ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2008, № 6, с. 638-649
УДК 553.679.04:551.763.2'781(470.4)
ЦЕОЛИТОНОСНОСТЬ ВЕРХНЕМЕЛОВЫХ-ПАЛЕОГЕНОВЫХ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД ВОСТОКА И ЮГО-ВОСТОКА
РУССКОЙ ПЛИТЫ
© 2008 г. С. О. Зорина, Н. И. Афанасьева, С. А. Волкова
ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых"
420097 Казань, ул. Зинина, 4; E-mail: svzorina@yandex.ru; office@geolnerud.com
Поступила в редакцию 19.11.2007 г.
Методами рентгеновского количественного фазового анализа и классической "мокрой" химии изучено свыше 70 образцов, отобранных из турон-датских свит востока и юго-востока Русской плиты. Установлено, что цеолиты присутствуют во всех изученных типах карбонатных, кремнистых и глинистых пород. Устойчиво высокие концентрации цеолитов выявлены в разрезах сантонских свит. Характер цеолитообразования рассмотрен параллельно в пространственно-временном и литогене-тическом аспектах. Выполненный анализ по-ярусного распределения цеолитов подтверждает представления о первично-вулканогенной природе цеолитобразующего материала и является по сути мониторингом активности эксплозивного вулканизма в позднем мелу-палеоцене. Подчеркивается, что повышенные концентрации цеолитов в верхнемеловых-палеоценовых свитах являются поисковым признаком на цеолитовое сырье и служат научной основой для постановки прогнозно-ревизионных и поисковых работ в изученном регионе.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
В 70-е годы прошлого столетия в мире резко возрос интерес к изучению природных цеолитов, связанный с открытием их уникальных адсорбционных, катионообменных и каталитических свойств. Массовое внедрение в практику геологических исследований рентгено-структурного и электронно-микроскопического методов позволило установить широкое распространение цеолитов в различных типах вулканогенно-осадоч-ных и осадочных пород. На начальном этапе их изучения были разработаны научно-методические основы поисков [Михайлов, Кринари, 1970], что способствовало открытию целого ряда месторождений цеолитов в различных регионах СССР.
Одновременно начал активно дискутироваться вопрос о генезисе осадочных цеолитов. Из множества предположений наиболее убедительными оказались две гипотезы, доминирующие в литературе по настоящее время. Г.Ю. Бутузова [1964] и В.С. Васильев [1954] считают, что образование цеолитов происходит на стадии диагенеза в условиях либо платформенных морских бассейнов, либо стабильных устойчивых мелководных зон геосинклиналей, где темп осадконакопления низкий, а мощности осадков незначительные. По представлениям авторов этой гипотезы, основ-
ным источником кремнезема и глинозема при формировании цеолитов является механически привнесенный в морской бассейн материал - песчаные, алевритовые и глинистые частицы. Процессы диагенетического цеолитообразования происходили при дальнейшем интенсивном растворении терригенных частиц и выносе отдельных компонентов.
Другая группа исследователей, в которую входят В.И. Муравьев [1973, 1987], А.Г. Коссовская [1975] и многие другие, считают, что источником кремнезема при образовании цеолитов в осадочных отложениях является пирокластический материал, обладающий, как известно, высокой реакционной способностью. Итогом проведенной систематизации и обобщения полученного лито-логического и аналитического материала по цеолитам явилась генетическая классификация и обоснование генезиса цеолитовых ассоциаций в стратифицированных формациях [Коссовская, 1975]. Выделенные А.Г. Коссовской цеолитовые фации связаны с разными стадиями и этапами се-диментогенеза, диагенеза, регионального эпигенеза и наложенными процессами.
В последнее десятилетие отмечается новый импульс повышенного внимания к цеолитам, вызванный назревшими и нерешенными экологическими проблемами. Экологическая ситуация в
центральных и южных регионах России оценивается сейчас как напряженная или близкая к напряженной. Ряд районов и площадей подлежит скорейшей экологической реабилитации, чему, безусловно, будет способствовать широкое использование природных цеолитов.
В пределах Российской Федерации промышленные месторождения цеолитов выявлены и разведаны лишь в Сибири и на Дальнем Востоке. В Европейской же части страны сырьевая база цеолитов практически отсутствует. При этом спрос на них с каждым годом возрастает, а доставка из восточных регионов является нерентабельной. Возрастает интерес к так называемым цеолитсодержащим породам, в которых максимальное содержание цеолитов иногда достигает 30%. В геологической литературе появляются все новые данные о широком распространении цео-литсодержащих осадочных пород различного возраста [Котельников, Зинчук, 2004; Перес, 1991; Савко и др., 2001; Хардиков, 2005; Хардиков и др., 1997].
