ГЕОХИМИЯ, 2009, № 8, с. 805-824
ПРИМЕНЕНИЕ ЛАНТАНОИДОВ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИЙ ОБСТАНОВОК ОСАДКООБРАЗОВАНИЯ В ФАНЕРОЗОЕ И ПРОТЕРОЗОЕ (НА ПРИМЕРЕ РАЗРЕЗОВ ЧЕХЛА И ФУНДАМЕНТА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ ПЛАТФОРМЫ)
© 2009 г. В. А. Шатров, Г. В. Войцеховский
Воронежский государственный университет 394006, Воронеж, Университетская пл., 1 E-mail: ogg@geol.vsu.ru Поступила в редакцию 14.01.2008 г.
Определены критерии оценки составов лантаноидов в осадочных образованиях для реконструкций условий седиментации. Изучено распределение лантаноидов в фосфоритах и осадочных породах фане-розоя чехла Восточно-Европейской платформы, рассмотрены литературные данные по геохимии фосфоритов Евразии. Определены цифровые значения коэффициентов на основании лантаноидов в качестве индикаторов климата, глубины осадконакопления, доказана возможность применения редких земель для фациальных обстановок, трансгрессивно-регрессивных циклов седиментации. На основании распределения лантаноидов в железорудных толщах курской и криворожской серий протерозоя сделаны выводы об условиях их образования: гематитовые и магнетитовые кварциты являются наиболее глубоководными образованиями на профиле седиментации; климатические условия осадкообразования определены как гумидные для сланцевых подсвит, гумидные-семигумидные - для железорудных; глубины седиментации курского бассейна - 50-300 м; источниками железа являются материал кор выветривания, эндогенный привнос.
Знание генезиса осадков позволяет определять характер распределения и концентрации химических элементов в различных фациальных средах, приводящих, при сочетании других благоприятных факторов формирования, к возникновению месторождений полезных ископаемых. Возможности ли-тологических методов часто ограничены, особенно для восстановления обстановок осадконакопления в докембрии. В таких случаях возрастает роль геохимических методов, позволяющих проводить генетические реконструкции, перейти к цифровым показателям и диаграммам (т.е. количественной оценке геологических процессов), сравнивать большие объемы информации. Целью работы является разработка комплексной методики применения лантаноидов для реконструкций осадкообразования в фа-нерозое и протерозое. Достоверность методики базируется на большом объеме авторских данных, полученных при изучении разрезов чехла и фундамента в пределах Воронежской антеклизы, характеризующих распределение редких земель в фосфоритах мезозоя (42 обр.), осадочных породах фа-нерозоя (73 обр.), метаосадочных породах курской серии протерозоя (104 обр.). Дополнительно рассмотрены опубликованные данные по содержанию лантаноидов в современных осадках и конкрециях, разновозрастных фосфоритах различных регионов Евразии; осадочных породах девона; метаосадочных породах бурзяния (Южный Урал) [1], тимской
свиты оскольской серии (Воронежская антеклиза) [2], криворожской серии (УЩ) [3]. Большой объем аналитического материала (около 350 анализов содержания лантаноидов в осадочных и метаосадочных образованиях, из которых более 200 авторских) делает изложенный материал представительным и позволяет считать сделанные на его основании выводы обоснованными и репрезентативными.
МЕТОДОЛОГИЯ
1. Основной причиной фракционирования лантаноидов в зоне седиментогенеза является различие их форм миграции: взвесь, сорбированный комплекс, растворенное вещество [3]. Итогом фракционирования является преимущественное накопление в прибрежных зонах морских бассейнов легких земель, в центральных частях - тяжелых совместно с иттрием, что хорошо отражается на диаграмме ЕИЕЕ-МИЕЕ-ЩИЕЕхЮ): расположение растворенных и взвешенных лантаноидов, осадков и конкреций более глубоководных обстановок вблизи вершины НИЕЕ (рис. 1), где легкие (ЕИЕЕ): Еа-Рг, средние (МИЕЕ): Ш-Бу, тяжелые (НИЕЕ): Но-Еи, У [4]. Процессы гомогенизации осадков в платформенных обстановках имеют вторичное значение, так как областью размыва являются преимущественно осадочные и метаосадоч-
шатров, воицеховскии 100% МЯЕЕ
(а)
100% ЬЯЕЕ
(б)
50 100% (ИЯЕЕ + У) х 10
1® 2ф 3° 4® 5 о бо 7* 8* 9 +
100% ЬЯЕЕ 50 100% (ИЯЕЕ + У) х 10
10*11* 12*13 *14+15 +16*17*18° 19^20 <>21 ♦
Рис. 1. Положение на диаграмме ЬЯЕЕ-МЯЕЕ-(НЯЕЕх10) фигуративных точек составов лантаноидов: а - растворенные и взвеси в воде современных озер, морей, океанов; б - современные осадки озер, морей, океанов. Условные обозначения: Растворенные лантаноиды: 1 - Баренцево море; 2 - шельф Атлантики; 3 - шельфовые воды; 4 - донные котловины, открытый океан (по Ю.А. Балашову[3]: табл. 43; 54); взвеси: 5 - воды морей, заливов; 6 - воды открытого океана (по Ю.А. Балашову[3]: табл. 52); 7 - стандарт морской воды (8^; 8 - средние содержания в глубинных водах океана; 9 - пресноводное оз. Имандра (Кольский п-ов). Показаны поля: 1 - озерные воды; 2 - воды морей, заливов, внутреннего шельфа; 3 - воды открытого океана, внешнего шельфа Атлантики; 4 - глубинные воды донных котловин открытого океана. Современные осадки: 10 - металлоносные осадки осевой части ВТП; 11 - пелагические Бе-Ми конкреции и корки; осадки западной половины Перуанской котловины: 12 - Бе-Ми рудные илы, 13 - фораминиферовые илы; 14 - серый алевритовый ил в осадках рифтовой зоны (по Ю.А. Балашову[3]: табл. 56; 62); юго-восточная часть Тихого океана и северная часть ВТП: 15 - абиогенное вещество металлоносных осадков, 16 - абиогенное вещество фоновых осадков (по Е.И. Гурвич[6]: табл. 1, 3); 17 - пелагическая глина (по С.П. Тейлор, С.М. Мак-Леннан [10]: табл. 2, 3.); 18 - фосфаты атолла Матайна (Тихий океан) (по Э.Л. Школьнику и др. [8]; 19 - красноцветные и сапропелевые илы Черного моря; 20 - осадки пресноводного оз. Имандра (Кольский п-ов): 21 - осадки оз. Байкал. Показаны поля: 5 - осадки озер; 6 - осадки Черного моря; 7 - осадки осевой части ВТП, рифтовых зон, центральных частей Мирового океана.
