УДК 552.5:553.91(470.3240)
СТРУКТУРНО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КАОЛИНИТА РАЗЛИЧНЫХ СТАДИЙ ЛИТОГЕНЕЗА ГЛИНИСТЫХ ПОРОД (НА ПРИМЕРЕ ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ)
© 2013 г. Н. С. Бортников, В. М. Новиков, А. Д. Савко*, Н. М. Боева, Е. А. Жегалло**, Е. Б. Бушуева***, А. В. Крайнов*, Д. А. Дмитриев*
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017Москва, Старомонетный пер., 35;
E-mail: novikov@igem.ru *Воронежский государственный университет 394006 Воронеж, Университетская площадь, 1;
E-mail: asavko@geol.vsu.ru **Палеонтологический институт РАН им. А.А. Борисяка 117997Москва, ул. Профсоюзная, 123;
E-mail: ezheg@paleo.ru ***Геологический факультет Московского государственного университета 119991 Москва, Ленинские горы, 1;
E-mail: bushe41@mail.ru Поступила в редакцию 15.02.2012 г.
Представлены результаты изучения прецизионными методами структурно-морфологических особенностей каолинита глинистых пород из разных районов Воронежской антеклизы (ВА), претерпевших различные стадии литогенеза: первичные каолины коры выветривания (КВ), пролювиаль-но-делювиальные и озерные вторичные каолины, озерно-болотные огнеупорные и дельтово-лагун-ные тугоплавкие глины. Дальность переноса глинистого материала составляла более 300 км. Формирование месторождений каолинов огнеупорных и тугоплавких глин ВА связано с девонским и раннемеловым этапами геологического развития региона. Изученный генетический ряд месторождений каолиновых глин по своим пространственно-временным и фациальным особенностям размещения не имеет аналогов. Установлено, что в рассматриваемом ряду месторождений последовательная структурно-морфологическая эволюция каолинита была обусловлена его механическим разрушением в процессе переноса и переотложения. Впервые для огнеупорных глин установлена взаимосвязь органического и минерального вещества. Экспериментальные исследования поведения каолинита в результате его последовательного истирания и нагревания подтвердили основные причины природной деградации минерала. Большую роль в образовании практически мономинеральных каолиновых глин играли процессы "проточного" диагенеза, по направленности сходного с выветриванием. В процессе эволюции минерального вещества рассматриваемого генетического ряда месторождений каолинитовых глин происходило последовательное возрастание значений 518О и их дисперсии. Представляется, что установленные особенности поведения каолинита и связанные с ними изотопно-кислородные параметры разновозрастных продуктов денудации и переотложения девонской КВ могут играть индикаторную роль при изучении различных стадий литогенеза глинистых пород.
DOI: 10.7868/S0024497X13050030
Первичные и вторичные каолины, каолинито-вые глины представляют ценное минеральное сырье, которое используется для получения многих видов промышленной продукции. Области применения глин зависят, в первую очередь, от их минерального состава, определяющего технологические свойства сырья. К критериям оценки качества глин относятся подробные сведения об их физико-химических свойствах (гранулометрия, цвет, химсостав, дисперсность, температура
и интервал спекания и др.), минеральном составе, структурно-морфологических особенностях глинистых минералов. Например, известно, что керамические свойства каолиновых продуктов зависят от их дисперсности [Масленникова и др., 2002]. Морфология, размер и цвет индивидов каолинита имеют большое значение при наполнении и меловании бумаги [Bumdy, Ishley, 1991].
Технологически полезные свойства могут быть получены в процессе искусственного модифици-
рования глинистого исходного материала. Вместе с тем, что особенно важно в практическом отношении, эти же свойства могут явиться следствием эволюции природного минерального вещества в результате размыва КВ, переноса, переотложения и диагенетической переработки осадка. Перечисленные процессы сопровождаются структурно-морфологическими изменениями каолинита и диспергированием его кристаллитов, что в свою очередь является следствием и отражением особенностей литогенеза глинистых пород на разных его этапах. При этом возрастание дисперсности и степени неупорядоченности структуры каолинита зависит прежде всего от длительности его переноса [Горбачев и др., 1971]. В промежуточных бассейнах седиментации могут возникать новые генерации глинистых минералов [Бушинский, 1977, Савко и др., 2004]. Таким образом, характеристики, определяющие технологические свойства природного каолинита в первую очередь обязаны условиям его происхождения, чему и посвящена данная статья.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Уникальным полигоном для изучения истории поведения каолинита в различных фациальных обстановках и влияния физико-химических особенностей каолинитовых глин на их технологические свойства являются аптские отложения Воронежской антеклизы, с которыми связаны месторождения огнеупорных и тугоплавких глин. Они формировались в континентальных и лагунно-морских обстановках. Первичным источником каолинита послужила девонская кварц-каолини-товая КВ на породах кристаллического фундамента антеклизы, занимавшая более 80% ее поверхности [Савко, 1979]. В результате денудации элювиального покрова на юго-востоке территории образовались пролювиально-делювиальные и озерные фации кварц-гидрослюдисто-каоли-нитовых пород мамонской толщи (D3mm) мощностью до 250 м, включающие залежи вторичных каолинов. В раннем мелу на рассматриваемой территории существовала возвышенная денудационная равнина, которая в северном направлении переходила в аллювиальную, лагунно-дель-товую и мелководно-морскую равнины (рис. 1).
