дж.Д. Вайна, Э. Хейнриха и многих других были описаны радиоактивные
скопления в содержащих органическое вещество тонкослоистых породах Великих Равнин и Скалистых гор (США), возраст которых охватывал стратиграфический интервал от докембрия до мела.
Так как уран в этих месторождениях и рудо-проявлениях оказывался тесно связан с органикой, которая была представлена битумоидами или сильно графитизированным углеродистым материалом, их петрографическая характеристика отходила на второй план, и все тонкослоистые вмещающие породы стали именоваться черными сланцами. Следует подчеркнуть, что в чернослан-цевых толщах помимо органического и глинистого компонентов часто присутствуют карбонатные и кремнистые составляющие.
В данной статье мы будем пользоваться именно таким широким определением черных сланцев, т.е. подходить к выделению интересующих нас пород с биохимических позиций.
Более детальное подразделение черных сланцев сводится обычно к качественной или количественной оценке слагающего их органического вещества.
Согласно представлениям Г. Потонье [1920], все горючие органогенные породы разделяются на три большие группы: 1) сапропелевые образования, 2) гумусовые образования, 3) липтобиоли-ты или смолы.
Сапропелевые образования слагаются главным образом планктоногенными остатками, но в пресноводных обстановках к ним примешиваются гумусовые остатки и экскременты организмов, образующие собственно "сапропель" — рыхлый студенистый осадок, состоящий из органогенных компонентов.
В классификации горючих или битуминозных сланцев А.Н. Розанова [1927] среди сапропелитов выделяются ископаемые и современные образования, а ископаемые сапропелиты подразделяются на морские и пресноводные.
Исследовавшие состав сапропеля О.А. Радчен-ко и В.А. Успенский [1974] подчеркнули, что в образовании его органического вещества обычно принимает участие "гумоидный" материал (гуми-новые кислоты и гумины), а также — липиды, близкие по групповому составу к организмам животных. Их соотношение в сапропелях позволяет представить классификацию органического вещества природных сапропелей так, как это показано в табл. 1.
Авторы приведенной классификации считают, что в качестве критериев при определении подклассов сапропелевого вещества сланцев наряду с "липидно-гумоидным" составом могут быть использованы разные параметры: содержания водорода и азота, выход летучих компонентов и смолы полукоксования, удельный вес ОВ, показатели
Таблица 1. Классификация сапропелевого органического вещества [Радченко, Успенский, 1974]
Подкласс Содержание элементов, % Примерные содержания водорода в керогене, %
липидных "гумоидных"
Липидный 75-100 0-25 > 9.0-9.5
"Гумоидно"-липидный 50-75 25-50 от 7.5-8.0 до 9.0-9.5
Липидно-"гумоидный" 25-50 50-75 от 6.5 до 7.5-8.0
"Гумоидный" 0-25 75-100 < 6.5
Таблица 2. Классификация осадочных пород по содержанию органического вещества [Вассоевич, 1972]
преломления; все они тесно связаны с соотношением "гумоидов" и липидов.
Несколько по-другому подошел к типизации осадочных пород, обогащенных органическим веществом, Н.Б. Вассоевич [1972]; его вариант представлен в табл. 2. В основу классификации осадочных пород, содержащих повышенное количество ОВ, он предложил положить содержание органического углерода (Снк или Сорг). При этом границу между рассеянным и концентрированным ОВ он наметил на рубеже 2.5% Сорг, а рубежи между слабо-, умеренно- и значительнокон-центрированной органикой он обозначил в 10 и 40% Сорг.
Любопытно, что границу рассеянного орг
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.