CC BY
52
УДК 551.312.46+552.143+552.53(285)
Серебренникова Наталья Васильевна
Serebrennikova Natalya
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И ГЕНЕЗИС ОСАДКОВ ДОРОНИНСКОГО СОДОВОГО ОЗЕРА
MINERAL COMPOSITION AND GENESIS OF SEDIMENT OF THE SODA LAKE DORONINSKOYE
В статье приводятся новые данные по лито- The article contains new data on lithologic and min-логическому и минеральному составу осадков До- eral composition of sediment of the soda lake Doronin-
ронинского содового озера. Рассматриваются skoye. The questions of formation, peculiarities of dis-
вопросы формирования, особенностей распреде- tribution and bond with petrographic composition of
ления и связи с петрографическим составом пи- feed province of terrigenous and authigenic sediments
тающей провинции терригенных и аутигенных constituents are studied
компонентов осадка
Ключевые слова: минеральный состав, генезис осад- Key words: mineral composition, genesis of sediment ков
Озеро Доронинское является наиболее крупным в Восточном Забайкалье. В научном сообществе оно широко известно как эталон содового минералообразо-вания. Месторождение самоосадочной соды озера эксплуатировалось до середины прошлого века. В 1983 г. ему присвоен статус памятника природы регионального значения. К настоящему времени рядом исследователей изучен химический состав вод и солевых образований озера (С.Д. Кузнецов, 1905 г. и др.). Исследованы морфология озерной котловины, геолого-структурные факторы размещения водоема (И.Н. Гладцин, 1931 г. и др.). Рассмотрены вопросы годичных и многолетних колебаний гидрологического режима и условий его водно-солевого питания (А.В. Иванов, 1982 г. и др.). В результате выявлены уникальные гидрохимические особенности водоема, определяющие формирование комплекса соляных и парагенных минералов.
Тем не менее, процессы и продукты
осадкообразования озера изучены недостаточно. Практически отсутствуют данные по минеральному и элементному составу донных отложений, их фациальной зональности. Не нашли исчерпывающего решения проблемы источников солей, в частности, не раскрыта роль терригенного материала озерной котловины в процессе содообразования. Не полно рассмотрены вопросы формирования и преобразования аутигенных минералов. В настоящее время в связи с предполагаемым возобновлением добычи соды поднимается вопрос о снятии с озера статуса памятника природы. Для рационального решения экологоэкономических проблем его освоения представляется важным понимание процессов и условий формирования озерных отложений, в том числе имеющих промышленное значение. В предлагаемой работе приведены новые данные по литологическому, минеральному и химическому составу осадков, определена специфика их пространственного распределе-
ния, связь с петрографическим составом пород питающей провинции.
Рис. 1. Месторасположение Доронинского содового озера
Озеро расположено в среднем течении р. Ингода, между хребтами Яблоновый и Черского (рис. 1). Площадь зеркала воды около 5 км2, максимальная глубина до 7 м. Относится к классу типично содовых водоемов со средней степенью минерализации (20...30 г/л). Преобладающими солями являются бикарбонат, карбонат и хлорид натрия. Иловые осадки озера средней мощностью 4.6 м относятся к классу сульфидных грязей [4]. В районе озера широко проявлен грязевой вулканизм и мерзлотно- геологические процессы.
Работа написана по результатам аналитических исследований 18 колонок керна донных отложений мощностью до 90 см. Пробы отобраны металлопластиковой трубкой длиной 125 см, внутренним диаметром 68 мм. Большая их часть входит в состав трех профильных линий, направленных перпендикулярно береговой линии до границы грязи. Для характеристики иловых отложений отобрано пять коло-
нок в центре озерной котловины. Полученные колонки разделены на горизонты: верхний, обводненный - 3.5 см, далее по 5 см, последний по остатку. Исследован материал грязевых вулканчиков, гуджира, известковых образований и кристаллов гейлюссита.
Гранулометрический анализ выполнен автором в лаборатории минералогии и геохимии ландшафта ЗабГГПУ по стандартной методике сухим просеиванием [3]. Изучение вещественного состава отложений проводилось в Аналитическом центре ИЗК СО РАН, г. Иркутск. Минеральный состав обломочных осадков изучался во фракциях 0,25.0,05 мм, аналитик И.А. Калашникова. Фазовый состав глин и аутигенных образований определен рентгеноструктурным методом на аппарате ДРОН-3,0; излучение - Сика, Ni - фильтр, V = 25 kV, I = 20 mA, интервал 20, аналитик Т.С. Филева. Химический состав определялся рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре PIONEER фирмы Bruker AXS, метрологические характеристики приведены в работе [2], аналитик Е.В. Худоногова.
