CC BY
48
*
ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ГОРИЗОНТЫ СТРАТИСФЕРЫ
Д. г.-м. н. Я. Э. Юдович
4. Экзогенные или эндогенные «перестройки» как причина возникновения крупных геохимических горизонтов Возникновение региональных и надрегиональных7 геохимических горизонтов (ГГ) может быть поставлено в связь с крупными тектоническими «перестройками» или рубежами — преобразованиями эндогенных режимов, происходящими через космически обусловленные интервалы времени, равные 75—80 млн лет. Результатом их является площадное преобразование типов седиментогенеза, магматизма и тектогенеза [35]. Согласно В. О. Соловьеву [35], в фанерозое такие рубежи фиксируются в позднем визе (по нашим данным по северу Урала — в серпуховском веке), поздней перми, келловее, туроне и миоцене. Менее уверенно такие рубежи выявляются в средине венда, конце кембрия, в конце силура и в среднем ордовике. Эти рубежи относительно кратковременны, а синхронные преобразования проявляются в разной форме.
Например, мощный пик скорости фосфатонакопления в верхнем мелу Средиземноморья (обусловивший формирование гигантских месторождений фосфоритов в Сев. Африке), когда скорость седиментации фосфора подскочила от ~50 мкмоль Р/см2 за 1000 лет в альбе до ~1700 в кампане, объясняют глобальной причиной: повышением уровня океана и усилением циркумэк-ваториальной циркуляции в Тетисе [60].
Крупные черносланцевые эпохи в докембрии, как показал В. Е. Закрут-кин [15], были примерно синхроничны эпохам карбонатонакопления (рис. 2). По его мнению, общей причиной этих двух процессов было поступление в биосферу в эпохи глобальных диастрофизмов эндогенного СО2, а именно ювенильного (вулканогенного) и возрожденного (метаморфоген-
ного). Как полагает В. Е. Закруткин, избыток СО2 поглощался живым веществом в фотосинтезе, что и создавало возможность карбонатонакопления:
«Карбонатное осадконакопление в раннем докембрии стало возможным лишь после появления живых организмов с хорошо функционирующим фо-тосинтетическим аппаратом (например, синезеленые водоросли). В процессе фотосинтеза эти организмы утилизировали избыточную углекислоту из морской воды и тем самым создавали благоприятные кислотно-щелочные условия для садки карбонатов» [15, с. 418],
5. Типизация геохимических горизонтов
Опираясь на собственные и литературные данные, попытаемся теперь построить генетическую типизацию геохимических горизонтов, соответствующую современному уровню знаний.
Как известно, генетическую типизацию можно строить на разных основаниях. Философы утверждают, что при одном делении основание типизации (классификации8) не должно изменяться. Однако такой великий натуралист, как Вернадский, спокойно пренебрегал этим принципом и нередко
Абсолютный возраст, млн лет Главнейшие эпохи развития карбонатных формаций в докембрии Главнейшие эпохи развития углесодержащих формаций в докембрии Основные эпохи регионального метаморфизма и тектономагмати-ческой активации
-500 -1000 -1500 -2000 -2500 -3000 -3500 -4000 РИ
Катаганская
Р^ і і ' і
II Гренландская
І І I
РІІ Карельско- Сфекофенско- Беломорская
Р^1 1
1 1 1
АГЧ , , 1 Родезийская
1 1 Белозерская
1 1 1 1 ‘
Рис. 2. Синхронность образования черносланцевых и карбонатных толщ в докембрии как результат глобальных диастрофизмов [15, с. 417]
* Окончание. Начало (и список литературы) в ^еапнике № 2, 2008
7 Разъяснение этих терминов будет дано в разделе 6.
8 Термин классификация мы используем как синоним термина типизация.
использовал несколько разных оснований при выделении таксонов одного ранга9. Не является простым и излюбленное в геологии понятие «генезис» (происхождение). Как ясно показал В. Т. Фролов [37], в понятии «генезис горной породы» необходимо различать две стороны — механизм образования и источник материала. Поскольку геохимические горизонты (ГГ) состоят из одной или нескольких горных пород, то эти соображения полностью применимы и в отношении генезиса ГГ. По нашему опыту [50, с. 19], источник материала — как правило, признак более предпочтительный, нежели механизм образования, и главным образом потому, что первый признак обладает большей общностью.
