ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2004, № 6, с. 563-584
УДК 551
ПРОБЛЕМЫ СИДЕРИТООБРАЗОВАНИЯ И ЖЕЛЕЗОРУДНЫЕ ЭПОХИ. СООБЩЕНИЕ 2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ФАНЕРОЗОЙСКОГО И ДОКЕМБРИЙСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО ПРОЦЕССА
© 2004 г. В. Н. Холодов, Г. Ю. Бутузова
Геологический институт РАН 119017 Москва, Пыжевский пер., 7 Поступила в редакцию 22.12.2003 г.
Показано, что торфяные болота, рождающие угленосные и сидеритоносные отложения, являются генератором железосодержащих растворов, причем значительная часть железа эмигрирует из них в виде металлоорганических соединений. Устойчивость железоорганических комплексов создает благоприятные условия для позднего, диагенетически-катагенетического образования сидеритов в смежных палеоморях.
Установлена субсинхронность формирования углей, горючих и "черных" сланцев фанерозоя и морских оолитовых гётит-хлорит-сидеритовых руд. Обсуждается влияние вулканической деятельности на формирование железорудных эпох в докембрии и фанерозое и подчеркивается значение сидери-тообразования в общем развитии осадочного железорудного процесса.
ТОРФЯНЫЕ БОЛОТА КАК ИСТОЧНИК ЖЕЛЕЗИСТЫХ РАСТВОРОВ
Торфяные болота исследовались еще с середины XVIII века; им были посвящены работы В.В. Докучаева, И.И. Жилинского, В.И. Вернадского, В.Н. Сукачева, H.A. Тутковского, Д.А. Герасимова, Г.И. Панфильева, С.Н. Тюремного, Н.М. Страхова, Д.С. Орлова, Г.И. Бушинского, М.Н. Никонова, П.П. Тимофеева, Л.И. Боголюбовой, В.А. Ковалева, А.И. Перельмана, В.Г. Матухиной и др.
В трудах В.Н. Сукачева [1964] было предложено по способу питания различать верховые болота, возникающие под действием атмосферных вод, и низовые болота - результат деятельности подземных вод и атмосферных осадков.
С точки зрения металлогении железорудных месторождений для нас наибольший интерес представляют низовые торфяные болота, нередко располагающиеся вдоль побережий морей и в дельтах рек; с ними обычно пространственно связано огромное по размаху паралическое углена-копление.
Болота представляют собой аккумулятивные образования, в которых при постоянном или временном переувлажнении накапливается значительная растительная биомасса и минеральные скопления различного генезиса. При этом, в процессе оторфования и углефикации растительная масса существенно меняет геохимическую обстановку в болотных водах, что и дает толчок к образованию железорудных, фосфатных и алюмо-кремниевых новообразований, возникающих внутри и по периферии болот.
Сама растительная масса при этом трансформируется и постепенно превращается в торф, затем по мере погружения - в бурый уголь, в многочисленные разновидности каменных углей и, наконец, в антрациты, завершая этим длительный путь уплотнения, обезвоживания, молекулярной перестройки и обуглероживания.
Главным геохимическим процессом, характерным для торфяных болот, является оторфование -сочетание тления, гумификации и битуминизации органического вещества наземных растений, протекающее при активном участии почвенных бактерий. В результате в пресноводных торфяниках, при отсутствии сульфатных вод, возникает избыток СО2 и органических кислот, определяющих все особенности глеевой геохимической обстановки [Перельман, 1974; Ковалев, 1985]; в этой среде легко реализуются процессы восстановления многих поливалентных металлов и, в первую очередь, железа, которые легко переходят в раствор, отчасти соединяясь с растворенным органическим веществом и формируя железоорганичес-кие комплексы, отчасти удаляясь из раствора в виде фосфатных (вивианит, Ге3(Р04)2 ■ 8Н20 и др.) и карбонатных (сидерит, БеС03) отложений. Возможно, также, что на судьбу железа в болотных средах влияют процессы деградации алюмосиликатов, выделение опала и возникновение новообразований каолинита и хлоритов, описанные в работах П.П. Тимофеева и Л.И. Боголюбовой [1972], В.А. Ковалева [1985], В.А. Дрица и А.Г. Коссовской [1991].
Источником железа в болотных водах, с одной стороны, являются подстилающие породы, а с
другой - тот терригенныи материал, который поступает в область заболачивания со стороны в виде взвеси.
Железо пользуется очень широким распространением в осадочных отложениях; его среднее содержание в стратисфере оценивается величиной 3.33% [Виноградов, 1962], причем соотношение Fe2O3 к FeO определяется как 2.42% к 2.38% [Ронов, 1993]. В красноцветных глинах среднее содержание железа достигает 5.8%, а в зелено-цветных оно падает до 2.5% [Walker, 1967]. В ар-козовых песчаниках содержание FeO колеблется от 0.31 до 1.31%, а Fe2O3 - от 0.59 до 2.90, тогда как в граувакках - от 2.03 до 7.63%, а для Fe2O3 -от следов до 1.41% [Петтиджон и др., 1976].
Красноцветные глины, алевролиты и песчаники, попавшие в среду влияния болотных глеевых вод, быстро восстанавливаются, меняют свою первичную окраску на зеленоватую и теряют значительную часть исходного железа, переходящего в раствор.
Огромная интенсивность взаимодействия болотных вод и осадочных отложений обеспечивается тем обстоятельством, что в угленосных разрезах, как правило, четко прослеживается ритмичное чередование терригенных, терригенно-карбонатных и угольных пластов; это означает, что фации торфяных болот многократно сменялись морскими, прибрежно-морскими и континентальными фациями, контакт с которыми мог осуществляться в течение значительного геологического времени.
