ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2012, № 2, с. 146-155
УДК 553.611.6.061.12/.17+551.781.2.2(470)
СМЕКТИТСОДЕРЖАЩИЕ ГЛИНЫ КИЕВСКОЙ СВИТЫ СРЕДНЕГО
ЭОЦЕНА РУССКОЙ ПЛИТЫ И ИХ ГЕНЕЗИС © 2012 г. С. О. Зорина, Н. И. Афанасьева, В. А. Гревцев, Н. И. Наумкина, А. А. Михайлов
ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых"
420097 Казань, ул. Зинина, 4;
E-mail: svzorina@yandex.ru, office@geolnerud.net Поступила в редакцию 05.04.2010 г.
Методами растровой электронной микроскопии, рентгеновского фазового и полного химического анализов изучен компонентный состав и особенности структуры смектитсодержащих глин киевской свиты среднего эоцена Русской плиты. Важнейшей структурной особенностью глин является метастабильное (неустойчивое) состояние вещества, выраженное в обилии полурастворенных обломков кислых вулканических стекол и скелетов радиолярий, коллоидальных обособлений кремнистого, алюмокремнистого и ферриалюмокремнистого гелеподобного вещества и новообразований смектита. Выделены три стадии диагенетического изменения среднеэоценовых дацитовых пеп-лов и спрогнозирован механизм дальнейшего преобразования изученных пород в смектитовые глины с кремнистыми конкрециями. Подтверждена точка зрения о вулканогенно-осадочном происхождении глин киевской свиты. Источниками пирокластического материала — вероятными поставщиками вещества для формирования глин киевской свиты могли быть активные эксплозии Кавказской вулканической дуги в среднем эоцене.
Среднеэоценовая киевская свита Русской плиты и ее хроностратиграфические аналоги, распространенные в Предкавказье, привлекают внимание литологов наличием в разрезе прослоев бентонитовых и бентонитоподобных цеолитсо-держащих глин [Калуцкая, 1980; Кацнельсон и др., 1984; Савко и др., 2001].
Несмотря на то, что формирование ассоциации смектитов и цеолитов большинством исследователей связывается с изменением пирокла-стики в процессе диагенеза [Калуцкая, 1980, 1981; Коссовская, 1975; Коссовская и др., 1980; Grim, Guven, 1978], вулканогенное происхождение бентонитов на Русской плите до сих пор считалось недоказанным. В связи с отсутствием выявленных на платформе вулканических построек, поставлявших эруптивный материал в эпиконти-нентальные бассейны, типично вулканогенный парагенез цеолитов с опал-кристобалит-триди-митовой (ОКТ), рентгеноаморфной (РАМ) фазами, смектитом, глауконитом и рядом других компонентов, в обилии встречающихся в составе ме-зокайнозойских осадочных пород Русской плиты, в некоторых публикациях с большой степенью осторожности назван "камуфлированной пиро-кластикой" [Муравьев, 1973; Коссовская, 1975].
В настоящей статье приводится еще один ряд аргументов [Зорина и др., 2008] в пользу представлений о первично вулканогенной природе вещества, поступавшего на Русскую плиту в позднем мелу—палеогене, диагенетические преобразования которого привели к формированию
широкого спектра кремнистых и глинистых цео-литсодержащих пород. В качестве примера рассмотрены гидрослюдисто-смектитовые кремнистые цеолитсодержащие глины киевской свиты.
Основной задачей исследования было изучение вещественного состава пород оптимальным комплексом методов, позволяющим определить фазовый состав, а также установить морфологические особенности и взаимоотношения выявленных компонентов. Важнейшим этапом исследования, на котором были сделаны ключевые выводы о генезисе свиты и возможном тренде дальнейшей трансформации вещества, было установление нескольких генераций его формирования и распада.
МЕТОДИКА И МАТЕРИАЛ
Киевская свита распространена на юге и юго-востоке Русской плиты и датируется средним лю-тетом—бартоном среднего эоцена [Ахметьев, Бе-ньямовский, 2003] (рис. 1). В области наиболее полного развития — в береговых обрывах Днепра у г. Киева — свита отчетливо разделяется на две подсвиты [Стратиграфия ..., 1975]. Нижняя, мощностью 24—46 м, представлена толщей мергелей с пластами известковистых и бескарбонатных глин. Верхняя подсвита, мощностью 6—7 м, сложена слюдистыми бескарбонатными алевритовыми глинами, в кровле с прослоями песка. К западу стратиграфический объем и мощность свиты
сокращается, из разреза выпадает нижняя под-свита.
При картировании и изучении вещественного состава свиты исследователи в разные годы обратили внимание на присутствие в ней пластов смектитсодержащих глин разной мощности: от 3 до 25 м на Тарасовском месторождении и в обнажении на р. Тихая (Ростовская область) [Кац-нельсон и др., 1994]; от 10 до 18 м на территории Воронежской антеклизы [Калуцкая, 1980]; до 12 м в западном борту Прикаспийской впадины (настоящая статья).
Характеристика вещественного состава смектитсодержащих глин киевской свиты получена по результатам изучения авторами разреза "Ивановка" (Волгоградская область) и дополнена опубликованными данными по разрезам у сел Масыче-во, Хрещатое (Воронежская область) [Савко и др., 2001], разрезам на р.Тихая и Тарасовского месторождения (Ростовская область) [Кацнельсон и др., 1994] (см. рис. 1).