Взяв в качестве основания источник данного химического элемента, накапливающегося в ГГ в над-кларковых концентрациях, можно выделить шесть генотипов геохимических горизонтов. В процессе литогенеза данный генотип ГГ приобретает модификации в зависимости от фаций седиментогенеза и реже — от обстановок эпигенеза. Так появляются таксоны ГГ более низкого ранга — на уровне фаций седиментогенеза и/или эпигенеза. Трудно сказать, как их следует правильно называть: фациальные типы (по-видимому, — нехорошо?), фациальные классы или, может быть, просто — фациальные разновидности.
1. Терригенные ГГ. Источником химических элементов являются горные породы (или руды) континента. В сингенезе этот материал подвергается эрозии, перемещается в бассейн седиментации и затем захороняется в форме обломочных или аутигенных минералов. В эпигенезе терригенный материал мобилизуется и переоткладыва-ется в теле ГГ. Наглядным примером образования терригенных ГГ являются потоки рассеяния рудного вещества, образующиеся при разрушении рудных месторождений.
С. В. Нечаев [29, 30] попытался конкретизировать источники рудных элементов (Р, Ва, РЬ, 2п) в области питания обломочным материалом фанерозойских седиментационных бассейнов на склонах Украинского щита (на западном краю Русской платформы). С этой целью он изучил около 300 мономинеральных
фракций породообразующих минералов из кристаллических комплексов щита и пришел к выводу о том, что источником фтора могли быть апатиты, биотиты, амфиболы, бария — полевые шпаты и биотиты, цинка — пироксены, магнетиты, биотиты, амфиболы, гранаты, сульфиды железа, кордиериты, свинца — полевые шпаты и пироксены [29, с. 26— 27]. Не исключая в качестве источника рудных элементов ореолы до-кембрийских рудных комплексов, все же основное значение украинский исследователь придает породообразующим минералам. Во всяком случае изучение кор выветривания по гранитоидам Украинского щита показало значительность масс выносимых в растворах рудных элементов: «фтор и барий до 1.5 мг/см2, свинец до 0.065 мг/см2, цинк до 0.292 мг/ см2», что дает основание «рассматривать корообразование как главнейший фактор вовлечения в миграцию этих элементов» [29, с. 26—27].
Заметим, что понятие терриген-ного ГГ в некоторых случаях может оказаться в однозначном соответствии с понятием о терригенно-ми-нералогическом горизонте, например, если выход тяжелой фракции достаточно высок для того, чтобы создать геохимическую специфику пород в некотором стратиграфическом интервале. По свидетельству О. С. Кочеткова, «в геологической литературе терригенно-минералогическим горизонтом принято называть стратиграфический комплекс пород местного или регионального значения, характеризующийся определенным составом акцессорных кпастогенных минералов» [23, с. 87].
Так, на Тимане и п-ове Канин давно обнаружены титаноносные горизонты как в составе метаморфических сланцев рифейского фундамента, так и в осадочном чехле. Исследования показали (многочисленные работы Д. П. Сердюченко, В. А. Калюжного, А. С. Сушона, Н. Э. Герн-гардт, К. П. Янулова, Е. Д. Надеждиной, И. В. Швецовой, О. С. Кочеткова и др.), что минеральной формой титана являются в основном рутило-вый (реже анатазовый) лейкоксен и в меньшей степени — ильменит (сфен характерен только для гори-
зонтов с примесью базитовой пиро-кластики) [23, с. 24]. В частности, кварцевые песчаники пижемской свиты 02 на Ср. Тимане даже в среднем содержат от 2.20 до 8.9 % ТЮ2 [50, с. 26]. Всего же в отложениях в-0 на п-ове Канин и на Сев. и Ср. Тимане О. С. Кочетков [23] выделил по тяжелым акцессорным минералам четыре терригенно-минералогичес-ких подпровинции (Канинскую, Севе-ро-Тиманскую, Цилемскую и Печоро-Пижемскую), а в их составе — 13 тер-ригенно-минералогических горизонтов мощностью от 10 до 400 м.
2. Талассогенные ГГ. Источником химических элементов являются горные породы (или руды) океанического дна. Как блестяще показано В. В. Масленниковым на уральском материале, горные породы или руды дна (например, титаноносные базальты или сульфидные постройки-«курильщики») эродируются, диспергированный материал разносится течениями и захороняется в осадках [26].
3. Гидрогенные ГГ. Непосредственным источником химических элементов является раствор (притом что источник питания самого раствора может быть различным). Самым очевидным примером таких ГГ являются горизонты эвапоритов — сульфатных и хлоридных (реже нитратных или бо-ратных) солей, а также горизонты вторичных карбонатов. Среди гидрогенных ГГ много эпигенетических — их доля здесь гораздо более значительная, чем среди других генотипов. В частности, большой популярностью пользуется идея катагенетических ГГ, порожденных элизионным или рассольным катагенезом.
