ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2010, № 6, с. 620-643
УДК 551
ПРИРОДА СТРУКТУРНО-КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ГЛАУКОНИТА С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ Mg (РИФЕЙ, АНАБАРСКОЕ ПОДНЯТИЕ)
© 2010 г. В. А. Дриц, Т. А. Ивановская, Б. А. Сахаров, Б. Б. Звягина, А. Дерковски*, Н. В. Горькова, Е. В. Покровская, А. Т. Савичев, Т. С. Зайцева**
Учреждение Российской Академии наук Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7;
E-mail: ivanovskaya@ginras.ru *University of Alberta. Chemical and Material Engineering
Edmonton, Alberta, T6G 2G6, Canada ** Институт геологии и геохронологии докембрия РАН 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2 Поступила в редакцию 11. 01. 2010 г.
В статье впервые приведены детальные минералогические и структурно-кристаллохимические характеристики глауконитовых зерен из тонкоплитчатых алевритисто-песчанистых доломитов кровли нижней подсвиты юсмастахской свиты (рифей, Анабарское поднятие, Северная Сибирь). С помощью комплекса методов (рентгеновская дифракция, классический химический анализ, микрозондовый анализ, ИК-спектроскопия, термический анализ, сканирующая электронная микроскопия с микро-зондовым анализом, мессбауэровская спектроскопия) показано, что изученный образец глауконита характеризуется уникальной химической и структурной гетерогенностью. В структуре минерала сосуществуют слюдистые (90%), смектитовые (6%) и ди-триоктаэдрические хлоритовые (4%) слои. Слюда относится к Al-глаукониту (Al > Fe3+) с повышенным содержанием Mg. Повышенная магнезиаль-ность минерала связана как с присутствием Mg-содержащих бруситоподобных межслоев ди-триокта-эдрического хлорита, так и с высоким содержанием Mg в октаэдрических сетках 2 : 1 слоев. Впервые для глауконитов установлена гетерогенность в распределении катионов по доступным транс- и цис-октаэдрам, обусловленная сосуществованием в октаэдрических сетках транс- и цис-вакантных октаэдров и небольших триоктаэдрических кластеров. Распределение изоморфных катионов по доступным октаэдрическим позициям также является неоднородным из-за тенденции катионов Fe, Mg и Al, Mg к сегрегации и образованию соответствующих доменов. Впервые для глауконита в структуре изученного образца выявлены специфические дефекты упаковки, а именно: наряду с преобладанием последовательных слоев, имеющих одинаковую азимутальную ориентировку по типу 1М (~77%), присутствуют фрагменты слоев, развернутые на 180° (~15%) и на ±120° (8%). Структурно-кристаллохи-мическая неоднородность минерала объясняется тем, что рост его микрокристаллов происходит в доломитовом осадке в неравновесных условиях редукционной зоны мелководного бассейна с достаточно высокой концентрацией катионов Mg, принимавших активное участие в образовании глауконита.
Глаукониты, как правило, характеризуются глобулярной формой и относятся к диоктаэдри-ческим слюдистым минералам с высоким содержанием Ре. Структура глауконита состоит из 2 : 1 слоев, соединенных межслоевыми катионами калия. Каждый 2 : 1 слой образован октаэдрической сеткой, к которой сверху и снизу примыкают тет-раэдрические сетки. Октаэдрическая сетка содержит три симметрически независимых октаэдра, отличающихся друг от друга расположением ОН-групп и атомов кислорода, координирующих ок-таэдрические катионы. В транс-октаэдрах гид-роксильные группы связаны телесной диагональю, тогда как каждая пара цис-октаэдров имеет общее ребро, образованное ОН-группами. В ди-
октаэдрических 2 : 1 слоистых силикатах только два из трех симметрически независимых октаэдров заняты катионами. До настоящего времени считалось, что транс-октаэдры в 2 : 1 слоях глауконитов являются вакантными. Анионный каркас на половину содержания элементарной ячейки 2 : 1 слоя имеет состав О10(ОН)2, который фактически предопределяет сумму октаэдрических катионов, равную или очень близкую к двум, и количество структурно связанной воды, выделяющейся при дегидроксилации минерала. Для глауконитов из различных осадочных отложений типична смешанослойность: в структуре минерала К-содержащие слюдистые межслои чередуются со смектитовыми, концентрация
которых изменяется в широких пределах и может достигать 25%.
Глобулярные дисперсные слюдистые минералы характеризуются широким спектром изоморфных замещений в октаэдрических и тетраэд-рических сетках их 2 : 1 слоев. В частности, за счет изовалентных замещений Ре3+ и А1 в октаэдрах глобулярные слюдистые минералы образуют серию твердых растворов от — собственно глауконита (Бе3+ > А1) через А1-глауконит (А1 > Бе3+) до иллита (А1 > Бе3+). Например, в глобулях глауко-нит-иллитового ряда подобные изоморфные замещения наблюдаются на макро- и микроуровне (в разных образцах одного стратиграфического интервала, в разных плотностных фракциях отдельного образца, в одной плотностной фракции, в едином зерне) [Дриц, Коссовская, 1991, 1986; Ципурский и др., 1992; Дриц и др., 1993; Ивановская, 1994; Ивановская и др., 1999, 2006 и др.].