В ходе полевых работ 2009 года был обследован 11-метровый разрез киевских глин в обнажении у д. Ивановка (Октябрьский район Волгоградской области), в правом борту балки Песчаная, правого притока р. Мышкова, впадающей в Цимлянское водохранилище.
Под четвертичными суглинками и кварцевыми песками полтавской свиты верхнего эоцена залегают киевские глины зеленовато-светло-серые, плотные, пластичные, безызвестковистые, в массе "чистые", с гнездами бурого ожелезнения, с полураковистой поверхностью скола и щебне-во-глыбовыми отдельностями (рис. 2).
Разрез "Ивановка" был послойно задокументирован и опробован (4 пробы) на аналитические исследования методами растрового электронно-микроскопического и микрозондового, полного химического (ПХА), рентгеновского фазового (РФА) анализов.
Одним из основных методов исследования вещественного состава кремнистых, глинистых, цеолитсодержащих пород традиционно считается порошковая рентгенография. Данный метод анализа позволяет проводить фазовую диагностику и определять важнейшие структурные характеристики различных минералов [Власов и др., 1995].
Определение минерального состава образцов производилось путем сопоставления экспериментально полученных значений межплоскостных расстояний А) и относительных интенсивно-стей (/отн.) рефлексов с эталонными рентгенографическими данными минералов из международной базы порошковых данных PDF-2.
При уточнении минерального вида цеолитов и глинистых минералов с помощью рентгеновского анализа использовались ориентированные препараты в природном, насыщенном глицерином и
Рис. 1. Схема распространения среднеэоценовых отложений на юге Русской плиты и Кавказе, по [Атлас ..., 1967] с изменениями, и местоположения разрезов киевской свиты, рассмотренных в настоящей статье. 1 — области распространения среднеэоценовых отложений; 2 — области активного вулканизма; 3 — области, где киевская свита не установлена; 4 — разрезы киевской свиты и их номера: 1 — обнажение у с. Ма-сычево, 2 — обнажение у с. Хрещатое [Савко и др., 2001], 3 — Тарасовское месторождение, 4 — обнажение на р.Тихая [Кацнельсон, 1994], 5 — разрез "Ивановка".
прокаленном при разных температурах состояниях [Брек, 1976; Рентгенография ..., 1983].
Рентгенографический анализ выполнен на ап-паратурно-программном комплексе на базе рентгеновского дифрактометра D8 Advance (Bruker Axs, Германия). При проведении анализа использовалось монохроматизированное Cu-Ka-излу-чение со следующими режимами регистрации дифракционных спектров: напряжение на трубке — 40 kV, сила тока — 30 mA; шаг сканирования при обзорной съемке — 0.05°2©, при детальной — 0.02°2©; экспозиция в точке — 1 и 3 секунды, соответственно.
Химический состав глин определен методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре "Optima 2000DV" (Perkin-Elmer) (аналитик О.А. Медведева).
Для выявления особенностей морфологии и геометрии нанокомпонентов глин применен метод растровой электронной микроскопии [Электронно-микроскопический ..., 2000]. Исследования поверхности естественного скола проб про-
Система Отдел Подотдел Свита Шкала абсолютной высоты, м Мощность, м Номер слоя Литология и опробование Литологическая характеристика слоев
Четвертичная 1.0 1 . 1 . Супесь бурая, рыхлая, известковистая, с обилием хорошс окатанных гравийных и песчаных зерен кварца
Верхний -в та лк 85 о л 1.0 2 Песок белый, кварцевый, средний-, крупнозернистый, рыхлый, с гнездами ярко-бурого ожелезнения
ос 1 84 - 83 1.7 3 -900-1 - • Глина зеленая плотная, пластичная, безызвестковистая, с гнездами бурого ожелезнения
Палеогеновая Эоценовая Средний Киевская - 82 - 81 - 80 -79 - 78 - 77 -76 7.0 4 900-2 - • 900-3" • _ Глина зеленовато-светло-серая, плотная, пластичная, с полураковистой поверхностью скола, участками алевритистая, по трещинам и в массе ожелезненная, с крупнощебнево-глыбовыми отдельностями
- 75 - 74 2.5 5 900-4 Глина зеленовато-серая, плотная, пластичная, трещиноватая, с полураковистой поверхностью скола
-73 - - -
Рис. 2. Разрез киевской свиты среднего эоцена "Ивановка".
ведены на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У.
Микрозондовый анализ элементного состава в выбранных точках образца проводился с помощью энергодисперсионного рентгеновского анализатора ЭДАР, состав рассчитывался в программе "Magallanes". Съемка проведена при ускоряющем напряжении 30 кВ и кратности увеличения от 50 до 5000. Для оценки элементного состава применена электронная система цифрового вывода изображений для растровых микроскопов (СВИ-1) и математическая программа Image REM, основанная на сравнительном анализе спектров исследуемых проб с эталонными.
Получение электронно-микроскопических снимков производилось в двух режимах. Первый основан на регистрации потока электронов, выбитых из вещества электронным лучом-зондом (режим вторичных электронов — SE). Он эффективен при изучении топографии поверхности — изломов, каверн, раковин.
Второй режим основан на эмиссии отраженных электронов: участок с более высоким порядковым
номером атомов
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.