CC BY
15
_ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА_
2020 Геология Том 19, № 2
ГЕОЛОГИЯ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ТВЁРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, МИНЕРАГЕНИЯ
УДК 552.51 (234.82)
Характеристики метапесчаииков светлииской свиты - субстрата щелочных рудных метасоматитов (Октябрьское рудное поле, Средний Тиман)
О.В. Удоратинаа'ь, Н.Ю. Никуловаа, И.А. Губарев0
аИнститут геологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН
167982, Сыктывкар, ул. Первомайская, 54. E-mail: udoratina@geo.komisc.ru
ьТомский государственный университет
634050, г. Томск, ул. Ленина, 36
сКазанский федеральный университет
Институт геологии и нефтегазовых технологий
420008, Казань, ул. Кремлевская, д.4/5. E-mail: i.gubarev2014@yandex.ru (Статья поступила в редакцию 21 февраля 2020 г.)
Рассмотрены характеристики метапесчаииков светлииской свиты, развитых в пределах Октябрьского рудного поля на Четласском Камне (Средний Тиман) и служащих субстратом рудных щелочных метасоматитов. Основным источником обломочного материала при формировании полевошпат-кварцевых мелкозернистых метапесчаииков были метаосадочные и, в меньшей степени, кислые магматические породы, в том числе измененные в коре выветривания. Образование песчаников проходило в относительно стабильных тектонических условиях пассивной континентальной окраины. Ключевые слова: метапесчаники, пассивная континентальная окраина, Средний Тиман. DOI: 10.17072/psu.geol.l9.2.152
Октябрьское рудное поле входит в состав о химическом составе пород получены на
Косьюской группы комплексных редкоме- базе ЦКП «Геонаука» (г. Сыктывкар) с по-
талльно-редкоземельных проявлений, распо- мощью классического химического и рент-
ложенных на возвышенности Четласский генофлуоресцентного (спектрометр XRF-
Камень Среднего Тимана, и отличается ши- 1800 фирмы SHIMADZU) анализов. Хими-
роким развитием иттриевой (ксенотимовой) ческий состав минералов изучался на скани-
минерализаци рующем электронном микроскопе TESCAN
Породы рудного поля, расположенного в VEGA3 LMH с энергодисперсионной при-
верховье р. Светлая, представлены слабо ме- ставкой Х-МАХ Oxford Instruments. В ЦЛ
таморфизованными песчаниками светлин- ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) методом ICP
ской свиты четласской серии, ж фенитизи- MS определены редкие и редкоземельные
рованными разностями и образованиями элементы.
жильного комплекса. Осадочные толщи светлииской свиты
Проведены комплексные исследования четласской серии формировались в средне-
пород рудного поля, опробованных в 2016 г. позднерифейское время (Удоратина и др.,
(о^яд ИГ Коми НЦ УрО РАН) при темати- 2017; Брусницына и др., 2019). Образования
ческих исследованиях рудных редкоме- светлииской свиты представлены темно-
талльно-редкоземельных образований. В серыми кварц-здорит-серицитовыми и био-
КазФУ (г. Казань) изучены шлифы. Данные тит-морит-кварц-серицитовыми, иногда из© Удоратина О.В., Никулова Н.Ю., Губарев И.А., 2020
152
вестковистыми сланцами, переслаивающимися с разнозернистыми кварцитами и квар-цитопесчаниками. По преобладанию сланцев в нижней части разреза и кварцитопесчани-ков в верхней светлинская свита разделена на нижнюю и верхнюю подсвиты. Мощность светлинской свиты 600 - 620 м. Она согласно, местами с размывом, перекрывается песчаниками новобобровской свиты.
К неизмененным вторичными процессами кварцитопесчаникам отнесены породы периферических частей рудных тел, отобранных в канавах, пересекающих вкрест рудное поле: обр. ОМ9-16, ОМЮв-16, ОМЮг-16, ОМЮд-16, ОМ10ж-16, ОМЮе-16, ОМ12-16, и скважине - обр. 834.
