ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2004, № 4, с. 401-413
УДК 551
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДА-ПОРОДА В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ВЕНДА МЕЗЕНСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ
© 2004 г. А. И. Малов
Институт экологических проблем Севера УрО РАН 163061 Архангельск, наб. Северной Двины, 23 E-mail: malovai@yandex.ru Поступила в редакцию 13.05.2002 г.
На основе анализа особенностей геологического строения и гидрогеологических условий Мезенской синеклизы показана направленность изменений состава подземных вод в песчано-глинистых отложениях венда в различных гидродинамических зонах, дана их количественная оценка.
Состав подземных вод и вмещающих их песча-но-глинистых отложений на начальных этапах существования определяется природой источников сноса и гидрохимическим характером среды поверхностных бассейнов осадконакопления. В дальнейшем горные породы взаимодействуют с подземными водами, что приводит к изменению состава и тех, и других. Основные закономерности этого процесса исследовались в работах [Зверев, 1982; Шварцев, 1991 и др.]. Однако в различных регионах, обладающих спецификой геологического развития, итоговые последствия взаимодействия вода-порода существенно различаются, а расшифровка эволюции процесса представляется достаточно сложной и неоднозначной. Вместе с тем она крайне необходима, так как позволяет вскрывать роль различных геологических факторов, в том числе - определяющих формирование месторождений полезных ископаемых.
В данной работе предпринята попытка анализа изменения химического состава подземных вод в песчано-глинистых отложениях венда Мезенской синеклизы на основе палеогидрогеологичес-ких реконструкций.
ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕЗЕНСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ
Мезенская синеклиза представляет собой обширную депрессию на севере Русской плиты, ограниченную на западе Балтийским щитом, на востоке - Канинско-Тиманским складчатым поясом. С расположенной южнее Московской синекли-зой она сочленяется через Среднерусский авлако-ген (рис. 1).
Кристаллический фундамент на большей части синеклизы имеет архейско-раннепротерозойский возраст и представлен интенсивно дислоцированными и глубокометаморфизованными гнейсами,
гранито-гнейсами, амфиболитами, кристаллическими сланцами. Только на северо-востоке синеклизы в Пешской впадине фундамент сложен сланцами байкальского (рифейского) комплекса.
Формирование Мезенской синеклизы тесно связано с процессами рифейского рифтинга на северо-восточной окраине Русской плиты и прогибанием территории в позднем венде над системой рифейских палеорифтов. Вследствие этого фундамент разбит на блоки, выделяющиеся в его рельефе в виде рифейских впадин и горстов. Структуры имеют в основном северо-западное простирание, представляя собой разветвленную сеть рифтовых грабенов.
В составе осадочного чехла Мезенской синеклизы присутствуют образования среднего и верхнего рифея, верхнего венда, палеозоя, мезозоя и кайнозоя (рис. 2).
Рифейские отложения слагают основание осадочного чехла. Они развиты по всей территории синеклизы, но наиболее полные разрезы отмечаются в пределах рифтовых впадин. На выступах фундамента мощность рифейских пород резко сокращается вплоть до полного их выклинивания. Глубина залегания - от десятков метров вблизи побережья Белого моря до 2-2.5 км в восточной части синеклизы. Максимальная вскрытая мощность - 1964 м (Усть-Мезенский рифт).
В целом для рифейских отложений мощностью порядка 2 км характерно наличие в разрезе двух циклов, выделяемых в качестве среднего и верхнего рифея. Характерен преимущественно аргиллитовый с прослоями мергелей, доломитов, известняков состав нижней части циклов и песчаниковый - верхней. В аргиллитах присутствует тонко рассеянное органическое вещество. Отмечается пиритизация глубокозалегающих пород рифея и преобладание гидроксидов железа в пес-
Рис. 1. Схема строения фундамента Мезенской синеклизы, по [Тектоническая карта ..., 1998] с дополнениями. 1 - изолинии глубин залегания фундамента, км; 2 - границы между Балтийским щитом, Мезенской синеклизой и Ка-нинско-Тиманским складчатым поясом; 3 - структуры фундамента: БЩ - Балтийский щит, МС - Мезенская синекли-за, КТ - Канинско-Тиманский складчатый пояс, 1-У11 - рифты и впадины (I - Сафоновский, II - Усть-Мезенский, III -Лешуконско-Пинежский, IV - Онежско-Тоемский, V - Пешская, VI - Керецкий, VII - Падунский; VIII-XVIII - поднятия и выступы: VIII - Несско-Тылугское, IX - Мезенско-Вашкинские, X - Полтинско-Ежугские, XI - Уфтюгский, XII - Юльский, XIII - Красноборский, XIV - Важский, XV - Архангельский, XVI - Золотицкий, XVII - Ручьевский, XVIII - Кулойский; XIX - Среднерусский авлакоген; XX - Сысольский свод); 4 - скважина и ее номер; 5 - линии гидрохимических профилей.
чаниках, выходящих вблизи Балтийского щита на глубину до 300 м. В рифейской толще присутствуют вулканические породы, представленные базальтами и долерито-базальтами, а также вулка-нокластическими брекчиями.
