CC BY
233
УДК 553.611.6
ОСОБЕННОСТИ ГЕНЕЗИСА ТАГАНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ БЕНТОНИТОВ В ЗАЙСАНСКОЙ ВПАДИНЕ
Е.М. Сапаргалиев, М.М. Кравченко
Алтайский отдел Института геологических наук им. К.И. Сатпаева
ул. Либкнехта, 21, 492024 г. Усть-Каменогорск, Казахстан
Установлено, что уникальные по своим свойствам бентониты Таганского месторождения, расположенного в Зайсанской впадине, образовались в результате воздействия на первичные осадочные бентонитоподобные глины последующих гипергенных процессов.
В последние годы в связи с бурным развитием добычи нефти и газа, для проходки скважин требуются качественные буровые растворы на основе бентонитовых порошков. Особенно востребованы они при разведочных работах на нефть в шельфовых зонах морей. Буровые растворы, полученные из немодифи-цированных бентопорошков, должны обладать высокой условной вязкостью и статическим напряжением сдвига растворов с низким показателем фильтрации. Щелочные бентониты 14-го горизонта Таганского месторождения относятся к таким глинам, дающим выход 18-20 м' с 1 т немодифицированного порошка, используемых в Казахстане и в Российской Федерации.
Уникальность этого месторождения, расположенного в Зайсанской впадине, определяется еще и тем, что на основе особо чистых щелочных монтмориллонитов 12-го горизонта производится известный в Казахстане лекарственный препарат «Тагансорбент» (ФС РК 42-330-2001) [1] для вывода ионов тяжелых металлов и радионуклидов, лечения дизентерии и диареи. К тому же щелочноземельная разность этого минерала поставляется в Российскую Федерацию, как один из компонентов в производстве катализаторов при крекинге нефти [2].
Таганское месторождение входит в Манракскую группу месторождений и является крупным обьектом щелочных и щелочноземельных бентонитов в Казахстане. По классификации Н.В. Кирсанова, A.A. Сабитова и др. [3] оно относится к типу месторождений терригенно- и коллоидно-осадочного генезиса, образованных в континентальных условиях. Такие месторождения бентонитов формировались в неглубоких озерных бассейнах, обычно они характеризуются относительно невысоким качеством, пониженным содержанием монтмориллонита (в среднем 60-70%) с высокой примесью песчано-алевритового материала.
Таганское месторождение бентонитов находится в Жана-Таганской мульде, имеющей овальную, удлиненную в субширотном направлении форму, ограниченную выходами на поверхность палеозойских пород гор Курпебай, Уль-кен-Тектурмас и К и ш ке не-Те кту р м ас.
Вынос минералов смектитовой группы водными потоками монтмориллонита, па-лыгорскита, гидрослюд и др. образовывал во внутренних водоемах залежи бентонитоподобных глин. В условиях слабо расчлененного рельефа, высокого стояния грунтовых вод и глинистого состава пород огромные пространства областей аккумуляций занимали солончаковые равнины с небольшими пересыхающими солеными озерцами. В них происходила регулярная переработка осадков, привносимых сюда пролю-виальными, аллювиально-пролювиальными и аллювиальными потоками.
Отложения глинистых, алеврито-глинистых, песчано-глинистых пород в таких озерах содержали разнообразные по форме и размерам выделения гипса, местами конкреций доломита. Относительно большая обводненность солончаковых равнин, по сравнению с приподнятыми участками способствовала произрастанию здесь камышово-травянистой растительности и более обильному ее захоронению в осадках и солончаковых почвах. В результате роль окислительных процессов часто снижалась. В то же время восстановительные условия также были недостаточно активными, т.е. образовывалась глеевая обстановка с недостатком кислорода и водорода.
В этих условиях в анаэробной среде солончаков и донных озерных илах происходит восстановление окисных и гидроокисных соединений железа в осадках за счет разложения отмершей органики. Однако процессы восстановления не доходят до образования сульфидов, так как создается типичная глеевая обстановка и отложения приобретают зеленый цвет за счет двухвалентного железа.
