ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2007, № 3, с. 273-285
УДК 551
КАЛИЧЕ - КАРБОНАТНОЕ ПОГРАНИЧНОЕ ПОЧВЕННОЕ НОВООБРАЗОВАНИЕ
© 2007 г. В. Н. Холодов
Геологический институт РАН 119017 Москва, Пыжевский пер., 7; E-mail: Kholodov@ginras.ru Поступила в редакцию 30.10.2006 г.
В статье рассматриваются закономерности размещения и условия образования каличе-погранично-го карбонатного новообразования, возникающего на рубеже атмосферы, гидросферы и литосферы, нередко в связи с образованием почвенных горизонтов. Особое внимание уделяется карбонатным коркам и инкрустациям на гальках, погруженных в почвы в пределах Южного Казахстана и западных штатов США.
СТРОЕНИЕ, РАСПРОСТРАНЕНИЕ
И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КАЛИЧЕ
Под именем каличе (caliche или Kaliche) обычно описываются карбонатные новообразования пустынь Мексики и США; этот американский термин отражает ассоциацию карбонатов кальция с содой (kali - поташ, сода), гипсом, а в некоторых случаях - с нитратами.
В Европе и Африке те же карбонатные тела известны под названием калькреты. Этот термин, с одной стороны, подчеркивает кальциевый состав новообразований (calcite), а с другой - преобладающую форму его залегания (crust - кора). Это название входит, таким образом, в группу терминов, обозначающих состав почвенной цементации - калькрет, силькрет, феррикрет и др.
Каличе или калькреты представляют собой континентальные аутигенные карбонатные новообразования, генетически или пространственно связанные с почвами и терригенными осадочными отложениями; чаще всего они возникают в условиях аридного климата при участии грунтовых и вадозных вод. Позднее было установлено, что некоторые карбонатные корки образуются в семиаридных, а иногда даже в гумидных обста-новках тропиков.
В группу каличе входят карбонатные и карбо-натно-кремнистые коры (хардпаны), карбонатные инкрустации и корки (нари, pendent), карбонатный цемент осадочных терригенных отложений (песчаников, алевролитов, галечников, конгломератов и др.) или рассеянная форма кар-бонатизации и, наконец, фитоморфозы - замещение карбонатами корней растений и флоры почв (ризолиты, ризоконкреции, роренштейны, аккы-рыши и др.).
Все эти группы новообразований обычно фа-циально связаны между собой и в природе либо тесно ассоциируются друг с другом, либо одна из форм получает в регионе преимущественное распространение.
Карбонатные или карбонатно-кремнистые коры или хардпаны особенно широким распространением пользуются в современных или плиоцен-четвертичных континентальных отложениях многих регионов мира. Впервые они были описаны И. Бреннером [Branner, 1905] и Е. Киндлом [Kindle, 1918] в ряде районов долины р. Миссисипи (США) и на прибрежных равнинах Бразилии. Позднее появились сведения о развитии каличе в пустынях Мексики и Египта, в Кара-Кумах и Кызыл-Кумах, а также в Центральной Азии и в Австралии.
Очень полное описание континентальных карбонатных кор Мексики привел А.В. Сидоренко [1956, 1958]. Им было показано, что в Северной Месе карбонатная кора залегает на небольшой глубине от дневной поверхности, не более 0.5 м, а ее полная мощность колеблется от 2.5 до 3.0 м (рис. 1). При этом верхняя часть коры слагается галечником с плотным цементом, сложенным карбонатным песчаником. Эта часть пласта местами представлена грубослоистой карбонатной массой, а местами характеризуется весьма неравномерной карбонатной цементацией, имеющей "глыбовую" отдельность. При этом в промежутках между "глыбовой" массой в полостях развиты карбонатные корки и натеки.
Характерно, что при плотной цементации карбонатами песчаного цемента конгломератов часто встречаются следы коррозии кварцевых обломков. Среди карбонатов, слагающих породу, преобладает кальцит с содержанием CaCO3 9596%. Наиболее плотная верхняя часть такого но-
¡J¡Í_ж * *
V
Сухое русло
ti * 9
л—* * * *—4—^^^w/ÄiÄiw"
1 ооО о О О О 2 3 4
Рис. 1. Строение и условия залегания "хардпана" в пустынях Мексики [Сидоренко, 1958].
1 - твердая карбонатная кора, цементирующая песчаники; 2 - галечник; 3 - мучнистый карбонатный цемент; 4 - лин-зовидный мергель; 5 - уровень грунтовых вод.
вообразования имеет мощность не более 1.0-1.5 м; сверху вниз карбонатизированные конгломераты сменяются песчаниками, плотность карбонатной цементации в них убывает, и порода постепенно переходит в рыхлую мучнистую массу. Ниже по разрезу располагаются суглинки и конгломераты с глинистым цементом. В карбонатных корах местами встречается гипс. Любопытно, что положение кровли карбонатного слоя контролируется древними поверхностями осадконакопления; современный рельеф местами полностью срезает горизонты, обнажая их лишь по краям эрозионных врезов (см. рис. 1).