Мелкозернистые полевошпат-кварцевые метапесчаники с гранобластовой структурой и поровым или контактовым хлорит-серицитовым цементом сложены различной окатанности зернами кварца и полевого шпата, часто с регенерационными каймами (рис. 1).
Рис. 1. Микроструктура и минеральный состав метапесчаников, николи скрещены
Нормативный пересчет химического состава показал, что метапесчаники состоят (мае. %) из кварца (83-91), кислого плагиоклаза (6-7), калиевого полевого шпата (3.37.8), хлорита (3), магнетита (2) и ильменита (0.3).
На диаграмме КгО-ЫагО (Петтиджон и др., 1976) фигуративные точки метапесчаников находятся в поле аркозов (рис. 2, а). На диаграмме 1о§(Ре203общ/К20) - 1о§(8Ю2/А1203) (рис. 2, б) они попади в поля субаркозов, сублититов и кварцевых аренитов. Такое положение точек отражает присутствие в песчаниках хорошо сохранившихся полевых шпатов.
Рис. 2. Классификационные диаграммы: а - К20 N20 (по Петтиджон и др., 1976); б -
log(Fe2О3общ/К2О) - log(Si02/Al203) (по Herrón, 1988); в - log(Si02/Al203) - log(Na20/K20) (по Петтиджон и др., 1976)
На диаграмме log(Si02/Al203) log(Na20/K20),
разделяющей метапесчаники по соотношению кварца, полевых шпатов и глиноземистого цемента, фигуративные точки попадают в поля сублититов и кварцевых аренитов (рис. 2, в). Считается, что отрицательные
значения log(Na20/K20) при log(Si02/Al203) >1.7 указывают на высокую степень зрелости метапесчаников (П^тидаон и др., 1976). Такие характеристики имеет лишь один образец (обр. 834, табл. 1). Для четырех образцов этот показатель существенно ниже, что отражает щелочную спецификацию пород.
По значениям гидролизатного модуля (ГМ=0.5-0.7) все метапесчаники относятся к типу суперсиллитов - преимущественно кварцевых аквагенных пород (рис. 3, а). Величина модуля нормированной щелочности НКМ = Na20+K20/Al203 (коэффициент Миддлтона (Middleton, 1960) превышает
0.31, что, по мнению Я. Э. Юдовича и М. П. Кетрис (Юдович, Кетрис, 2000), свидетельствует о наличии в породе неизмененного калиевого полевого шпата (рис. 3, б). Низкие значения титанового модуля для супеси-литов могут указывать на то, что формирование состава первичных песчаников в значительной степени проходило за счет размыва и переотложения продуктов разрушения кислых вулканитов.
Индексы выветривания CIW (Herron, 1988) четырех образцов метапесчаников составляют 66-74 и соответствуют средней степени разложения исходных пород, а для обр. 834 CIW=59, что типично для пород, слабо измененных выветриванием (табл. 1).
Индекс изменения состава ICV (Сох, Lowe, 1995) превышает пороговое значение
1, характерное для незрелого обломочного материала (табл. 1). На диаграмме ICV-CIA (Lee, 2002), отражающей изменение соотношения гранитной и базальтовой составляющей и степень зрелости обломочного материала, две фигуративные точки занимают промежуточное положение между линиями, соответствующими составам размываемых основных и кислых пород, две точки тяготеют к составам гранитов и одна (обр. 834) - к слабо измененным базальтам (рис. 4).
Значение соотношения Fe/Mn (Розен и др., 1994), используемого в качестве фаци-ального индикатора для осадочных отложений, в обр. 834 составляют 40 и соответствует мелководным морским отложениям (табл. 1). Для четырех образцов метапесчаников значения этого индикаторного соотношения соответствуют породам, образова-
ние которых проходило морских условиях.
