ГЕОХИМИЯ
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПЛАСТОВЫХ ФОСФОРИТОВ И ГЕОХИМИКО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
ИХ НАКОПЛЕНИЯ
© 2009 г. Т. В. Литвинова, А. А. Аббясов
Представлено академиком В.Е. Хаиным 15.12.2008 г. Поступило 16.12.2008 г.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 428, № 1, с. 93-95
УДК 552.55
В вендско-кембрийскую эпоху фосфатонакоп-ления возникли крупнейшие фосфатоносные бассейны, общие запасы Р2О5 в которых составляют 14200.4 млн. т [1]. Они относятся к пластовому микрозернистому типу фосфоритов, который повторился в истории Земли только однажды и только в одном бассейне — в Фосфории, в пермское время, с запасами Р2О5 3500 млн. т [1].
Характерными особенностями пластовых фосфоритов являются приуроченность их к кремнисто-доломитовой формации [2], ассоциация с ва-надиеносными углеродисто-кремнистыми сланцами [3], повышенное содержание Р2О5 во всех вмещающих породах [4]. Остальные типы фосфоритов (зернистые, желваковые и ракушечные) залегают среди практически лишенных фосфора пород [5]. Пластовые фосфориты сложены мельчайшими фосфатными частицами — пеллетами (микрозернами), включенными в карбонатный либо кремневый цемент. Изучение пеллет показало, что они, возможно, имеют биогенную природу [6, 7]. Палеобассейны, в которых формировались пластовые фосфориты, характеризуются близкими условиями накопления и однотипной цикличностью разрезов. Они возникали в условиях жаркого, засушливого климата в неглубоких проливообразных бассейнах с островами и отмелями и связаны с регрессивно-трансгрессивными отложениями. В разрезах венда фосфоритам предшествуют вулканогенно-осадочные породы, аркозовые песчаники и тиллитоподобные отложения. Перекрываются они обычно мощными толщами карбонатных пород кембрия—ордовика. Часто в подошве фосфоритов находятся горизонт так называемых "нижних" доломитов и кремневые породы, и в тех и в других выявлены строма-толитовые постройки [8, 9], а венчаются они в основном железо-марганцевыми доломитами. Обычно в разрезах выделяются от двух до четырех
Геологический институт Российской Академии наук, Москва
фосфатных горизонтов, разделенных глинистыми сланцами.
Вот уже более полутора веков сложнейшие вопросы генезиса фосфоритов и источника фосфора остаются и актуальными, и спорными. Сходство условий образования пластовых фосфоритов привело исследователей к предположению, что именно совокупность геологических особенностей осадконакопления явилась одной из определяющих причин их возникновения [10]. Мы предприняли попытку подтвердить или опровергнуть эту точку зрения путем выявления различий и сходства бассейнов фосфатонакопления на основе сравнения серий осадочных пород, в которых формировались пластовые фосфориты, не только по химическому, но и по минеральному составу и в форме нормативных минералов, рассчитанных по единой методике для всех объектов.
Работа осуществлялась с помощью компьютерной программы МШЫТН [11], которая позволяет вычислять минеральный состав осадочных пород по их валовым химическим анализам с высокой степенью приближения к реальному и установить независимые критерии для его сопоставления в фосфоритах разных бассейнов. Нами были использованы данные, опубликованные по крупнейшим фосфатоносным провинциям мира. Они содержат полную химическую расшифровку состава фосфоритов и включают более 120 анализов по следующим бассейнам: Хубсугул, Малый Каратау, Янцзы, Удско-Шантарский район, Джор-джина, а также по пермским фосфоритам Фосфо-рии (рис. 1). В результате обработки и пересчета данных по фосфоритам был выявлен следующий минеральный состав: 8Ю2 (включены все разновидности кремнезема), полевые шпаты, глинистые минералы, карбонатные минералы, апатит (фторкарбонатапатит) и некоторые другие.
Основные минеральные составляющие фосфоритов по каждому из вышеперечисленных бассейнов (рис. 2) можно разделить на три условные группы. Так, фосфориты Хубсугульского и Мало-каратауского бассейнов характеризуются значительной карбонатностью и магнезиальностью. К второй группе, в которой доминируют иные
94
ЛИТВИНОВА, АББЯСОВ
Карбонатные материалы
Рис. 1. Расположение фосфатоносных провинций. 1—5 — венд—кембрий: 1 — Хубсугул, 2 — М. Каратау, 3 — Янцзы, 4 — Удско-Шантарский район, 5 — Джор-джина; 6 — пермь: Фосфория.
компоненты (кремнезем, полевые шпаты, глины), относятся фосфориты Джорджины и Удско-Шантарского района. Фосфориты Фосфории и Янцзы были включены нами в третью группу, так как в координатах карбонатные—терригенные компоненты они занимают промежуточное положение (рис. 2). Сопоставление данных по количественному составу доломит—апатит показывает, что и в этих координатах мы имеем те же три группы, каждая из которых хорошо выражена на графике (рис. 3). Разброс в процентном содержании фторкарбонатапатита для каждого из бассейнов незначителен, причем точки его максимальных величин находятся в ограниченных пределах, однако по количеству доломита-анкерита наблюдаются значительные расхождения (рис. 3). Следует отметить, что и внутри каждой из этих условных групп выделяются существенные различия. Так, отложения Хубсугульской фосфатоносной провинции более всего соответствуют обстановкам полузамкнутого гиперсоленого магнезиально-карбонатного бассейна, тогда как одновозраст-ные им фосфориты Каратау характеризуются как осадки бассейна открытого типа со значительным привносом терригенного материала. Удско-Шан-тарские фосфориты отличаются высокой кремневой составляющей, а фосфориты Джорджины характеризуются наибольшим количеством глинистых минералов.
