CC BY
14
УДК 552.541:549.324.31:551.735(470.31)
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И ГЕНЕЗИС ЗОНЫ ПИРИТИЗАЦИИ ИЗВЕСТНЯКОВ СРЕДНЕГО КАРБОНА В ПАНЬШИНСКОМ КАРЬЕРЕ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Ю.В. Яшунский1, И.А. Новиков2
'Геологический институт РАН, Пыжевский пер. 7, Москва, 119017, Россия 2Научно-исследовательский институт глазных болезней, ул. Россолимо 11, Москва, 119021, Россия
Поступила в редакцию 20.12.19
Впервые приведено описание зоны пиритизации известняков песковской свиты мячковского горизонта московского яруса среднего карбона в Паньшинском карьере (Московская обл.), известного также как местонахождение Пески с фауной и флорой батского яруса средней юры. Формирование пирита связывается с существованием в этой местности в средней юре болот с обильным накоплением растительных остатков и проникновением восстановительных растворов в кровлю палеозойских пород.
Ключевые слова: известняки, пирит, средний карбон, среднеюрский карст, Пань-шинский карьер, Подмосковье.
Зона интенсивной пиритизации известняков среднего карбона впервые установлена на Паньшинском месторождении цементного сырья, расположенном в Коломенском районе Московской обл. (рис. 1) и известным также как местонахождение Пески с обильными остатками фауны и флоры, залегающими в карстовых воронках, заполненных песчано-глинистыми отложениями батского яруса средней юры (Алексеев и др., 2001).
Паньшинским карьером вскрыты известняки и доломиты коробчеевской, домодедовской и песков-ской свит мячковского горизонта московского яруса (Махлина и др., 2001; Кабанов и др., 2006). Зона пиритизации развита в кровле известняков песковской свиты, перекрытых морскими глинами верхнего келловея и нижнего оксфорда (Тесакова, 2014) мощностью до 5 м, и наиболее отчетливо выражена в север-восточной и западных участках карьера.
Несмотря на проведенные во второй половине прошлого и начале этого века масштабные лито-лого-фациальные, палеонтологические и стратиграфические работы в южной части Московской синеклизы, в литературе имеются крайне немногочисленные сведения о присутствии пирита в терригенных и карбонатных отложениях среднего и верхнего карбона. Так, например, пирит в виде тонкой вкрапленности отмечен в песках и песчаниках азовской свиты верейского яруса среднего карбона в южной части Окско-Цнинского вала, в доломитах подольского горизонта московского
яруса и в глинистых доломитах гжельского яруса в северной части Окско-Цнинского вала (Иванова, Хворова, 1955), а также в серых полевошпат-квар-цевых песках основания азовской свиты башкирского яруса среднего карбона в Калужской области (Махлина и др., 2001). В сводной работе о минералогии Подмосковья этот минерал не упоминается (Фекличев, 1998).
Хотя накопление и диагенетическое преобразование карбонатных и карбонатно-глинистых осадков в каменноугольном периоде происходили в морских условиях и в основном в восстановительной обстановке, благоприятной для формирования дисульфидной минерализации, многократные обмеления бассейна осадконакопления и осушения морского дна приводили к развитию внутри-формационных зон поверхностного окисления кислородсодержащими водами, уничтожавшими пирит (КаЬаиоу, 2003).
Однако проведенное нами в последние годы изучение аутигенной полевошпатовой минерализации показало (Яшунский и др., 2016, 2020), что на всех объектах в отложениях среднего и верхнего карбона, в породах любого фациального облика и литологического состава присутствуют псевдоморфозы гётита по пириту (рис. 1). Помимо этого, во многих случаях был установлен пирит и в неокис-ленном состоянии.