в прибрежно-
Таблица 1. Химический состав пород, мае. %
Компо- № образца
ненты 834 OM9- OMIO OMIO OMIO
16 B-16 д-16 e-16
Si02 92.24 91.26 90.36 92.48 92.27
TiO 2 0.09 0.01 0.13 0.01 0.05
А120з 1.37 3.26 4.7 3.26 3.31
Fe203 0.7 0.22 0.17 0.23 0.00
FeO 3.27 1.13 1.1 1.13 1.5
mno 0.09 <0.01 0.01 <0.01 0.01
CaO 0.27 <0.5 0.15 <0.5 <0.1
MgO 0.22 0.17 0.56 0.17 0.33
K20 0.61 0.97 1.26 0.97 1.3
Na20 0.29 0.59 0.87 0.59 0.68
p2o5 0.024 0.02 0.01 0.02 0.01
ппп 0.3 0.37 0.67 0.37 0.6
Сумма 99.80 98.12 100.00 98.12 100.00
H20 0.09 0.09 0.2 0.09 0.27
C02 0.17 0.09 0.09 0.09 0.09
Геохимические модули и соотношения
Na20+K20 0.9 1.56 2.13 1.56 1.98
K20/Na20 2.10 1.64 1.45 1.64 1.9
ГМ 0.06 0.05 0.06 0.05 0.05
ФМ 0.05 0.01 0.01 0.01 0.02
TM 0.064 0.003 0.028 0.003 0.015
НКМ 0.66 0.48 0.45 0.48 0.60
log (Na20/ K20) -0.32 -0.22 -0.16 -0.22 -0.28
log Si02/ А120з) 1.83 1.45 1.28 1.45 1.45
log(Fe203o6n, / 0.06 -0.65 -0.87 -0.63 -0.11
K20)
Fl -3.22 -2.97 -2.90 -3.03 -3.26
F2 -2.27 -0.41 -0.57 -0.93 -2.01
CIA 46 54 60 54 56
CIW 59 66 73 66 74
ICV 2.01 1.023 1.02 1.03 1.24
Fe/Mn 40 121 116 121 192
K20/A1203 0.45 0.30 0.27 0.30 0.40
Примечание: обр. 834, ОМ9-16 и ОМЮд-16 - классический химический, OMlOe-16. OMlOe-16 -рентгено-флуоресцентньш (РФА) анализы.
Fl =0.303-0.447si02-0.972 ТЮ2+0.008Al203-2.67 Fe203+0.208 FeO-3. OS2MnO +0.14MgO+0.195ca0+0.719Na2 O— 0.032K20+7.51P205;
F2=43.5 7-0.421Si02+1.988Ti02-0.526Al203-0.551Fe2O3-1.61FeO+2.72MnO+ 0.881 MgO -0.907ca0-0.177Na20-1.84K20+7.244P205. F3 =30.638ТЮ 2/A l203-
12.54Fe20 ¡^щ/А120 ¡ + 7.329Mg0/Al20 ¡+12. ОЗШаО/ Al20 3 +35.402К20/А1203-6.382;
F4= 56.5ТЮ2/А1203-10.897Fe203o6m /А120+30.875 Mg0/Al203-5.404 Na20/Al203+11.112 K20/Al203-3.89. M=A1203+Ti02+Fe203 +FeO+MnO)/SiO2; HKM=N20+K20/A1203
0.4 -
03 ■
5
oí -0.1.
o •
o 1.0 2.0 3.0 jo 5.0
NílXHK.O
0,5 ■ 0,4 . 0.1 .
£
0,2 . 0.1 . 0 .