Вендские отложения с угловым несогласием залегают на поверхности рифейских образований. Отложения имеют повсеместное распространение в пределах Мезенской синеклизы. Пред-
ставлены они верхним отделом в объеме усть-пи-нежской (редкинский горизонт), мезенской и падунской (котлинский горизонт) свит. На полную мощность (674-1388 м) вендские отложения вскрыты в восточной части синеклизы на глубине 700-1500 м. Подошва комплекса залегает на глубине 1840-2530 м. В Пешской впадине венд встречен на глубинах 1790-3252 м. Соответственно, подошва его может находиться здесь в интервале 34.5 км. В западной части синеклизы вендские от-
ЮЗ скв.19 скв.25 скв.27 скв.18(5) (скв.9) скв.8 СВ
СЗ скв.23 скв.25 скв.11 скв.4(2) (скв.15) скв.6 ЮВ
Рис. 2. Гидрохимические профили: а - вкрест простирания основных палеорифтов; б - вдоль зоны Онежско-Тоемско-го рифта.
1 - минерализация воды в г/л в точке опробования; 2 - изолиния минерализации воды; 3 - тип рассола: I - с повышенным содержанием натрия, II - с относительно пониженным содержанием кальция, III - с относительно повышенным содержанием кальция; 4 - зона развития рассолов I типа.
ложения залегают на глубине от 0 до 50-300 м. Мощность их сокращается с 1213 до 0 м.
Состав вендских отложений наиболее детально изучен в западной части Мезенской синеклизы. Здесь в составе усть-пинежской свиты (ир) выделены тамицкие, лямицкие, архангельские, верховские, сюзьминские, вайзицкие и зимнегор-ские слои [Станковский и др., 1981].
Тамицкие слои (1ш) представлены разнозерни-стыми плохоотсортированными песчаниками по-
левошпатово-кварцевого состава с примесью слюды. Доля гравелитов в разрезе - 30%. Полевые шпаты - калиевые, частично каолинитизиро-ваны. В составе глинистых минералов преобладает каолинит. Цемент железисто-глинистый, реже карбонатный. Песчаники слабосцементированы, в отдельных интервалах (до 40% по мощности) присутствует песок. Мощность слоев 30 м.
Лямицкие слои (1ш) сложены преимущественно аргиллитами гидрослюдистого состава с не-
значительной примесью смектитов и каолинита. Трещины шириной до 1 мм иногда выполнены кальцитом. Характерным является наличие тонких (1-3 мм, реже до 5 см) прослоев пепловых туфов Ка-смектитового состава. Аргиллиты также содержат примесь туфогенного материала. Мощность слоев 30 м.
Архангельские слои (аг) представлены толщей аргиллитов с редкими прослоями алевролитов и песчаников, суммарная доля которых составляет 1-10% от общей мощности. Наиболее опесчанена верхняя часть разреза мощностью порядка 50 м, где доля прослоев песчаников возрастает до 25%. Аргиллиты на 60-90% состоят из пелитовых частиц гидрослюдистого состава, иногда с примесью смектитов. Среди алевритовых зерен преобладает кварц, полевые шпаты, встречаются слюды и хлорит, кальцит и доломит. Алевролиты мелкозернистые полевошпатово-кварцевые. Количество обломочного материала - 60-80%. Он состоит из кварца, полевых шпатов, слюды и хлорита. Цемент преимущественно карбонатно-глинистый и глинисто-карбонатный. Глинистая составляющая представлена гидрослюдой и смешаннослоисты-ми гидрослюда-смектитовыми минералами. Содержание тяжелой фракции - доли процента. Широко развиты аутигенный пирит и слюды. Характерно преобладание закисной формы железа над окисной и относительно высокое содержание битумов и Сорг. Мощность архангельских слоев -150 м.
Верховские слои (уг) представлены аргиллитами с прослойками туфов. Характерно небольшое преобладание окисной формы железа над закисной, резкое снижение содержаний битумов и Сорг по сравнению с архангельскими слоями. Пелито-вая составляющая верховских отложений по составу преимущественно гидрослюдистая с примесью смектитов. Мощность слоев - 30 м.
Сюзьминские слои - это пачка аргиллитов и алевролитов. По сравнению с архангельскими слоями более разнообразен состав пелитовых частиц и цемента: наряду с гидрослюдами широко развит карбонатно-хлоритово-глинистый, глинисто-карбонатный, смектитовый материал. Заметны отличия от архангельских слоев в минеральном составе тяжелой фракции: в 2.4 раза уменьшается количество пирита и в 2-3 раза повышается содержание черных рудных минералов, слюды и хлорита. Сокращается в среднем количество битумов и Сорг. Мощность сюзьминских слоев - 50 м.
Вайзицкие слои (у7) аналогичны аргиллитам лямицких и верховских слоев. Отмечается увеличение содержания пирита в тяжелой фракции алевритовых разностей до 60%. Мощность слоев - 30 м.
Зимнегорские слои ^ш) представлены толщей зеленоцветных алевролито-аргиллитовых пород
с преобладанием аргиллитов. Для верхней части разреза мощностью порядка 100 м характерно наличие прослоев мелкозернистых песчаников мощностью 0.2-0.7 м, общая доля которых в этом интервале составляет 20-30%. Пелитовая составляющая аргиллитов представлена в основном гидрослюдами, реже смектитами, карбонатно-хло-ритово-глинистым материалом, изредка каолинитом. Большая часть алевритовых частиц состоит из кварца, полевых шпатов, слюд. В составе алевролитов карбонатно-глинистый (гидрослюдистый) цемент занимает 25-40%. В песчаниках обломочные частицы составляют 55-60% и представлены кварцем, полевыми шпатами и слюдами. Цемент карбонатный и глинисто-
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.