Болотные воды обычно существенно обогащены растворенным железом. Так, например, в торфяниках верхней поймы Западной Двины содержание железа составляет 100 мг/л [Коротков, Ходина, 1981], в глеевых водах Западно-Сибирской низменности оно близко к той же величине [Удодов и др., 1983], а в водной вытяжке из пере-гнойно-торфяной почвы Подмосковья оно достигает 250 мг/л [Кауричев, 1957]. Поскольку среднее содержание растворенного железа в водах рек оценивается величиной 40 мкг/л [Martin, May-back, 1979], нетрудно рассчитать, что кларк концентрации этого металла в глеевой среде болот будет варьировать от 2500 до 6250.
Для того, чтобы полностью оценить грандиозность поставки железа из торфяных болот в конечные водоемы стока, стоит напомнить, что площади угленосных бассейнов, примерно отвечающие площадям низинных торфяных болот, в отдельные эпохи угленакопления были огромны. Так, например, в карбоновое время в Евразии формировались угли Кузнецкого бассейна, занимающего площадь в 26000 км2, Подмосковного бассейна - 120000 км2, Донецкого бассейна -35000 км2. В пределах Североамериканского континента в это же время формировались угли Ве-
ликого Аппалачского бассейна, охватывающего площадь в 180000 км2 и угленосные бассейны Внутренних провинций, занимающие около 344000 км2.
В пермский период известны такие гиганты, как Тунгусский угольный бассейн, занимавший площадь в 1045000 км2, Печорский - 90000 км2, Таймырский - 50000 км2.
В юрское и меловое время особенно выделяются Ленский угленосный бассейн - 400000 км2 и Иркутский бассейн, занимающий территорию в 43000 км2.
К сказанному выше следует добавить, что мощность угленосных формаций, достигающая иногда нескольких километров, и их огромная уг-ленасыщенность (до 100-200 угольных пластов), свидетельствующие о стабильности локализации болотных фаций, делают районы концентрации растительной биомассы мощнейшим и постоянным источником рудных компонентов; об этом свидетельствуют многочисленные гидроксидные железорудные проявления, со всех сторон окружающие участки современных и древних болот.
В целом, в пределах болотных систем прослеживается довольно четкая минералого-геохимиче-ская зональность. Внутри торфяных болот образуются линзовидные залежи сидеритов, анкеритов, вивианитов, торфовивианитов и разнообразных гидроксидов железа, реже - марганца [Бушин-ский, 1952; Ковалев, 1985; Матухина, Михантьева, 2001]. По их периферии, на континенте, накапливаются гидроксидные железорудные проявления -охристые и конкреционные руды, сложенные гё-титом, гидрогётитом и рентгеноаморфными гид-роксидами железа, содержащими примесь Р205. Наконец, на далеких флангах заболоченных областей, там, где развиваются обстановки речных долин или морского мелководья, концентрируются морские оолитовые гидроксидно-хлорит-сиде-ритовые рудопроявления.
О ФОРМАХ МОБИЛИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗА В ПРОЦЕССАХ ТОРФО-И УГЛЕНАКОПЛЕНИЯ
Общеизвестно, что железо входит в состав самых различных минералов, слагающих осадочные породы. В соответствии с методикой определения форм железа, разработанной Э.С. Залманзон [1957] и широко использованной Н.М. Страховым [Страхов, 1957; Страхов и др., 1959], баланс форм железа можно выразить следующим образом:
Fe,
= Feобл. + Fe
+2
сульф.
-р. +3 Т7 +2 + FeHCl + FeHCl •
Среди форм железа, вошедших в формулу баланса, железо обломочное извлекается из терригенных минералов разложением в плавиковой и серной кислотах при нагревании, железо сульфидное рассчитывается по содержанию серы, же-
Таблица 1. Формы железа и содержание органического углерода в глинах и аргиллитах Карагандинского бассейна [Страхов и др., 1959]
Фации, свиты -евал Формы железа C %
-еобл. -есульф. Fe+3 FeHCl Fe+2 FeHCl
Фации сухих равнин и конусов выноса
Наддолинская и шиханская 5.17 2.10 0.07 0.60 2.40 0.24
свиты 100 40.6 1.35 11.60 46.45
Надкарагандинская свита 7.37 2.29 0.05 2.10 2.93 0.36
100 31.07 0.63 28.50 39.8
Фация озерная в ассоциации с конусами выноса
Наддолинская свита 3.33 1.26 0.12 0.20 1.95 1.06
100 35.99 5.62 3.47 54.92
Долинская свита 3.07 0.83 0.14 Н.о. 2.10 1.32
100 27.03 4.56 Н.о. 68.41
Фация морского мелководья
Карагандинская свита 5.55 0.42 2.03 0.20 2.90 5.82
100 7.57 36.58 3.60 52.25
Ашлярикская свита 5.77 0.56 0.62 0.18 4.41 2.73
100 9.70 10.76 3.12 76.42
лезо закисное определяется растворением в слабой соляной кислоте, благодаря чему включает компонент карбонатов и лептохлоритов, а окис-ное растворимое железо определяется из солянокислой вытяжки путем вычитания закисного растворимого железа из общего его количества.
Отлично сознавая условность принятых химических определений, мы все же попытались проследить изменение форм железа в различных фа-циальных частях угленосных бассейнов и, следоват
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.