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0.5 0,6 0,7 HKM
Рис. 3. Модульные диаграммы: a -Na20+K20; б -ГМ-НКМ (поЮдович, Кетрис, 2000)
CIA
100'
80 60 40 20
Рис. 4. Положение фигуративных точек песчаников на диаграмме ICV-CIA (по Nesbitt, Young, 1982)
Относительно высокие значения отношения К20/А120з (Сох, Lowe, 1995) 0.27-0.45 (табл. 2), отражающего степень переработки материала в области размыва, указывают на слабое изменение процессами химического выветривания размываемых пород.
Для установления связи между химическим составом метапесчаников и обстанов-
ками осадконакопления использовано три дискриминационных диаграммы, при построении которых учитывается максимальное количество оксидов и их отношений. На всех диаграммах фигуративные точки составов попали в поля пассивных континентальных окраин (рис. 5).
Таблица 2. Содержание редких и редкоземельных элементов в породах, г/т
Элемент OM9- 16 ОМЮд- 16 834
Sc 2.03 1.88 0
V 5.99 <2.5 5.64
Cr 80.6 7.28 22.1
Со 2.18 1.07 4.2
Ni 9.19 6.48 29.4
Cu 47.5 29.9 30.3
Zn 34.2 22.7 51.3
Ga 3.48 2.94 2.33
Rb 23.4 24.1 15
Sr 9.05 5.63 7.51
Y 9.76 8.43 10.1
Zr 76.8 81.7 124
Nb 2.18 44.6 14.5
Ba 105 73.4 42.5
La 10.3 10.8 8.66
Ce 22 23.4 19
Pr 2.56 2.81 2.24
Nd 10.2 11.3 9.24
Sm 2.02 2.67 3
Eu 0.41 0.69 0.73
Gd 1.97 2.37 2.45
Tb 0.32 0.34 0.32
Dy 1.78 1.65 1.86
Но 0.35 0.3 0.35
Er 0.91 0.86 0.99
Tm 0.13 0.13 0.14
Yb 0.85 0.88 1.03
Lu 0.12 0.15 0.14
Hf 2.12 2.07 3.17
Ta 0.16 0.13 0.21
Pb 4.5 5.76 41.1
Th 3.7 66.6 15.5
U 0.56 0.72 0.65
Содержание РЗЭ в метапесчаниках достаточно высокое - составляет (Е(ьа-ьи)г/т) ОМ9-
нормосналлиты
гшюеналлнш
мносвлнты
нормосвлнты
* " суперсИЛИ1Ы
16 (50), ОМЮд-16 (55), 834 (44). Спектры РЗЭ трех образцов песчаников однородны, характеризуются слабо выраженным европи-евым минимумом (рис. 6), Еи/Еи* ОМ9-16 (0.6), ОМЮд-16 (0.8), 834 (0.8), и заметным преобладанием легких редких земель над тяжелыми (Ьа/УЬ)п ОМ9-16 (8.2), ОМЮд-16 (8.3), 834 (5.7).
К20Ш20 (по Ma.yna.rd е1 а1, 1982); б - Р1-Р2 Опо ВИайа, 1983) в - БЮ2/А1203-К20Ш20 (по Ло^ег, КогисЪ, 1986)
Рис. 5. Положение фигуративных точек составов песчаников на диаграмме: А - 8г02/А1203-
Рис. 6. Спектры распределения РЗЭ метапесча-ников, нормализованные по С1
«Наследованный» тип спектров свидетельствует о присутствии в составе песчаников продуктов разрушения неизмененных выветриванием кислых магматических пород и/или кислой вулканокластики.
Повышенная концентрация ТЬ, возможно, обусловлена присутствием ТЪ-монацита, вероятно, еще в исходных песчаниках, что может быть вызвано спецификой состава размываемых кислых пород. Повышенное содержание РЬ может быть связано с присутствием сульфидов свинца.
Основным источником обломочного материала в полевошпат-кварцевых метапесча-никах светлинской свиты, развитых в пределах Октябрьского рудного поля, были ме-таосадочные и, в меньшей степени, кислые магматические породы, в том числе измененные в коре выветривания. Образование метапсаммитов проходило в относительно стабильных тектонических условиях пассивной континентальной окраины.