В результате исследований установлено, что донные отложения оз. Доронинское до глубин 4.4,5 м сложены преимущественно тонко-мелкозернистым песком разной степени сортированности. Глубже распространены алевриты и глины, последние доминируют в осадке с глубин более 5 м. Грязевулканические отложения представлены тонкопелито-вым материалом с малой примесью песчаных и алевритовых частиц.
Обломочные отложения, в соответствии с классификацией осадочных пород [5], относятся к мезомиктовым Na-К-содержащим полевошпатово-кварцевым пескам (рис. 2, а). Кварц присутствует в количестве 14.57 %, максимумы его содержаний приходятся на хорошо сортированный материал береговых песчаных гряд. Доминируют прозрачные угловатые и угловато-окатанные обломки, в нижних частях разрезов отмечаются редкие, хорошо окатанные разности.
Рис. 2. Минеральный состав обломочных классов осадка.
Линией показано среднее содержание тяжелой фракции:
а: 1 - кварц, 2 - плагиоклаз, 3 - калиевый полевой шпат, 4 - обломки пород, 5 - новообразованные агрегаты, 6 - биотит, 7 - углефицированные растительные остатки, 8 - углистый материал;
б: 1 - роговая обманка, 2 - титанит, 3 - ильменит, 4 - эпидот, 5 - циркон, 6 - гранат, 7 - лей-коксен, 8 - диопсид, 9 - магнетит, 10 - прочие (рутил, брукит, тремолит, турмалин, ставролит, гетит, гиперстен)
Полевые шпаты в сумме составляют 11.44 %, максимальные их содержания характерны для отложений берегового склона. Калиевые полевые шпаты, в общем, преобладают, но с уменьшением сортированности осадка повышается доля плагиоклаза и возрастает суммарное содержание полевых шпатов. Выделяются две генерации калиевых полевых шпатов:
1) прозрачные остроугольные;
2) угловатые обломки и непрозрачные окатанные пелитизированные зерна.
Последние более распространены в нижних частях разрезов, коррелируя с окатанными зернами кварца. Калиевые полевые шпаты на основании повсеместно высокой корреляции содержаний Б1, К и Ва (0,68.1,00) при отсутствии собственных минералов бария относятся к Ва-содержащим. Плагиоклаз представлен бесцветно-серыми, бесцветными прозрачными и полупрозрачными угловатыми, угловато-окатанными обломками. Согласно рентгенометрическим данным, в фазовом составе плагиоклаза отмечается низкий альбит с дефектной структурой и олигоклаз. Обломки
пород содержатся в пределах 1,5.6 %, представлены они плохо окатанными зернами кварцитов и кварц-полевошпатовых вростков.
Выход тяжелой фракции отложений составил 0,2.11 %. Резкий максимум связан с повышением содержаний ильменита и циркона в горизонте 8.18 см пляжевой зоны юговосточного побережья (рис. 2). Величина отношения содержаний ильменита к циркону колеблется 35.1, уменьшаясь с увеличением общего количества тяжелых минералов. Стабильные берега южных участков озерной котловины благоприятны для глубокой переработки, сортировки обломочного материала и формированию циркон-ильменитовых россыпных горизонтов. Для отложений этих горизонтов наблюдается повышение естественной радиоактивности до 450.500 Бк/кг при среднем значении 274 Бк/кг, обусловленное, вероятно, присутствием радиоактивной разновидности циркона.
Для минералов тяжелой фракции в целом характерна ассоциация (х, %) зеленая роговая обманка (26,6) - титанит (20,7) - ильменит (17,7) - эпидот (16,9). В значительном
количестве содержатся циркон (5,72), гранат (3,55) и лейкоксен (3,25), в заметном - диопсид (2,32) и магнетит (1,39). В пределах 1 % присутствуют гиперстен, турмалин, гетит, брукит и рутил. Минералы тяжелой фракции имеют среднюю степень окатанности. Гранат, циркон и брукит, в основном, остроугольные; титанит, эпидот, диопсид, магнетит, лейкоксен, рутил, турмалин - остроугольные, угловатые и полу-окатанные, окатанные; роговая обманка, ильменит, гиперстен и гетит, в основном, совершенно окатанные, окатанные и полуокатан-ные.