Таким образом, можно предполагать, что формирование каждого из фосфатных бассейнов происходило в различных палеогеографических об-становках, определявшихся конфигурацией водоема и его рельефом, а также составом областей питания. Известно, что среднее содержание Р205 в рассмотренных нами палеобассейнах существенно не различается. Принципиальные различия мине-
Глинистые минералы
Кремнезем, полевые шпаты
2 3
► 4 ♦ 5
V 6
Рис. 2. Диаграмма соотношения минеральных фаз в фосфоритах различных фосфатоносных провинций. 1 — Хубсугул; 2 — М. Каратау; 3 — Янцзы; 4 — Джор-джина; 5 — Удско-Шантарский район; 6 — Фосфория.
рального состава в однотипных фосфоритах указывают на то, что условия осадконакопления играли, несомненно, важную, но не основную роль в их возникновении. Однотипность геологического строения фосфатных провинций, которая нами была отмечена выше, является, по-видимому, результатом общего режима осадконакопления, характерного для этого времени, а не отли-
Доломит, % 25
20
15
10
80 90 Апатит, %
Рис. 3. Диаграмма соотношения доломита—апатита для фосфоритов различных фосфатоносных провинций. Обозначения те же, что и на рис. 2.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПЛАСТОВЫХ ФОСФОРИТОВ
95
чительной чертой фосфатогенеза. Очевидно, на рубеже венда—кембрия поступало огромное количество фосфора [12], заполнившего практически все доступные для него водоемы. В такой ситуации для его осаждения не требовались какие-либо особенные, исключительные условия: скорее наоборот, он просто не имел возможности не выпадать в осадок. Это подтверждается и многочисленными фосфатопроявлениями, известными в вендско-кембрийских отложениях, и общей "зараженностью" фосфором осадочных пород этого времени [2, 12]. Дальнейшая реализация процессов фосфатонакопления осуществлялась с использованием механизма геохимического круговорота вещества [13].
Полученные результаты соответствует гипотезе кембрийского "взрыва", согласно которой причиной перестройки осадконакопления являлись резкие изменения состава атмосферы и солевого состава морской воды, которые произошли в результате космических событий, приведших к распаду Родинии и таянию ледников, а также колебанию содержания свободного кислорода в атмосфере и изменению в осадках изотопных составов углерода, серы и стронция [14]. Как известно, этапы великих вымираний и обновлений биосферы планеты отразились в построении стратиграфической шкалы и приурочены к границам эр и периодов. Наиболее крупное из таких событий и возникло в венде—кембрии, когда практически исчезла эдиакарская биота и появилась первая скелетная фауна. В этот период времени формируются практически все основные группы многоклеточных организмов, просуществовавших до наших дней. Как известно, фосфор является элементом жизни. Возникновение венд-ско-кембрийской эпохи фосфатонакопления с близкими по геологическому строению бассейнами, но индивидуальной геохимическо-минерало-гической характеристикой указывает на практически одновременное поступление на Землю огромного количества фосфора, заполнившего все водоемы и явившегося одной из причин бурного развития жизни.
В результате проведенных исследований выявлено следующее: 1) однотипность геологического строения вендско-кембрийских фосфатоносных
бассейнов при существенном различии их минерального состава указывает на поступления в это время в Мировой океан огромного количества фосфора; 2) в этот же отрезок времени произошли резкие изменения состава атмосферы и солевого состава морской воды, распад Родинии, таяние ледникового покрова и другие события такого же масштаба; 3) значительное повышение концентрации фосфора в водоемах привело к бурному развитию жизни и возникновению многочисленных фосфатных бассейнов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 07-05-00329).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соколов А.С., Еганов Э.А., Краснов А.А., Школьник Э.Л. // Геология и геофизика. 2001. Т. 42. С. 569-583.
2. СмирновА.И. Вещественный состав и условия формирования основных типов фосфоритов. М.: Недра, 1972. 196 с.
3. Холодов В.Н. Осадочный рудогенез и металлогения ванадия. М.: Наука, 1973. 275 с.
4. Яншин А.Л. Эволюция геологических процессов в истории Земли. Л.: Наука, 1983. 39 с.
5. Яншин А.Л., Жарков М.А. Фосфор и калий в природе. Новосибирск: Наука, 1986. 160 с.
6. Холодов В.Н., Пауль Р.К. // Литология и полез. ископаемые. 1999. № 5. С. 503-517.
7. Литвинова Т.В. // ДАН. 2005. Т. 404. № 2. С. 220224.
8. Еганов Э.А. Фосфоритообразование и строматолиты. Новосибирск: ИГиГ СО АН СССР, 1988. 89 с.
9. Литвинова Т.В. // Литология и полез. ископаемы
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.