В элизионных системах, в которых катагенез вызывает отжатие соленых талассогенных и петрогенно-талассогенных растворов (термины А. А. Махнача), источником рудных элементов служат главным образом глинистые толщи: «В ходе катагенеза глинистого вещества из него эмигрируют Си, N1, V, Со, РЬ, Ре, Мп, Мд, Мо, Р, ве...» [28, с. 274]. К этому добавляются перекристаллизация и термогидролиз карбонатного вещества (мобилизация Ре, Мп, вг) и мобилизация элементов-примесей из концентрированного и рассеянного ОВ в процессе его углефикации,
9 Например, называя в 1931 г. девять «геохимических функций биосферы», он выделял наряду с «кислородной» функцией «газовую», а наряду с «концентрационной» — «кальциевую».
а также внутрислойное растворение кластического материала обломочных пород, в том числе их акцессорных тяжелых минералов. «В результате названных процессов в эли-зионных системах образуются растворы, содержащие высокие и повышенные концентрации ряда химических элементов. При перемещении этих растворов в зоны геохимических барьеров возможно образование стратиформных месторождений сульфидов свинца, цинка, меди, железа и других металлов, а также сидерита, магнезита, родохрозита, вол-конскоита...» [28, с. 274—275].
Идея о том, что рассольный катагенез может быть фактором стра-тиформного рудогенеза, высказывалась давно. По свидетельству А. А. Махнача, обобщившего литературу на конец 1980-х гг. [28, с. 275—276], рассольный характер рудообразующих растворов установлен, в частности, при изучении газово-жидких вакуолей в сфалерите РЬ-2п оруденения в карбонатном девоне на юге Бельгии. Рассолам приписывают формирование РЬ-2п-минерализа-ции в среднем девоне Канады (месторождение Пайн-Пойнт); с рассолами связывают формирование эпигенетических залежей целестина и образование месторождений самородной серы. В дальнейшем полное развитие концепция рассольно-катаге-нетического рудогенеза получила в монографии Б. А. Лебедева [25].
4. Вулканогенные ГГ. Источником химических элементов является вулканическое извержение в форме лавы, пепла-пирокластики, вулканических эксгаляций10 и порожденных ими гидротерм. Эти четыре разновидности источников создают и соответствующие разновидности ГГ, но несомненно, что самыми распространенными в стратисфере являются ГГ пепловой природы, которые могут быть региональными и даже надрегиональными.
5. Биогенные ГГ. Источником химических элементов является захороненное в породе биогенное органическое (или неорганическое) вещество — ОВ (или НОВ). Таковы пласты углей, черных сланцев (углеродистые биогенные ГГ), диатомитов (кремнистые био-
генные ГГ), писчего мела (карбонатные биогенные ГГ), ракушняковых фосфоритов (фосфатные биогенные ГГ) и т. д. Итак, эти ГГ представлены породами-биолитами (которые по этой причине часто бывают биоморфными). Ясно, что такие ГГ генетически тесно связаны с гидрогенными ГГ (что особенно очевидно для фосфатных или карбонатных ГГ). Помимо биоморфно-сти часто встречающейся особенностью этого генотипа является концентрация химического элемента не столько в самом ОВ, сколько в продуктах его трансформации (например, накопление элементов-сульфофилов не в ОВ углей или черных сланцев, а в их прямых дериватах — диагенетических сульфидах).
Как видно на схеме (рис. 3), перечисленные генотипы ГГ имеют предметно-логические связи — перекрытия. Так, вполне естественно, что поскольку биос приспосабливается к абиотическим условиям среды, наибольшее число таких связей-перекрытий имеют именно биогенные ГГ. Например, вулканогенный ГГ очень часто сочетается с биогенным — вследствие того, что само формирование черных сланцев могло стимулировать-
ся вулканическими пеплопадами или эксгаляциями [49].
6. Космогенные ГГ. Источником химических элементов является падающее на Землю из космоса вещество каменных и железных метеоритов. Самым наглядным примером таких ГГ являются иридиевые горизонты, обнаруженные на границе некоторых геологических систем и периодов. Характерными элементами-индикаторами таких ГГ являются N1 и 1г, а из изотопов — 3Не и некоторые другие (такие, как 15^ 7Ве).