Отношение суммы устойчивых минералов к сумме неустойчивых изменяется от 0,7 до 3,6, это свидетельствует о незначительном расстоянии переноса обломочного материала и невысокой степени его зрелости. Стабильно высокие содержания роговой обманки связаны с повсеместным ее распространением в коренных породах обрамления. Ильменит, титанит и циркон, в том числе радиоактивный, являются типичными акцессорными минералами раннетриасовых субвулканических пород, развитых в районе озера [1].
Количество слабо измененных обломочных слюд и хлорита не превышает 1,5 %, большая их часть находится в глинистослюдистых агрегатах, которые часто содержат включения углистого вещества. В отложениях глубже 4,5 м они содержатся в количестве от 72 % и выше. В соответствии с [5], глинистые отложения классифицированы как крупно-среднепелитовые агрегиты. Сложены они преимущественно гидрослюдой (часто смешаннослойной - со смектитовыми пакетами), каолинитом и тонкодисперсным структурно несо-
вершенным смектитом. В нижних горизонтах донных отложений возрастает структурная упорядоченность пелитов: снижается гало, увеличивается выраженность базальных отложений и интенсивность пиков. В составе глинистых отложений, пространственно связанных с известковыми образованиями, повсеместно преобладает Мд2+-смектит. В составе глин грязевулканических образований доминируют смектиты, в существенных количествах содержится гидрослюда с разбухающими смектитовыми пакетами, отмечаются следы каолинита и смешанослойного хлорит-
смектитового минерала. На восточном побережье грязевулканический материал сложен гидрослюдой и каолинитом, с малой примесью смешаннослойных минералов.
К аутигенным озерным отложениям традиционно относят минералы гуджира - солевых образований на поверхности ледяного покрова озера, являющихся основным предметом промышленного и научного интереса. Большинством исследователей принимается галитно-содовый его состав. Поскольку специальных минералогических исследований гуд-жирных солей до сих пор не проводилось, содержание минеральных фаз гуджира является расчетным и требует фактического уточнения. Рентгеноструктурным анализом установлено, что основными минералами выветрелого гуджира являются термонатрит №(003)^0, трона Ма3(С03)(И003)-2Н20 и галит ЫаО! (рис. 3).
К менее известным аутигенным озерным образованиям относятся травертиновые известняки, продукты их механического и биохимического разрушения, кальцитовые агрегаты донных отложений и гейлюссит.
Рис. 3. Дифрактограмма и общий вид гуджира
К менее известным аутигенным озерным образованиям относятся травертиновые известняки, продукты их механического и биохимического разрушения, кальцитовые агрегаты донных отложений и гейлюссит.
Травертин представляет собой кристал-лически-зернистую известковую породу. Встречается в виде крупных глыб вдоль северо-восточного побережья, слагает северную береговую линию длиной около 200 м. К продуктам его механического разрушения относится гравийно-галечный и щебнисто-дресвяный известковый материал прибойной зоны северного участка. Вдоль северо-западного побережья образуются вторичные биохемо-генные карбонаты. Изучение шлифов под микроскопом показало, что травертин имеет крупнокристаллическую структуру с размерами кристаллов до 2,0 мм. Встречаются радиальнолучистые, концентрически-скорлу-поватые и сферолитоподобные агрегаты. Содержится незначительное количество углистого вещества. На стенках полостей в кальците располагаются гидроокислы железа и незначительное количество глинистого вещества. Обломочный
травертин представляет собой кристалличе-ски-зернистый известняк с размерами зерен до 0,1 мм. Согласно полученным рентгенометрическим данным, глыбовый и обломочный травертин состоит преимущественно из кальцита, в качестве примесных минералов отмечены сода, галит, минерал ряда доломит-анкерит, кварц, полевой шпат, глинистые минералы (рис. 4). Основу минерального состава биохе-могенного известняка составляет магнезиальный кальцит (Сао,9Мдо,1)СОз.
Кальцитовые агрегаты распространены в дельтовых отложениях руч. Калитиха, на глубине 4,5 м. Характерно изменение их состава и структуры вдоль мощности керна. В поверхностном (0.5 см) слое осадка обильны хрупкие, легко разрушающиеся мелкокристаллические сростки кристаллов кальцита землисто-желтого цвета. Глубже (5.14 см) встречаются мягкие тонкокристаллические агрегаты землисто-серого цвета, состоящие преимущественно из магнезиального кальцита, с незначительной примесью обломков кварца и полевых шпатов.