В апте на этой территории образовались речные системы с серией долин, протягивающихся с юга на север и северо-восток. В результате размыва, переноса и переотложения вещества КВ и кварц-каолиновых пород мамонской толщи с денудационной равнины, на северном склоне антеклизы формировались глинисто-песчаные толщи, содержащие линзы огнеупорных и тугоплавких глин [Савко и др., 2004].
К аллювиально-пойменной и озерно-болот-ной фациям приурочено Латненское месторож-
дение огнеупорных глин, имеющих преимущественно каолинитовый состав. В глинах содержится кварц и углистое вещество, соотношение которых варьирует в широких пределах, особенно при переходах глин в глинистые пески и лигниты. В незначительных количествах присутствуют гиббсит, пирит, ильменит, гетит. Состав глинистых минералов по площади месторождения меняется. Наиболее чистые каолиновые глины отмечены в карьере Стрелицкий. Глины из карьеров Ендов Лог и Средний характеризуются значительным содержанием смектитов (до 30%), в отдельных случаях присутствуют неупорядоченные смешанослойные образования.
Следует отметить невыдержанность глин по составу в разрезе, частую смену их разновидностей, обусловленную меняющейся примесью кварца и углистого материала. Существенно као-линитовый состав огнеупорных глин обусловлен процессами "проточного" диагенеза полиминеральных глин. Представляется, что осадкообразование протекало в восстановительных кислых условиях богатых органикой старичных болот, развитых в пределах аллювиальной равнины [Бушинский, 1977]. Этот процесс сходен с процессами выветривания, при которых происходит вынос щелочей, щелочноземельных элементов, кремнезема. При этом выносится и железо, приобретающее подвижность в восстановительных условиях благодаря его переходу из трех- в двухвалентную форму.
В северной части рассматриваемого района на границе Воронежской и Липецкой областей аллювиальная равнина сменяется дельтово-лагун-ной. Она с севера окаймляет сушу. Здесь в условиях опресненной лагуны формировались месторождения тугоплавкого сырья (Лукошкинское, Чибисовское, Мало-Архангельское). Минеральный состав глин каолинит-гидрослюдистый. Дальность переноса минерального вещества составляла более 300 км (рис. 2).
За рубежом примеров рассматриваемого в статье ряда генетически взаимосвязанных объектов не известно. В России относительно близкий генетический ряд месторождений каолинитовых пород известен на Урале. Оценка изменения структурно-морфологических особенностей каолинита в процессе его переотложения проводилась, главным образом, на основе рентгеновского и термического анализов [Горбачев и др., 1971]. Применение современных прецизионных методов исследования позволило получить новые данные по минералогии каолинита с целью использования их в качестве индикаторов различных стадий литогенеза глинистых пород.
Для получения первичной информации по выяснению условий формирования глин на различных уровнях аллювиальной равнины рассматри-
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13
14
Рис. 1. Палеогеоморфологическая схема Воронежской антеклизы аптского времени и месторождения глин. 1—6 — морфогенетические типы рельефа: 1 — эрозионно-денудационная равнина, 2 — верховья аллювиальной равнины, 3 — низовья аллювиальной равнины, 4 — дельтово-лагунная равнина, 5 — аккумулятивная мелководно-морская равнина, 6 — предполагаемые речные долины; 7—10 — состав аккумулятивных образований: 7 — гравийники, 8 — пески; 9 — алевриты, 10 — глины; 11 — береговая линия моря; 12 — месторождения глин (1 — Латненское, 2 — Криушанское, 3 — Чибисовское, 4 — Лукошкинское; 5 — Большекарповское, 6 — Малоархангельское, 7 — Черемисиновское); 13, 14 — места отбора образцов: 13 — кора выветривания, 14 — мамонская толща.
- - - • » ,
. -.V. ■■■■■©•.■/■ ■ ■
. » > а ^ .....
■ ■ о Ефремов ' ■ ■ -
о. Орел - ■ ■ '
4 4
3
Тамбов0
о, - * •
Липецк * ■
■ .„о •■ у. .. ■— Г ■ ■
-о
Курск
'"^о Воронеж-'
— ■ / .— ■ Г V V ■. _'__. V \__у -—
Белгород Л о
Харьков{ о
\\
^ \
\ 1 V Л
© □
//
//
о
Россошь
/
©
©
©
©
©
/ У
/у
и
1
□
Ю С
I_I_I_I_I_I
Рис. 2. Схематический палеофациальный профиль аптских отложений Воронежской антеклизы.
1 — кристаллические породы фундамента и кора выветривания по ним; 2 — песчано-глинистые породы среднефранк-ского яруса верхнего девона; 3, 4 — пески: 3 — грубо- и крупнозернистые, 4 — средне- и мелкозернистые; 5 — алевриты; 6 — глины; 7 — цирконий-титановые россыпи; 8, 9 — границы: 8 — стратиграфические, 9 — фациальные. Ф
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.