В Домодедовском карьере тонкокристаллический пирит содержится в туфогенном прослое
Рис. 1. Схема расположения объектов, где найден неокислен-
ный пирит в каменноугольных карбонатах: 1—3 — карьеры: 1 — Паньшинский, 2 — Домодедовский, 3 — Гжельский кирпичных глин; 4—6 — скважины: 4 — скв. МК-1 у станции метро Мякинино, 5 — скв. 1832 на просп. Акад. Сахарова, 6 — скв. 18 в Коломенском
серых монтмориллонитовых глин на границе подольского и мячковского горизонтов московского яруса (Яшунский и др., 2017). Одиночные кристаллы и кристаллические сростки пирита присутствуют в зеленовато-серых песчаниках щелковской свиты добрятинского горизонта гжельского яруса в Гжельском карьере кирпичных глин (Яшунский и др., 2018). Тонкокристаллический и фрамбоидаль-ный пирит содержится в известняках домодедовской свиты мячковского горизонта московского яруса, вскрытых скв. МК-1 у станции метро Мякинино (Красногорский р-он Московской обл.), и в доломитах дорогомиловского горизонта касимовского яруса в скв. 1832, пробуренной на просп. Акад. Сахарова в г. Москве. Такие же формы пирита обнаружены в известняках домодедовской свиты мячковского горизонта в керне скв. 18 на правом берегу р. Москвы в Коломенском, г. Москва. Во всех изученных пробах количество пирита, не затронутого окислением, исчезающе мало и составляет от единичных зерен до сотых весовых долей процента.
Наиболее детально зона пиритизации была изучена в северо-восточной части Паньшинского карьера. Здесь непосредственно под глинами верхнего келловея залегают (сверху вниз):
Слой 1. Известняки органогенно-детритовые тонкозернистые с большим количеством ходов сверлящих моллюсков. Известняки ржаво-бурые, окисленные, по простиранию местами переходят в
черные, интенсивно пиритизированные (рис. 2, а). Мощность 0—0,2 м.
Слой 2. Известняки органогенно-детритовые крупнозернистые криноидные черные, интенсивно пиритизированные. Местами известняки окислены и имеют ржаво-бурую окраску. Контакт с вышележащими мелкозернистыми известняками резкий (рис. 2, б, в). Мощность 0,2—0,5 м.
Слой 3. Известняки органогенно-детритовые среднезернистые светло-серые, слабо пиритизи-рованные (рис. 2, д). Мощность 0,3—0,5 м.
Слой 4. Переслаивание тонкозернистых зеленовато-серых слабоглинистых известняков и из-вестковистых зеленовато-серых глин. Слабая пиритизация в обеих разностях пород видна только в шлифах. Мощность 0,5 м.
Слой 5. Известняки органогенно-детритовые крупнозернистые светло-серые, слабо пиритизи-рованные (рис. 2, е). Мощность 0,2 м.
Слой 6. Переслаивание тонкозернистых зеленовато-серых слабоглинистых известняков и из-вестковистых зеленовато-серых глин. Слабая пиритизация в обеих разностях пород видна только в шлифах. Мощность 0,6 м.
Слой 7. Известняки органогенно-детритовые крупнозернистые белые. Пиритизация отсутствует. Мощность более 1 м.
Интенсивно пиритизированные известняки слоев 1 и 2 залегают в виде прослоев и линз и прослеживаются на расстоянии до 20—50 м. В них, а также в слое 3 пирит фиксируется макроскопически в виде мелкой (1—2 мм) вкрапленности, а также в виде сферических микроконкреций, частично или полностью псевдоморфно замещенных гётитом. В шлифах пирит представлен мелко- и тонкокристаллической вкрапленностью, а также сферическими фрамбоидальными агрегатами (рис. 3, а, б). Марказит встречен в единичных случаях. По результатам определений общей серы, выполненных методом атомно-эмиссионного анализа с индуктивно связанной плазмой по методике НСАМ № 3 с использованием спектрометра 0рИша-4300 БУ («Регкт-Б1тег», США) в Аналитическом отделе ФГБУ ВИМС, породы черного и темно-серого цвета содержат в среднем 3,2% дисульфида железа, светло-серого - 0,8%, ржаво-бурого - 0,3%. В белых известняках слоя 7 сера не обнаружена.
