ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2010, № 2, с. 133-150
УДК 551
ДИАГЕНЕТИЧЕСКАЯ МИГРАЦИЯ СУЛЬФИДОВ В ОТЛОЖЕНИЯХ РАЗЛИЧНЫХ ОБСТАНОВОК СЕДИМЕНТАЦИИ
© 2010 г. Ю. О. Гаврилов
Геологический институт РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 7;
Е-шаП: gavrilov@ginras.ru Поступила в редакцию 21.08.2009 г.
Рассматривается явление миграции и концентрации сульфидов на границах литологически и геохимически различных слоев. Обсуждаются возможные механизмы миграции сульфидного вещества в диагенезе — гравитационный, диффузионный, элизионный, электрогеохимический. Приводятся данные, поясняющие причину локализации сульфидных минералов на границе восстановленных и окисленных осадков. Рассмотрены примеры стратиформных концентраций сульфидов, как рудных, так и сравнительно слабых, но важных для понимания условий формирования некоторых геохимических аномалий. Обосновывается связь процессов диагенетической миграции сульфидов с образованием !г-аномалий.
Резкие границы между отложениями, различными по литологической и геохимической характеристикам, часто являются теми уровнями, на которых в диагенезе происходит концентрация различных компонентов осадков — карбонатных, сульфидных, кремневых, редокс-чувствительных элементов и некоторых других. По своей сути эти границы являются геохимическими барьерами, которые образуются при существенных изменениях режима осадконакопления. Вопросы взаимодействия литологически и геохимически различных отложений в диагенезе и разные аспекты диагенетической миграции вещества рассматривались Н.М. Страховым при разработке им теории диагенеза [Страхов, 1953, 1959, 1962]. Разнообразные проявления миграции диагенетических компонентов осадков описаны также в работах [Зарицкий, 1971; Гаврилов, 1977, 1982; Тимофеева, 1959; Волков, Остроумов, 1957; Кизильштейн, 2007; Berner, 1969 и др.]. Причем масштаб миграции вещества бывал весьма значительным, в результате чего могли формироваться крупные скопления карбонатов железа, марганца, разнообразных сульфидов, вплоть до рудных концентраций.
В настоящем сообщении рассмотрены вопросы диагенетической миграции сульфидного вещества и возникающие при этом концентрации сульфидов разного масштаба — как рудные образования, так и относительно слабые проявления этого процесса, но имеющие важное значение для интерпретации некоторых геологических событий прошлого.
СВИДЕТЕЛЬСТВА ДИАГЕНЕТИЧЕСКОЙ МИГРАЦИИ СУЛЬФИДНОГО ВЕЩЕСТВА
Явление диагенетической миграции сульфидного вещества известно довольно давно. Еще А.Е. Ферсманом в 1915 г. в отложениях Подмосковного угольного бассейна в кварцевых песчаниках, переслаивающихся с глинами и углями, были описаны крупные сульфидные (пиритовые) конкреции, вес которых достигал 725 кг [Ферсман, 1952].
П.В. Зарицкий [1962, 1971] образование многочисленных конкреций FeS2 в зоне контакта угля и отложений смежных пластов, а также сплошной цементации песчаных линз и прослоев в угле дисульфидом железа (Днепропетровский буро-угольный бассейн) связывал с явлением подтока сульфида железа из торфяников в терригенные осадки. Рассмотрение морфологии и условий залегания сульфидов железа в аргиллитах угленосных отложений Донбасса позволило прийти к выводу о подвижности сульфидного вещества в сла-боконсолидированном осадке на стадии раннего диагенеза [Кизильштейн, Наставкин, 2003].
Н.М. Страхов [1962], рассматривая вопросы диагенетической миграции вещества в осадках, в качестве одного из наиболее впечатляющих примеров проявления миграции сульфидов приводил данные о сульфидном пласте, залегающем в основании толщи нижнеордовикских углеродистых сланцев Прибалтики, получивших по многочисленным отпечаткам граптолитов рода Dyctionema название "диктионемовых". Протягивается сульфидный пласт почти на 150 км, хотя и не является непрерывным.
1 см
Рис. 1. Каплевидные пиритовые стяжения из верхней части пласта песчаника, залегающего под обогащенными ОВ глинистыми отложениями; средний миоцен (чокрак), разрез р. Элистанжи, Чечня, СевероВосточный Кавказ [Гаврилов, 1982].
Нами следы миграции сульфидного вещества также многократно отмечались в мезозойских и кайнозойских толщах Большого Кавказа и Русской плиты. В частности, в среднемиоценовых отложениях Восточного Предкавказья приходилось неоднократно наблюдать [Гаврилов, 1982] каплевидные стяжения (рис. 1), залегающие в верхних приконтактовых частях пластов кварцевых песчаников, в которых практически отсутствовало ОВ; в то же время, в перекрывавших эти пласты глинистых отложениях содержания Сорг достигали нескольких %. Достаточно очевидно, что сульфидный материал (скорее всего в виде гидротроилита) образовывался в восстановительной обстановке обогащенных ОВ глинистых осадков и в дальнейшем мигрировал в подстилающие песчаные отложения, где локализовался в виде стяжений. Если в песчаниках залегал глинистый слоек, он служил препятствием для миграции сульфидов, и пиритовые стяжения концентрировались на его поверхности. Отмечалось также, что в среднемиоценовых обогащенных ОВ глинистых отложениях сульфидные конкреции могли отсутствовать, но залегающие в них линзо-видные прослои песчано-алевритового материала оказывались сцементированными пиритовой массой (эффект, сходный с описанным П.В. За-рицким). Аналогичная картина наблюдалась нами в разрезе углеродистых отложений, накопившихся на Русской плите во время раннеаптского аноксического события (ОАЕ 1а), — выделения сульфидных минералов оказывались приуроченными к тонким песчано-алевритовым прослоям [Гаврилов и др., 2002], во вмещающих их глинистых отложениях они практически отсутствовали.