В данной статье рассмотрен вопрос о распределении цеолитов в литостратонах позднемело-вого и палеоценового возраста, распространенных на территории востока и юго-востока Русской плиты (РП). В настоящее время, как известно, Общая стратиграфическая шкала (ОСШ) претерпевает процедуру перехода на жесткую временную основу [Огаёз!ет й а1., 2004]. В связи с этим для получения надежной информации о возрасте литостратона - его ярусной характеристике - требуется четкое хроностратиграфи-ческое обоснование подошвы стратона. Последнее может быть выполнено путем выявления в разрезе биозон, имеющих глобальное распространение. Именно поэтому мы особенно подробно приводим возрастные датировки изученных стратонов, полученные по результатам детальных стратиграфических исследований и обобщений последних лет.
Важно отметить, что местные литостратоны (свиты) имеют устойчивое пространственное распространение в пределах определенной структурно-геологической зоны и, соответственно, представляют практический интерес как минерагени-ческие подразделения, специализирующиеся на тот или иной вид сырья.
Анализ по-ярусного распределения цеолитов на востоке и юго-востоке РП выполнен на основе представлений о первично-вулканогенной природе цеолитобразующего материала.
МЕТОДИКА И МАТЕРИАЛ
Фактический материал был собран авторами при проведении полевых работ в 2004-2006 годах и публикуется впервые. Объектами исследований
явились фрагменты разрезов верхнемеловых-палеоценовых литостратиграфических подразделений, распространенных на территории востока и юго-востока РП (рис. 1). Большинство изученных разрезов доступны для поверхностного изучения -это карьеры месторождений мела, опок и диатомитов (10 объектов) и естественные обнажения (7 объектов). Два литостратона (кирзятская и сурская свиты) охарактеризованы по керну скважин. Всего изучены 19 разрезов, включающих от 1 (на 14 объектах) до 3 (разрез "Белогродня") литостратиграфических подразделений. Обследованные разрезы увязаны с подразделениями Общей стратиграфической шкалы (ярусами) на основе Стратиграфической схемы верхнемеловых отложений Восточно-Европейской платформы [Олферьев, Алексеев, 2004], Стратиграфической схемы морского палеогена юга Европейской России [Ахметьев, Беньямовский, 2003] и результатов детальных стратиграфических исследований, проведенных в последние годы на отдельных объектах [Афанасьева, 2004; Демьянков и др., 2005; Мусатов, Христенко, 2004; Мусатов и др., 2004]. В результате сопоставления с общей шкалой выяснилось, что изученные фрагменты лито-стратонов в совокупности характеризуют возрастной интервал от турона по даний включительно, что позволило установить характер распределения цеолитов не только в разнообразных литологических типах пород, но и проследить его изменение во времени.
На объектах выполнено послойное литологи-ческое описание разрезов и отбор литологических разновидностей пород для аналитических исследований с использованием методов рентгеновского количественного фазового (РКФА) и полного химического анализов (ПХА). Аналитические исследования выполнены в аккредитованных Госстандартом лабораториях Аналитико-технологического сертификационного испытательного центра ФГУП "ЦНИИгеолнеруд" (аналитики Ф.А. Рахимова, М.Н. Морозова, Е.Н. Шу-нина, О.А. Медведева, Р.Р. Гильмутдинов, Ю.С. Кондрашина, М.А. Королев и др.).
Одним из основных методов диагностики и оценки содержания цеолитов и сопутствующих минералов послужил рентгенографический фазовый анализ [Рентгенография..., 1983; Сему-шин, 1986]. Этот вид анализа является оптимальным количественным методом исследования вещественного состава горных пород и нерудного минерального сырья. Он был использован для изучения осадочных цеолит-кремнистых и цеолит-мергелистых пород с невысоким (10-40%) содержанием цеолитов и присутствием других минералов, также обладающих адсорбционными свойствами, - опал-кристобалит-тридимитовой (ОКТ) фазы, смектитов и др. Количественное определение всего комплекса минералов являет-
Рис. 1. Схема расположения изученных разрезов верхнемеловых-палеоценовых отложений востока и юго-востока Русской плиты.
ся необходимым для полной характеристики качества сырья, прогнозирования направлений его использования и правильной оценки запасов полезного компонента руды.
Для кремнистых пород, содержащих цеолиты, в ЦНИИгеолнеруде были разработаны методики количественной оценки минералов "по наложенным" рефлексам, характерным для этого типа пород. Решение задачи проводится посредством "разложения мультиплета" частично перекрывающихся рефлексов от присутствующих фаз. Для кремнистых тонкодисперсных пород - опок и диатомитов, содержащих аморфный кремнезем, эквивалентный содержанию ОКТ или рентге-ноаморфной (РАМ) фазы, разработана методика профильного рентгенографического анализа, использующего принцип Ритвельд-анализа и основанного на сопоставлении экспериментального
профиля с теоретическим, который моделируется как суперпозиция аналитических рефлексов эталонов определяемых фаз. Применение этой методики позволяет не только определить общую концентрацию ОКТ-фазы, но и оценить соотношение составляющих ее компонентов - тридимита, кристобалита, квазирентгеноаморфного опала.
РКФА пород выполнялся в соответствии с разработанными ФГУП "ЦНИИгеолнеруд" методиками и инструкциями [Рентгенографический..., 1997; Количественн
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.