Важно отметить, что в известняках слоев 1 и 2, частично 3 крайне интенсивно проявлена регенерация монокристаллических обломков морских ежей и морских лилий в виде кайм новообразованного кальцита, формирующего контактный цемент, который придает породам чрезвычайную прочность.
В породах слоев 3-6 пирит образует тонкую вкрапленность (рис. 2, е), частично замещая органогенный карбонатный детрит, преимущественно
Рис. 2. Внешний вид пиритизированных известняков: а — тонкозернистые пиритизированные известняки с ходами сверлящих моллюсков, слой 1; б, в — резкий контакт окисленных ржаво-бурых известняков слоя 1 и интенсивно пиритизированных крупнозернистых известняков слоя 2; г — микроконкреции пирита, замещенные гётитом, слой 1; д — тонкокристаллический пирит по плоскостям напластования и трещинами, кровля светло-серых известняков слоя 3; е — тонкокристаллический пирит в светлосерых известняках слоя 5. Длина всех масштабных линеек 1 см
криноидный, реже — обломки створок брахиопод. Местами вкрапленность располагается по плоскостям напластования пород и выполняет вертикальные трещины (рис. 2, д).
Такой же характер пиритизации наблюдается в тонкозернистых известняках слоя 1, с той лишь разницей, что пиритизация в них проявлена чрезвычайно интенсивно (рис. 1, а).
Тонкозернистые ржаво-бурые известняки слоя 1 и участки крупнозернистых известняков слоя 2, имеющие такую же интенсивную ржаво-бурую окраску, окислены. Пирит, замещавший органогенный детрит, замещен в свою очередь гётитом, и, в виде реликтов, сохранился лишь в наименее проницаемых компонентах пород, например, в агрегатах халцедона, заключенных в криноидных фрагментах (рис. 3, в, г).
В некоторых образцах крупнозернистых ржаво-бурых известняков слоя 2 установлена вторая генерация пирита в виде тонких налетов на поверхности идиоморфных регенерационных кайм кальцита, нарастающих на обломки скелетов морских лилий и морских ежей (рис. 3, д—з). Из тех же ржаво-бурых известняков слоя 2 имеются пробы, где гётитом замещен и пирит второй генерации.
В результате стадиального анализа последовательности минералообразования в изученной части разреза удалось выделить, пока достаточно условно, несколько зон эпигенетических изменений восстановительной и окислительной направленности. Поскольку пиритизированные породы залегают в кровле верхнего уступа карьера, доступ к которому технически затруднен, выделенные зоны не удалось надежно проследить, поэтому их описание составлено по единичным образцам.
Зона первичной сульфидизации с формированием пирита первой генерации захватывает 2,5—3 м кровли карбонатных и карбонатно-глинистых отложений песковской свиты. Наиболее интенсивно пиритизация проявлена в слоях 1 и 2, постепенно убывая к подошве слоя 6. Вероятно, в это же время происходило образование регенерационных кайм кальцита на обломках криноидного детрита.
Зона первого окисления частично затронула крупнозернистые известняки слоя 2, что привело к практически полному замещению гётитом пирита первой генерации.
Зона повторной сульфидизации фрагментарно развивалась по крупнозернистым известнякам слоя 2 с образованием пирита второй генерации на регенерационных каймах кальцита вокруг обломков криноидного детрита.
Зона повторного окисления фрагментарно захватила участки первичной и повторной сульфи-дизаци в известняках слоя 1 и 2.