Явление миграции сульфидной субстанции в диагенезе отмечается также и в четвертичных осадках современных морей.
Еще А.Д. Архангельский [1934] отмечал, что в Черном море из обогащнных ОВ древнечерно-морских отложений в подстилающие их новоэвк-синские слои с очень низким содержанием ОВ происходила диффузия сероводорода и миграция коллоидного моносульфида — гидротроилита. Диффундировавший H2S реагировал с находившимся в иловых водах Fe2+, образуя дополнительные порции гидротроилита. В результате этих процессов в верхах новоэвксинских отложений возник гидротроилитовый слой, как бы "подвешенный" к пласту древнечерноморских осадков [Архангельский, 1934; Страхов, 1963, 1976 и др.]. В дальнейшем вопросы, связанные с формированием сульфидного горизонта в новоэвксинских отложениях Черного моря, обсуждались в работах [J0rgensen et al., 2004; Neretin et al., 2004 и др.].
Образование обогащенных пиритом прослоев в четвертичных осадках (протосапропелях) Восточного Средиземноморья, подстилающих сапропелевые горизонты, рассматривалось неоднократно [Passier et al., 1996, 1997, 1999 и др.]. Для объяснения условий формирования пирита исследователи привлекали механизм диффузии H2S из сапропеля в протосапропели и реакцией его с железом осадков (т.е. механизм, аналогичный тому, который предлагал А.Д. Архангельский). Однако и в этом случае нельзя исключать возможность участия в образовании пиритового прослоя мигрировавшего из сапропелевых осадков некоторого количества гелеобразного гидротроилита.
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СУЛЬФИДНЫХ СКОПЛЕНИЙ НА ГРАНИЦАХ ЛИТОЛОГИЧЕСКИ РАЗЛИЧНЫХ СРЕД
Целесообразно рассмотреть условия формирования в раннем диагенезе сульфидных скоплений на границе литологически различных сред на примере конкретного сульфидного горизонта, залегающего в основании ордовикских диктионе-мовых сланцев Прибалтики.
Нам представляется, что интересен не только сам факт существования такого горизонта, но и некоторые детали его строения, поэтому подробнее остановимся на его характеристике. Нам представилась возможность наблюдать этот горизонт в обнажениях береговых обрывов в районе г. Палдиски (Эстония) и в образцах керна вскрывших его многочисленных скважин.
Обогащенные органическим веществом (ОВ) диктионемовые сланцы, мощность толщи которых несколько (4—5) м (рис. 2), темно-коричневые, представлены преимущественно хорошо сортированным тонкоотмученным глинистым
Рис. 2. Обогащенные ОВ диктионемовые глинистые сланцы, залегающие в толще песчаников; береговые обнажения Балтийского моря в районе г. Палдиски, Эстония.
1 — оболовые песчаники, 2 — диктионемовые глинистые сланцы, 3 — глауконитовые песчаники. Стрелками отмечено положение нижнего и верхнего сульфидных пластов. Здесь и далее фото автора.
материалом. В некоторых разрезах появляется алевритовая примесь, образующая тонкие, обычно линзовидные прослойки. Для сланцев характерна очень тонкая листоватость, особенно отчетливо проявляющаяся при их выветривании. Следы биотурбации в сланцах отсутствуют, в то время как в подстилающих и перекрывающих отложениях они встречаются в большом количестве; каких-либо остатков бентосной фауны также не обнаружено. Следует заметить, что, несмотря на высокую степень обогащения этих отложений ОВ, аутигенные минералы (в частности, сульфиды) встречаются в них крайне редко.
Диктионемовые сланцы по резкой границе налегают на толщу крупнозернистых песчаников, содержащих раковины брахиопод рода Obolus, из-за чего они получили название "оболовых". В песчаниках на некоторых уровнях прослеживается однонаправленная косая слоистость (рис. 3).
Под самым контактом с диктионемовыми сланцами залегает слой песчаника толщиной до 10—15 см, сцементированный сульфидными минералами (см. рис. 3, 4, 5), преимущественно пиритом. По сравнению с нижележащими относительно рыхлыми песчаниками этот пласт очень плотный, раскалывается с трудом. Ниже в песчаниках встречаются довольно многочисленные стяжения (~1 см в диаметре) сульфидных минералов, в настоящее время в основном окислившихся до гид-роксидов железа. По мере удаления от контакта этих вкраплений становится все меньше и примерно через 1 метр они исчезают (см. рис. 4).
Рис. 3. Отложения в зоне контакта оболовых песчаников и диктионемовых сланцев. а — контакт оболовых песчаников (1) и диктионемовых сланцев (2), стрелками показан сульфидный пласт; б — сульфидные стяжения в косослоистых песчаниках в приконтактовой зоне с глинистыми сланцами. Положение рис. 3б на рис. 3а показано прямоугольником.
На пове
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.