Рис. 4. Дифрактограмма и общий вид травертина
Отмечаются и уплотненные тонкокристаллические карбонатные образования, для структуры которых характерно наличие миндалин неправильно-линзовидной формы, сложенных более крупными белыми и желтоватыми зернами. В минеральном составе каль-цитовых агрегатов преобладают магнезиальный кальцит и кутногорит Са(Мп,Мд)(СОз)2. Встречается также тонкокристаллическая плотная темно-серая известковая порода с прослойками молочно-белых и светло-желтых средне-мелкозернистых кристаллов, состоящая из магнезиального кальцита с малой примесью минералов группы доломит-анкерит.
Исследованиями последних лет в озерных отложениях установлено образование
гейлюссита Иа2Са(СОз)2 5Н2О (рис. 5). Его кристаллы обнаружены в верхнем илистом слое осадка центральных участков озерной котловины. Условия и механизмы его образования освещены в отдельной работе.
Таким образом, образование донных отложений оз. Доронинское характеризуется преобладанием поступления терригенного материала, основными источниками которого являются поверхностный смыв с площади водосбора, грязевулканические процессы и абразия берегов. Отличительные особенности озерного седиментогенеза проявляются в формировании хемогенных и биохемогенных компонентов осадка.
Рис. 5. Дифрактограмма и общий вид гейлюссита
В составе песчаных отложений преобладают кварц, калиевые полевые шпаты и плагиоклаз (альбит-олигоклаз). Слабая ока-танность зерен, широкий спектр минералов тяжелой фракции, преобладание роговой обманки, существенные количества эпидота и других неустойчивых минералов свидетельствуют о незначительном расстоянии переноса обломочного материала. Степень зрелости осадка низкая, наибольшее гипергенное изменение характерно лишь для слюд. Соответственно песчаные отложения озерной котловины образованы слабоизмененным обломочным материалом исходных магматических и метаморфических пород, развитых в районе озера и не играют существенной роли в гидрохимической эволюции водоема. Распределение минералов обломочных фракций определяется действием гидрологических процессов и слабо зависит от химического режима озера. Литоди-
1. Геологическое строение Читинской области: объяснительная записка к геологической карте масштаба 1:500000 / Отв. ред. И.Г. Рут-штейн. - Чита, 1997. - 239 с.
2. Ревенко А.Г. Рентгеноспектральное флуоресцентное определение Мо, ЫЬ, 1г, У, Бг, №, и, 1Ь, РЬ в алюмосиликатных горных породах / А.Г. Ревенко, Е.В. Худоногова, Д.А. Будаев, ТЮ. Черкашина //Аналитика и контроль. - 2006. - Т. 10. - № 1. - С. 71-79.
3. Рухин Л.Б. Основы литологии / Л .Б. Ру-хин. - М.: Госоптехиздат, 1961. - 421 с.
4. Серебренникова Н.В. О некоторых осо-
Коротко об авторе_________________________________
Серебренникова Н.В., мл. научный сотрудник лаборато-рии минералогии и геохимии ландшафта, Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет им. Н.Г. Чернышевского (ЗабГГПУ) [email protected]
Научные интересы: литология, геохимия осадочных процессов, гипергенное минералообразование, геология осадочных бассейнов
намическая обстановка южных участков озерной котловины способствует образованию цир-кон-ильменитовых россыпных горизонтов.
Минеральный состав глин отличается большей зависимостью от гидрохимических параметров озера. Терригенные составляющие глинистых фракций подвергаются трансформации, отражающейся в несовершенстве их структурного строения и развитию смешаннослойных минералов. Определенная часть смектитовых минералов принимается нами в качестве аутигенных, образованных в щелочных условиях озерной котловины.
К хемогенным компонентам озерных отложений относятся трона, термонатрит, галит, травертиновые известняки и продукты их изменения, а также кальцитовые агрегаты и гей-люссит. Их формирование полностью определяется эволюцией гидрохимического режима озера.
________________________________Литература
бенностях состава и свойств иловых грязей озера Доронинское / Н.В. Серебренникова, Г.А. Юр-генсон, В.И. Флешлер // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды I Всероссийского симпозиума с международным участием и VII-х Всероссийских чтений памяти академика А.Е. Ферсмана. - Чита, 2006. - С. 159-163.
5. Шванов В.Н. Систематика и классификация осадочных пород и их аналогов / В.Н. Шванов, В.Г. Фролов, Э.Н. Сергеева и др. - СПб.: Недра, 1998. - 352 с.
_________________________Briefly about author
Serebrennikova N., junior research fellow of Mineralogy and Geochemistry of Landscape Laboratory, Tchernyshevsky Trans-Baikal State Teachers' Training University of Liberal Arts (TSTTULA)
Scientific interests: lithology, geochemistry of sedimentary processes, hypergene mineral generation, geology of sedimentation tanks