При разработке Паньшинского месторождения в известняках песковской толщи были вскрыты
пять карстовых воронок, заполненных песчано-глинистыми отложениями бат-байосского времени средней юры, содержащими остатки рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих, а также семена, фрагменты листьев и древесину папоротников и голосеменных растений (Алексеев и др., 2001; Оогёепко, 2008; Стародубцева и др., 2018). Эти находки свидетельствуют о том, что климат в средней юре на этой территории был теплым, субтропическим. Наличие годовых колец прироста в древесных остатках, а также фрагментов листьев сезонно листопадных растений указывает на сезонность климата, однако анализ ширины годовых колец свидетельствует, что сезонность была вызвана не похолоданиями, а периодами засухи (Сенников и др., 2005). Эти условия были благоприятны для формирования карстовых впадин и заболоченных водоемов в них с обильным накоплением растительных остатков в пониженных участках палеозойского палеорельефа. И действительно, в северной части карьера около 20 лет назад были вскрыты довольно глубокие (до 8 м) карстовые воронки и подземные полости, заполненные черными и голубовато-зелеными глинами кудиновской свиты.
В результате окисления растительных остатков седементогенные воды таких палеоболот были ультракислыми и резко восстановительными с высоким содержанием растворенного двухвалентного железа, извлекаемого из терригенного материала, снесенного с прилегающих возвышенностей, и серы как результата бактериальной сульфат-редукции (Новиков, 2011). Проникая в подстилающие известняки, эти растворы вызывали перераспределение (регенерацию) кальцита, а их нейтрализация приводила к осаждению пирита. В периоды засух и исчезновения болот в пиритизированные породы могли проникать кислородсодержащие воды, приводившие к окислению, а сменяющие их периоды влажного климата — вновь к заболачиванию территории и возникновению новых генераций пирита.
В настоящее время в ближайшем Подмосковье интенсивно пиритизированные известняки в кровле каменноугольных отложений различных стратиграфических подразделений этого периода достоверно установлены только в Паньшинском карьере. Это связано, возможно, с тем, что на большинстве карьеров для уменьшения объемов вскрыши и затрат на водоотлив отрабатываются гипсометрические выступы доюрского палеоре-льефа, на которых в средней юре болота отсутствовали. Вполне вероятно, что подобные зоны эпи-генетичекой дисульфидной минерализации могут присутствовать в кровле пород карбона на локальных участках понижений палеорельефа, где бат-байосские болота существовали долговременно.
Рис. 3. Микрофотографии шлифов: а — тонкокристаллический пирит; б — фрамбоидальный пирит; в—г — крупнозернитсые известняки слоя 2 из зоны первого окисления; д—з — крупнозернистые известняки слоя 2 из зоны повторной сульфидизации (а, б — СЭМ, изображения в обратно рассеянных электронах; в, д, ж — проходящий свет, без анализатора; г, е, з — отраженный свет, без анализатора). 1 — регенерационные каймы кальцита на криноидном детрите; 2 — карбонатный детрит с псевдоморфозами гётита по пириту; 3 — пирит; 4 — кальцит порового цемента; 5 — халцедон с реликтами пирита
ЛИТЕРАТУРА
Алексеев А.С., Агаджанян А.К., Арешин А.В. и др. Открытие уникального местонахождения среднеюрской фауны и флоры в Подмосковье // Докл. АН. 2001. Т. 377, № 3. С. 359-362.
Иванова Е.А., Хворова И.В. Стратиграфия среднего и верхнего карбона западной части Московской сине-клизы // Тр. Палеонтол. ин-та АН СССР. 1955. Т. 53. М.: Изд-во АН СССР, 282 с.
Кабанов П.Б., Алексеев А.С., Баранова Д.В. и др. Изменения ориктоценозов в одной эвстатической циклотеме: домодедовская свита песковских разрезов (карбон, московский ярус) // Палеонтол. журн. 2006. № 4. С. 3-19.
Махлина М.Х., Алексеев А.С., Горева Н.В. и др. Средний карбон Московской синеклизы (южная часть). Т. 1. Стратиграфия. М.: Палеонтол. ин-т РАН, 2001. 244 с.
Новиков И.А. Батские коры выветривания Московской области. М.: Реальное Время, 2011. 56 с.