Исследования выполняются в рамках госзадания № ГР АААА-А17-1171212 70035-0.
Библиографический список
Брусницына Е.А., Ершова В.Б., Худолей А.К., Андресен Т. Результаты исследований и-РЬ возраста обломочных цирконов из средне-позднерифейских отложений Четласского Камня (Тиманской гряды) // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: матер. 28-й научной конференции. Сыктывкар: Геопринт, 2019.С. 7-11.
Петтиджон Ф., Поттер П., Сивер Р. Пески и песчаники. М.: Мир, 1976. 536 с.
Розен О. М., Журавлев Д. 3., Ляпунов С. М. Геохимические исследования осадочных отложений Тимано-Печерской провинции // Разведка и охрана недр. 1994. № 1. С. 18-21.
Удоратина О. В., Бурцев И. Н., Никулова Н. Ю., Хубанов В. Б. Возраст метапесчаников верх-недокембрийской четласской серии Среднего Тимана на основании U-Pb датирования детрит-ных цирконов // Бюл. моек, испытателей природы. Отд. геол. 2017. Вып. 5. С. 15-32.
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литохи-мии. СПб.: Наука, 2000. 479 с.
Bhatia M.R. Plate tectonics and geochemic composition of sandstones // J. Geol. 1983. Vol. 91. P. 611-627.
Bhatia M.R., Crook K.A.W. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins // Contrib. Mineral. Petrol. 1986. Vol. 92. P. 181-193.
Condie K.C. Chemical composition and evolution of upper crust: contrasting results from surface samples and shales // Chem. Geol. 1993. Vol. 92. P. 256-267.
Cox R., Lowe D. R. Controls of sediment composition on a regional scale: a conceptual review // J. Sed. Res. 1995. Vol. 65. P. 1-12.
Harnois L. The CIW index: a new chemical index of weathering // Sed. Geol. 1988. Vol. 55, No. 3/4. P. 319-322.
Herron M. M. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log date // J. Sed. Petrol. 1988. Vol. 58. P. 820-829.
Lee Y. I. Provenance derived from the geochemistry of late Paleozoic-early Mesozoic mudrocks of the Pyeongann Supergroup, Korea // Sedimentary Geology. 2002. Vol. 149. P. 219-235.
Maynard J. B., Valloni R., Yu H.-Sh. Composition of modern deep-sea sands from arc-related basins // Geol. Soc. Spec. Pubis. L., 1982. Vol. 10. P. 551-561.
Middleton G.V. Chemical composition of sandstones // Geol. Soc. Amer. Bull. 1960. Vol. 71. P. 1011-1026.
Nesbitt H. W., Young G. M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature. 1982. Vol. 299. P. 715-717.
Roser B.P., Korsch R.J. Determination of tectonic setting of sandstone mudstone suites using Si02 content and K20/Na20 ratio // J. Geol. 1986. Vol. 94, N5. P. 635-650.
Characteristics of the Meta Sandstones of the Svetlin-skaya Suite, a Substrate of Alkaline Ore Metasomatites (Oktyabrskoe Ore Field, Middle Timan)
O.V. Udoratinaa b, N.Yu. Nikulovaa, I.A. Gubarevc
"Institute of Geology FRC Komi SC UB RAS
54 Pervomaiskaya Str., Syktyvkar 167982, Russia. E-mail: udoratina@geo.komisc.ru
bTomsk State University
36 Lenina Str., Tomsk 634050, Russia
°Kazan Federal University
Institute of Geology and Petroleum Technology
4/5 Kremlevskaya Str., Kazan 420008, Russia. E-mail: i.gubarev2014@yandex.ru
The paper considers the characteristics of the meta sandstones of the Svetlinskaya Suite developed within the Oktyabrskoe ore field at the Chetlas Stone (Middle Timan) and serving as a substrate for ore alkaline metasomatites. The main source of detrital material for fine-grained feldspar-quartz metasandstones during their formation were the meta-sedimentary and, to a lesser extent, acidic igneous rocks, including those altered in the weathering crust. The formation of metapsammites took place under relatively stable tectonic conditions of the passive continental margin.