ные породы, многократно рециклированные в процессе своего образования [5].
2. Большую (если не основную) часть лантаноидов осадок, позднее преобразованный в породу, или конкреция получают из воды. В дальнейшем происходит увеличение суммы лантаноидов, но форма спектра остается практически неизменной, отражающей первичные условия осадконакопления (рис. 2) [6-8].
3. Осадочная порода представляет собой гетерогенную смесь компонентов, образованную в определенных фациальных и климатических условиях в процессе воздействия экзогенных и эндогенных факторов, что предопределяет ее геохимическое изучение как комплексного агрегата, без разделения слагающего вещества на отдельные фракции и составные части. Характер распределения лантаноидов в осадочной породе является индикатором условий среды ее образования.
о и
cd Ч о
cd И О
° 0.000001 С
0.0000001
0.00000001
K1 K2 КЗ
MTV-PB MTV-PS MTV-PF MTV-PC SW
LaCePrNd Sm EuGdTbDyHo ErTmYbLu
Рис. 2. Спектры лантаноидов по трем образцам копары с атолла Тикехау (К1, К2, К3), четырем образцам фосфоритов с атолла Матайва (M TV-PB, -PS, -PF, -PC) и в стандартной морской воде (SW), нормированные по сланцам (по Э.Л. Школьнику и др. [8]).
4. В алевро-песчаных породах, в отличие от пелитов, носителями тяжелых земель выступают преимущественно акцессорные минералы, особенно циркон, что приводит к "утяжелению" спектров лантаноидов [9—ll].
5. Платформенные бассейны по характеру распределения лантаноидов близки к периферии океана (шельфу) [3], что позволяет проводить реконструкции осадкообразования практически всех древних бассейнов, так как глубоководные осадки пелагиали в разрезах практически не сохраняются [l2, 13].
6. Лантаноиды в осадочных породах инертны, являются наименее подвижными элементами в зоне диагенеза, катагенеза, метаморфизма [3, 14-19]. Геохимические построения базируются на представлении о изохимичности процессов в породах, находящихся на невысоких стадиях метаморфизма [20, 21].
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, КРИТЕРИИ
ОЦЕНКИ СОСТАВОВ ЛАНТАНОИДОВ
Определение лантаноидов и ряда других микроэлементов проводилось методом масс-спектромет-рии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Большая часть аналитических работ проведена в лаборатории ИГЕМ РАН (г. Москва) с использованием квадрупольного масс-спектрометра PLASMA QUAD pQ2 + TURBO английской фирмы VG Instruments, изучение составов фосфоритов Вятско-Кам-ского месторождения проведено в отделе научно-производственных аналитических работ ИМГРЭ (г. Москва) на приборе Elan 6100 DRC. Используемая навеска - 50 мг. При изучении осадочных и ме-таосадочных пород применялись штуфные пробы, при изучении карбонатных пород исследовался нерастворимый осадок, полученный в результате растворения образцов в соляной кислоте.
Для определения условий осадкообразования применены следующие критерии оценки составов лантаноидов.
1) £(REE + Y) - зависит как от состава размываемых пород, так и от фракционирования лантаноидов в зоне гипергенеза, характерно уменьшение £(REE + Y) в более мористых обстановках седиментации даже в одинаковых литологических типах.
2) La/Sm, Ce/Sm, Yb/Sm, Y/Sm - индикаторы глубоководности, удаленности от береговой линии обстановок седиментации: для прибрежных фаций возрастают значения La/Sm, Ce/Sm, убывают Yb/Sm, Y/Sm; для более удаленных и глубоководных условий осадконакопления наблюдается обратная зависимость [3].
3) La/Yb - определяет меру относительного обогащения легкими землями относительно тяжелых; характеризует состав размываемых пород, обстановки седиментации (уменьшение La/Yb в сторону пелагиали).
4) ECe/EY, где £Ce:(La-Eu), £Y:(Gd-Lu, Y) - индикатор климата [3], отражает интенсивность выветривания: при гумидном литогенезе в большей мере разрушаются полевые шпаты и акцессорные минералы, содержащие цериевые земли, что приводит к увеличению отношения. Определены значения, характеризующие тип климата: <2.5 - аридный; 2.5-4.0 - семигумидный-семиаридный; >4 - гу-мидный [4].
5) Ce/Ce*, где Ce/Ce* = CeN/(LaN + PrN)/2, нормировано к глинам платформ [3] - индикатор обстановок осадкообразования, в Мировом океане Ce/Ce* ~ 0.25-0.3 характеризует близспрединговые обстановки, на удалении 300-400 км от срединно-океанических хребтов (СОХ); Ce/Ce* ~ 0.55-0.6 -об
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.