Сенников А.Г., Алифанов В.Р., Ефимов М.Б. Новые данные о геологическом строении и фауне позвоночных среднеюрского местонахождения Пески (Московская область) // Мат-лы Первого всерос. совещ. «Юрская система России: проблемы стратиграфии и палеогеографии» / Ред. В.А. Захаров и др. М.: ГИН РАН, 2005. С. 236-238.
Стародубцева И.А., Сенников А.Г., Сорока И.Л. и др. Геологическая история Подмосковья в коллекциях естественнонаучных музеев Российской академии наук. М.: Наука, 2018. 229 с.
Тесакова Е.М. Юрские остракоды Русской плиты: стратиграфическое значение, палеоэкология и палео-
география // Автореф. дисс. ... докт. геол.-минерал. наук. М.: МГУ, 2014. 48 с.
Фекличев В.Г. Минералогическое разнообразие Подмосковья // Среди минералов. Альманах / Ред. А. А. Евсеев. М.: Минерал. музей им. А.Е. Ферсмана, 1998. С. 103-112.
Яшунский Ю.В., НовиковИ.А., Гришин С.В. и др. Замещение карбонатного органогенного детрита калиевым полевым шпатом // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2017. Т. 92, вып. 2. С. 58-64.
Яшунский Ю.В., Новиков И.А., Федоров А.В. и др. Новые находки аутигенного санидина в терригенных и карбонатных породах гжельского яруса Подмосковья // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2018. Т. 93, вып. 3. С. 73-80.
Яшунский Ю.В., Новиков И.А., Шкурский Б.Б. и др. Аутигенный калиевый полевой шпат из известняков верхнего карбона Московской области // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2016. Т. 91, вып. 6. С. 49-61.
Яшунский Ю.В., Новикова С.А., Голубев В.К. и др. Ау-тигенный санидин как минеральный индикатор гравитационно-рассольного катагенеза в отложениях карбона южного крыла Московской синеклизы // Литол. и по-лезн. ископаемые. 2020. № 3. С. 227-242.
Gordenko N.V. Middle Jurassic flora of the Peski locality (Moscow Region): systematics, paleoecology and phytogeog-raphy // Paleontol. J. 2008. Vol. 42, N 12. P. 1285-1382.
Kabanov P.B. The Upper Moscovian and basal Kasim-ovian (Pennsylvanian) of central European Russia: Facies, subaerial exposures and depositional model // Facies. 2003. Vol. 49. P. 243-270.
Сведения об авторах: Яшунский Юрий Владимирович — канд. геол.-минерал. наук, ст. науч. сотр. лаборатории геологии складчатых поясов отдела тектоники ГИН РАН, e-mail: yryashunsky@gmail.com; Новиков Иван Александрович — ст. науч. сотр. лаборатории фундаментальных исследований НИИГБ, e-mail: i.novikov@niigb.ru
MINERAL COMPOSITION AND GENESIS OF PYRITIZATION ZONE IN MIDDLE CARBONIFEROUS LIMESTONE IN PANSHINO QUARRY, MOSCOW REGION
Yu.V. Yashunsky1, I.A. Novikov2
'Geological Institute, Russian Academy of Sciences, Pyzhevsky 7, 119017, Moscow, Russia 2Research Institute of Ocular Diseases, Rossolimo 11, Moscow, 119021, Russia
Received 20.12.19
A first description is given to the zone of limestone pyritization in Peski Formation, Mya-chkovian Regional Substage, Moscovian Stage, Pennsylvanian, in Panshino Quarry (Moscow Region), also known as the Peski Quarry, with fresh-water fauna and flora of the Bathonian age, Middle Jurassic. The formation of pyrite is associated with bogs, which existed in this area during Middle Jurassic, with abundant accumulations of plant residues and penetration of reduction solutions into the top of carbonate Pennsylvanian marine rocks.
Key words: limestone, pyrite, Pennsylvanian, Panshino Quarry, Moscow Region, Russia.