6. Структурно-тектонический принцип ранжирования геохимических горизонтов
Некоторые геохимические горизонты протягиваются на десятки, сотни и даже тысячи километров, другие развиты только локально. Очевидно, что возникает необходимость в каком-то ранжировании ГГ по их размерам — протяженности или площади. Выше мы уже видели, как отечественные геологи независимо друг от друга выделяли по существу одинаковые ранги ГГ — например локальные, региональные и реже другие. Однако та-
Рис. 3. Схема типизации геохимических горизонтов с помощью кругов Эйлера. Заштрихованы области предметно-логических перекрытий
10 Заметим, что, согласно В. Е. Попову, термин «эксгаляция» применительно к вулканогенно-осадочным месторождениям не дол-
жен трактоваться слишком расширительно; под ним следует понимать только газовую фазу, «что резко ограничивает понятие об
эксгаляционно-осадочных рудных телах, образование которых трудно, а иногда и невозможно представить себе в субмаринных
условиях. Эксгаляции непосредственно связаны с фумарольной деятельностью (вулканическими дымами, от латинского /ита —
дым)» [32, с. 23—24].
кое ранжирование ГГ требует более строгого подхода.
За основу ранжирования целесообразно принять геолого-структур-ное районирование, общепринятой единицей которого является структурно-формационная зона. Такой подход был реализован нами при обнаружении и последующей типизации ГГ на обширной территории севера Урала и Пай-Хоя, где расположены выделенные в 1944 г. выдающимся геологом К. Г. Войновским-Кригером [12] две таких зоны — «карбонатная» Елецкая (Бельско-Елецкая в структуре Большого Урала) и «сланцевая» Лемвинс-кая (Сакмаро-Лемвинская в той же структуре). В первой преобладают карбонатные и терригенные формации, образовавшиеся, как это было позднее показано В. Н. Пучковым [33], на краю шельфа, а во второй — глинисто- и кремнисто-сланцевые формации, образовавшиеся на континентальном склоне и подножии по западному краю Уральского палеоокеана.
Геологи ВСЕГЕИ при обобщении огромных материалов также всегда использовали структурно-формационные зоны как основную классификационную ячейку. Это, например, ярко показано в замечательной книге «История развития и минерагения чехла Русской платформы» [18], в которой коллективу под руководством Ю. Г. Старицкого удалось собрать и компактно обобщить колоссальный минералого-геохимичес-кий материал именно потому, что за основу районирования территории платформы на семи геоисторических этапах её развития были взяты структурно-формационные зоны (СФЗ) — интегральное выражение комплекса фаций (т. е. фациальных обстановок).
Исходя из сказанного, можно ранжировать ГГ, разделив их на четыре уровня: локальные, региональные, надрегиональные и глобальные.
1. Локальные ГГ развиты только в пределах одной СФЗ и обычно не на всей площади её распространения (если сама СФЗ достаточно крупная). К числу локальных чаще всего относятся терригенные ГГ, связанные с эрозией рудных месторождений. Известно, что ореолы рассеяния не распространяются на большое расстояние от рудных тел и быстро разубоживаются. Локальными часто бывают ГГ, образовавшиеся при размыве кор выветривания: их материал переотлагается чаще всего в соседних депрессиях на суше
или в наиболее мелководных зонах близлежащих бассейнов седиментации. Локальными являются и вулканогенные ГГ, которые представлены лавовыми потоками, чья площадь, как правило, гораздо меньше, чем площадь пластов осадочных пород.
2. Региональные ГГ развиты на всей площади данной СФЗ. Это, по-видимому, самый распространенный тип геохимических горизонтов. Он особенно характерен для СФЗ, вся территория которых находилась в одной климатической зоне (терригенные или гидрогенные ГГ). Например, такими ГГ могут быть аридные эвапоритовые формации, иногда занимающие огромные площади древних платформ. Региональными ГГ часто являются и угленосные формации, локализованные в зонах гумидного климата. Если в пределах данной СФЗ был проявлен вулканизм, а в соседних СФЗ его не было, то вулканогенные (пепловые и в особенности эксгалятивные) ГГ будут чаще всего ограничены в своем распространении территорией этой СФЗ и квалифицироваться как региональные.
3. Надрегиональные ГГ распространяются на две или большее число СФЗ. Чаще всего такими горизонтами бывают, конечно, вулканогенные. Например, фторные ГГ в С1 и С2 развиты на огромной территории не только Русской платформы, но и ее Уральского обрамления. Но есть и впечатляющие примеры терригенных ГГ этого ранга. Так, на территории Западной Сибири находится грандиозный Бе-ГГ мел-палеогенового возраста. В его пределах располагается бассейн осадочных железных руд с запасами во многие миллиарды тонн, порожденный размывом железистых кор гумидного выветривания на огромной площади. Ранневизейский гидролизатный ГГ (А1, Бе, Т1, ТЪ, 8с) также занимает чуть ли не всю площадь Восточно-Европейской платформы. Таких примеров немало.