В пустынях Кара-Кум и Кызыл-Кум Э.Н. Благовещенский [1949], Н.П. Герасимов [1946], В.А. Ков-да [1964], Д.В. Наливкин [1956], А.В. Сидоренко [1956], А.И. Перельман [1949, 1950, 1959], Бату-лин [1966] описали карбонатный горизонт, залегающий в неогеновых отложениях заунгузской свиты. В отличие от мексиканских карбонатных кор, пласт каличе в этих районах, как правило, сложен небольшими, но причудливыми по форме карбонатными конкрециями-журавчиками. Эти образования имеют сложные, иногда округлые и даже гроздевидные формы, относительно небольшие размеры (5-15 см в поперечнике) и состоят из кальцита, цементирующего и раздвигающего терригенные, преимущественно кварцевые обломки песчаной размерности. Содержание CaCO3 в них редко превышает 70%, терригенная часть составляет 25-30%.
Карбонатный горизонт залегает на глубине 1-2, иногда даже 5-7 м от дневной поверхности. Верхняя половина его монолитна, нижняя - расплывчата. Э.Н. Благовещенский [1949], Д.В. Наливкин [1956] вслед за М. Бленкенхорном [Blanckenhom, 1915] и Е. Кренкелем [Krenkel, 1925] считали, что горизонт сформировался в результате испарительной деятельности грунтовых вод, причем Д.В. Наливкин настаивал на эпигенетичности этих явлений.
Совершенно иначе проблему генезиса каличе среднеазиатских пустынь решили И.П. Герасимов [1946, 1954] и особенно - А.И. Перельман [1949, 1959]. Последний показал, что песчано-карбонатный разрез сверху вниз характеризуется
четкой геохимической зональностью. Непосредственно под эоловыми песками современных дюн и барханов залегают слои песчаника, резко обогащенные гидроксидами железа, содержащие примазки палыгорскита и сильно корродированные обломки кварца и полевых шпатов; это - вещественные следы содового солончакового процесса. Ниже обычно залегает горизонт "журавчи-ков", состоящих из СаС03 с небольшой примесью гипса. Наконец, под карбонатной корой залегает пласт песчаника, содержащий крупные кристаллы и конкреции гипса.
Вся верхняя часть разреза представляет собой типичный почвенный слой, возникший на солончаковой стадии педогенеза, в условиях контрастного засушливо-тропического климата. Нижняя гипсоносная часть соответствует древнему уровню грунтовых вод.
В целом А.И. Перельману [1959] удалось показать, что формирование карбонатных конкреций обусловлено развитием солончаковых почв, возникавших в дельтово-пойменных фациях неогеновых рек, в условиях чрезвычайно контрастного гумидного климата, близкого к климату современного Средиземноморья. Здесь карбонатооб-разование осуществлялось в результате высаливания, подтягивания растворов с уровня грунтовых вод к почвенному покрову и экзодиагенетической концентрации СаС03.
В последующее, плиоцен-четвертичное время аридизации климата лугово-болотные, карбонатные и солончаковые почвы сменялись солонцовыми и пустынными, в результате чего процессы активного формирования горизонтов каличе завершались, а сами коры консервировались.
В горах Атласа (Алжир, Марокко), в четвертичных отложениях р. Дюранс (Франция) и, отчасти, в голоцен-четвертичных толщах Танзании И. Каполини [Capolini, 1975], Л. Мелхи с соавторами [Malhien et al., 1975], К. Редондо [Redondo, 1975], а также Р. Хей и Р. Ридер [Hay, Reeder, 1978] описали еще один морфологический тип карбонатной коры. Здесь она представлена чередованием тонких (до 1-2 см толщиной) волнистых слойков карбонатных пород, местами сильно брекчированных и содержащих многочисленные
Рис. 2. Типы карбонатных обломков, инкрустированных "нари".
а - слабо измененный карбонатный обломок с карбонатной "бахромой"; б - уплощенный карбонатный обломок с карбонатными наростами; в - корродированный карбонатный обломок с карбонатной "бахромой". 1 - карбонатный обломок; 2 - карбонатная бахрома; 3 - почвенный слой.
карбонатные оолиты и онколиты. Иногда карбонатные слойки сливаются в плиту, представленную массивной неслоистой карбонатной породой; в ней прослеживаются карбонатные фитоморфо-зы, имеющие форму корней растений (ризолиты).
Под микроскопом в породе можно видеть чередование светлых и темных слойков кальцита толщиной в 0.01-0.03 мм; текстура этих образований чрезвычайно напоминает карбонатизирован-ные бактериально-водорослевые маты. Нередко встречаются клиновидные выступы, типичные для биогермных образований. Толщина выдержанных карбонатных пластов колеблется от 4 до 12 см; обычно они концентрируются в верхней части интервала. Сверху вниз плотность слоев уменьшается.
Сходный тип карбонатных скоплений был обнаружен в голоцен-четвертичных отложениях о-ва Барбадос [James, 1972], где рифогенные известняки перекрыты почвенным слоем, содержащим повышенные количества СаС03 эолового и тер-ригенного генезиса; вадозные воды выносят из них много растворенных карбонатов, формируя множество прослоев каличе в подстилающих породах.
Любопытно, что карбонатные коры были обнаружены также в субтропических и тропических областях на Кубе [Panos, Stelel, 1967], в высокогорных районах Марокко [Mathien et al., 1975] в кирассах Сенегала и Мавритании [Nahon, 1976]. Здесь они ассоциируются с элювиальными отло-
жениями - железными рудами, бокситами, кремневыми корами и скоплениями смектитов.
Совершенно очевидно, что каличе пустынь и карбонатные коры, сформированные в гумидных и засушливо-гумидных обстановках, очень сильно различаются по морфолого-петрографиче-ским типам скоплений, а также по характерным ассоциациям пород. Не вызы
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.