Key words: metasandstones; passive continental margin; Octyabrskoe ore field; Middle Timan.
References
Brusnitsyna Ye.A., Yershova V.B., Khudoley A.K., Andresen T. 2019. Rezultaty issledovaniy U-
Pb vozrasta oblomochnykh tsirkonov iz sredne-pozdnerifeyskikh otlozheniy Chetlasskogo Kamnya (Timanskoy gryady) [Research results of U-Pb age of detrital zircons from the Middle-Late Riphean deposits of the Chetlas Stone (Timan ridge)]. In: Structure, substance, history of the lithosphere of the Timan-North Ural segment: Materials of the 28th scientific conference. Syktyvkar, Geoprint, pp. 7-11. (in Russian)
Pettijohn F.J., Potter P.E., Siever R. 1987. Sands and Sandstones. Springer-Verlag New York, p. 553. doi: 10.1007/978-1-4612-1066-5
Rozen O.M., Zhuravlev D.Z., Lyapunov S.M. 1994. Geokhimicheskiye issledovaniya osadochnykh otlozheniy Timano-Pecherskoy provintsii [Geo-chemical studies of sedimentary deposits of the Timan-Pecherskaya Province]. Razvedka i okhrana nedr. 1:18-21. (in Russian)
Udoratina O.V., Burtsev I.N., Nikulova N.Yu., Khubanov V.B. 2017. Vozrast metapeschanikov verkhnedokembriyskoy chetlasskoy serii Srednego Timana na osnovanii U-Pb datirovaniya detritnykh tsirkonov [Age of meta sandstones of the Upper Pre-cambrian Chetlas series of Middle Timan based on U-Pb dating of detrital zircons]. Byull. Mosk. Ispytateley prirody. Ser. geol. 5:15-32. (in Russian)
Yudovich Ya.E., Ketris M.P. 2000. Osnovy lito-khimii (Fundamentals of lithochemistry). Nauka, SPb, p. 479. (in Russian)
Bhatia, M. 1983. Plate Tectonics and Geochemi-cal Composition of Sandstones. The Journal of Geology. 91:611-627. doi: 10.1086/628815
Bhatia M.R., Crook K.A.W. 1986. Trace element characteristics of graywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. Contrib. Mineral. Petrol. 92:181-193.
Condie K.C. 1993. Chemical composition and evolution of upper crust: contrasting results from surface samples and shales. Chem. Geol. 92:256267.
Cox R., Lowe D.R. 1995. Controls of sediment composition on a regional scale: a conceptual review. J. Sed. Res. 65:1-12.
Harnois L. 1988. The CIW index: a new chemical index of weathering. Sed. Geol. 55(3/4):319— 322.
Herron MM 1988. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log date. J. Sed. Petrol. 58:820-829.
Lee Y.I. 2002. Provenance derived from the geochemistry of late Paleozoic-early Mesozoic mudrocks of the Pyeongann Supergroup, Korea. Sedimentary Geology. 149:219-235.
Maynard J.B., Valloni R, Yu H.-Sh. 1982. Composition of modern deep-sea sands from arc-related basins. Geol. Soc. Spec. Pubis. L., 10:551-561.
Middleton G.V. 1960. Chemical composition of sandstones. Geol. Soc. Amer. Bull. 71:1011-1026.
Nesbitt H.W., Young G.M. 1982. Early Protero-zoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature. 299:715-717.
Roser B.P., Korsch R.J. 1986. Determination of tectonic setting of sandstone mudstone suites using Si02 content and K20/Na20 ratio. J. Geol. 94(5):635-650.