4. Глобальные ГГ захватывают территории крупнейших структурных единиц в разных местах земного шара, прослеживаясь как на платформах, так и в складчатых зонах. Они либо порождаются глобальным вулканизмом определенного состава, что, например, имело место в архее (коматииты) и раннем протерозое (акиткании — кислые эф-фузивы [34]), или имеют космогенную природу (ГГ, обогащенные N1, 1г и другими элементами-сидерофилами),
либо обусловлены иными причинами, далеко не всегда разгаданными (допустим, резкими колебаниями содержания О2 или СО2 в атмосфере). Например, глобальную природу имеет верх-невендско-раннекембрийский фосфатоносный горизонт, обнаруженный на всех континентах [17], но никто не знает, как он образовался.
На «геохронологической» кривой величины §13Скарб фиксируется довольно заметный минимум в позднем палеоцене—раннем эоцене. Считают, что это можно связывать с таким глобальным событием, как Гималайская коллизия. В это время произошли «эксгумация» и окисление огромных масс Сорг в осадочных породах, в результате атмосферный резервуар СО2 увеличился и обогатился легким изотопом 12С, что привело, во-первых, к резкому потеплению (вследствие парникового эффекта) и, во-вторых, к последующему облегчению карбонатного углерода [53].
Выводы
1. Разработка концепции геохимических горизонтов стратисферы — вероятно, самое значительное из того, что нам удалось сделать в области геохимии осадочных пород за 40 лет работы в регионе Северного Урала и Пай-Хоя [42]. Геохимические горизонты — это сравнительно узкие стратиграфические интервалы осадочной оболочки, существенно обогащенные каким-либо химическим элементом (или их группами) по сравнению с кларко-вым уровнем. Одной из их разновидностей являются изотопные геохимические горизонты (маркеры в хемостратиграфии), аномально обогащенные каким-либо изотопом (например, карбонатные геохимические горизонты обогащены либо изотопом 12Скарб, либо изотопом 13Скарб).
2. По отношению к вмещающим толщам геохимические горизонты могут быть как син-, так и эпигенетическими. При этом очень часто процессы эпигенеза маскируют первично-сингенетическую природу геохимического горизонта, а среди подлинно эпигенетических — важное место принадлежит катагенетическим геохимическим горизонтам.
3. По источнику рудогенного вещества можно выделить шесть генотипов геохимических горизонтов: терригенные, талассогенные, вулканогенные, гидрогенные, биогенные и кос-
могенные. Первые пять генотипов часто проявляются не в чистом виде, а попарно; например черносланцевый (биогенный) геохимический горизонт может одновременно быть и вулканогенным.
4. По площадному распространению геохимические горизонты могут быть глобальными, надрегиональны-ми, региональными и локальными. В основу такого ранжирования, по примеру геологов ВСЕГЕИ [18], целесообразно положить структурно-тектонический принцип — соотнесение геохимического горизонта с определенными структурно-тектоническими зонами земной коры.
5. Факторами, порождавшими образование крупных геохимических горизонтов, были соответствующие крупные геоисторические события — «перестройки» эндогенного или экзогенного режимов. Таковыми могли
быть сильный и даже глобальный вулканизм (вулканогенные горизонты), образование мощных кор выветривания на огромных площадях континентов (терригенные горизонты), массовое формирование углеродистых осадков (биогенные горизонты), глобальные импакгные события (космогенные горизонты) и т. д.
6. Концепция геохимических горизонтов имеет важное теоретическое значение, ибо является обобщением всех более частных концепций, которые формулировались в терминах «стратиформных месторождений», «рудоносных фаций», «рудоносных горизонтов» и т. п. Данное качество концепции — следствие фундаментальной природы самой геохимии, ибо такие литогенетические факторы, как характер осадочной формации или фациальная природа толщ, не являются причиной образования геохимичес-
кого горизонта, а лишь модулируют его конкретное проявление (например, определяют фациальную зональность стратиформного оруденения).
7. Совершенно очевидно и прикладное значение концепции. Установив локализацию в разрезе, распространение на площади и элементное выражение данного геохимического горизонта, можно осмысленно строить стратегию прогноза стратиформных рудных месторождений. Во всяком случае выявление геохимических горизонтов путем массового геохимического опробования [46] представляется нам обязательной первой стадией регионального прогнозирования. И лишь на последующих стадиях локального прогнозирования потребуется подключать к рассмотрению фациальные, литологические и структурно-тектонические факторы контроля оруденения.
■■■■■■■ ■-■•х" ■■■■■■
-о
с рафуеНием
и съгст<&.