Глобулярные глаукониты из доломитовых пород характеризуются рядом своеобразных кри-сталлохимических особенностей, которые отличаются от описанных выше и обусловлены более высоким содержаниям М§ по сравнению с глауконитами из отложений других литологических типов [Николаева, 1977, 1981; Ивановская и др., 1989; Дриц и др., 1993]. В частности, максимально высокое содержание М§0 (9.18%) было обнаружено И.В. Николаевой в глауконите (обр. Я-56-9) из гипсоносно-доломитовых пород Сибирской платформы. В структурной формуле этого образца, рассчитанной на анионный состав О10(ОН)2, сумма октаэдрических катионов равнялась 2.25 атомов, что могло свидетельствовать о ди-триок-таэдрической природе обр. Я-56-9 и других глауконитов с повышенным содержанием М§. Однако термогравиметрический анализ обр. Я-56-9 показал, что состав анионного каркаса глауконитов с повышенным содержанием М§О должен описываться формулой О10- Х(ОН)2 +х, соответствующей гидроксил-избыточной структуре, в которой, однако, позиции избыточных гидрокси-лов не были установлены. Наконец, изучение двух других глауконитовых образцов из доломитов (коллекция И.В. Николаевой) показало, что они представляют собой сложные смешанослой-ные образования, в структуре которых наряду с глауконитовыми и смектитовыми сосуществуют слои ди-триоктаэдрического хлорита. Все эти особенности были описаны в монографии В.А. Дрица с соавторами [1993], в которой также отмечалось, что изучение кристаллохимических особенностей глауконитов из доломитовых пород следует продолжить, так как не все аспекты структуры и состава этих минеральных разновидностей установлены однозначно, что затрудняет выявление условий и механизма их образования.
При изучении разрезов юсмастахской свиты (западный склон Анабарского поднятия, Северная Сибирь) в бассейне р. Котуйкан на правом берегу р. Джогджо в 2—2.5 км выше ее устья среди доломитовых пород был обнаружен прослой, обогащенный глауконитовыми зернами, из которого были выделены практически чистые разности глауконита с повышенным содержанием М§. В связи с этим появилась возможность детально изучить данный глауконит с помощью комплекса различных методов и обсудить его структурно-кри-сталлохимические и генетические особенности.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Среди рифейских отложений, развитых на западном склоне Анабарского поднятия, традиционно выделяются две серии — терригенная му-кунская и карбонатная билляхская. В билляхскую серию объединяются три свиты — карбонатно-глинистая усть-ильинская (60—65 м), карбонатная котуйканская (500 м) и карбонатная юсма-стахская (600—650 м). Билляхская серия с размывом и угловым несогласием перекрывается доломитами старореченской свиты венда [Комар, 1966; Злобин, Голованов, 1970; Сергеев, 2006 и др.].
Доломиты билляхской серии (котуйканская и юсмастахская свиты) являются первичными хе-могенными мелководными образованиями, часто характеризующимися микрослоистостью, присутствием пластовых и столбчатых строматолитов, онколитов, а также наличием линз и прослоев раннедиагенетических кремней с остатками микроорганизмов. Интересно отметить, что в ко-туйканской свите присутствуют неорганические строматолитоподобные преципитаты, в которых благодаря раннедиагенетическому окремнению сохранились первичные карбонатные осадочные текстуры. В них встречаются псевдоморфозы кремнезема по ромбоэдрам доломита, которые огибаются микрослойками карбоната, что свидетельствует о росте кристаллов доломита в осадке вблизи границы с водой [ВагИеу е! а1., 2000; Сергеев, 2006].
Юсмастахская свита сложена в основном толстослоистыми доломитами, с небольшими пластовыми и желваковыми строматолитами, с оолитами и прослоями аргиллитов и кремней с остатками микроорганизмов. Местами в породах присутствуют отчетливые трещины усыхания, знаки ряби и текстуры типа типи, свидетельствующие о крайне мелководных условиях их накопления. Свита подразделяется на нижнюю и верхнюю подсвиты, представленные близкими фациями. Несколько пластов глауконитовых песчаников наблюдается только в базальных частях нижней и верхней подсвит, где они приурочены к эрозионным поверхностям [Сергеев, 2006].
Изученный глауконит (обр. 501) встречен в кровле нижней подсвиты юсмастахской свиты в прослое алевритисто-песчанистых доломитов, которые залегают среди толстослоистых доломитов без видимых следов местных размывов.
На основе палеонтологических, хемострати-графических и изотопно-геохронологических данных большинство исследователей ранее относили нижнюю подсвиту юсмастахской свиты к среднему рифею [Злобин, Голованов, 1970; Семи-хатов, Серебряков, 1983; Горохов и др., 2001; Сергеев, 2006 и др.]. В настоящее время появились изотопные датировки и палеомагнитные данные по билляхской серии, свидетельствующие о ее нижнерифейском возрасте [Khudoley et al, 2007; Веселовский и др., 2009]. Поскольку обсуждение этого вопроса не входит в задачу настоящего исследования, в статье не уточняется к какому стратиграфическому уровню рифея — нижнему или среднему — относится нижняя подсвита юсма-стахской свиты.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Методика выделения мономинеральных фракций зерен. Глауконитовые зерна выделялись из доломитов в следующей
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.