Таганское месторождение локализовано в продуктивной таганской свите (Е^), которая разделяется на две подсвиты - нижняя (красноцветная) и верхняя (зелено-серая, бентонитоносная) [5]. В верхней бентонитоносной подсвите установлена четкая зональность, выраженная проявлением горизонтов (сверху вниз) (рис. 1):
1) кирасы - кремнисто-карбонатно-глинистой опоковидной породы (11 -ый горизонт);
2) розовой, серой, восковидной, аргиллитизированной бентонитовой глины (12-ый горизонт);
3) пятнистой бентонитовой глины (пятна окрашены скоплениями марганцевого вада и ярозита (13-ый горизонт));
4) зелено-серой, серой, темно-серой «первичной» бентонитовой глины (14-ый горизонт).
В процессе седиментации, за счет материала местной площадной коры химического выветривания накапливались озерные осадки, вначале более грубодисперсные и тонкодисперсные к концу циклов, отвечающие выделенным подсви-там [5, 6].
В гипергенные стадии, совпадающие с проявлением тектоно-денудационных перерывов, превалировали процессы вторичного корообразования. В результате седиментационно-гипогенных процессов сформировалась толща продуктивных бентонитовых глин, что и отразилось на их вещественном составе и качественных показателях.
Трудно себе представить, что характеризуемые пласты месторождения, общая мощность которых доходит до 20 м, могли преобразоваться за счет вторичных гипергенных процессов, до столь разных по химическому составу (табл.) и цвету горизонтов. Залегающие выше 15-го горизонта серо-зеленые бентониты 14-го горизонта (рис. 1) после накопления оказались в обстановке глеевой сре-
ды, которая характеризуется недостатком как кислорода, так и водорода [7].
Таблица 1
Средний химический состав бентонитовых глин по горизонтам Таганского _____________________ месторождения, % ______________________
№ гор- 8Ю2 ТЮ2 А1203 Ре203 СаО М§0 К20 Ка20 Н20 ППП БОз общ.
10 59,69 0,38 14,16 3,78 2,81 2,84 0,70 0,11 8,24 12,91 0,28
11 31,98- 93,43 0,1- 0,75 0,96 1,27- 2,05 0,22- 36,63 0,13- 0,53 0,10 0,10
12 52,45 0,20 21,11 2,60 2,06 2,82 0,13 0,58 11,34 12,37 0,32
13 56,06 0,63 16,11 8,00 1,96 2,63 0,06 0,45 7,15 10,97 0,17
14 55,48 0,30 19,38 4,40 1,98 2,18 0,14 0,51 8,49 11,31 0,18
15 59,56 0,78 14,92 4,27 2,12 2,26 0,17 0,27 0,11
*5? *¡5».........
Ч4Г 'Л/У |
0>, *
«► » ► • !
...и.
О&хи
5 6
: : ь,.
12
П) II
Рис. 1. Геологический разрез:
1 - суглинки с примесью гравия, щебня, песка; 2 - аллювиально-пролювиальные песчаногравийные, щебнисто-галечные, валунные отложения на глинистом цементе; 3 - бентонитоподобные глины 7 горизонта темно-коричневого цвета с мелкими пятнами ярко красных и серых разновидностей. Содержит линзы и прослои разнозернистого песка; 4 - бентонитоподобные глины 8-го горизонта кирпично-красного цвета с линзами и прослоями песка; 5 -бентонитоподобные глины 10 горизонта бледно-черного и темного цветов; 6 - опаловидная, кремнисто-карбонатно-глинистая порода 11-го горизонта. Маркирующий горизонт; 7 - бентониты восковидные, розовые 12-го горизонта; 8 - бентониты пятнистые (на зеленном фоне пятна красного и черного цветов) 13-го горизонта; 9 - бентониты зеленовато-серые, серые 14-го горизонта. В нижней части иногда отмечаются прослои кварцевого песка на глинистом цементе; 10 - суббентониты пестроцветные красного, серого, реже - желтого цветов 15-го горизонта, в основании с реликтами кирасы и восковидного бентонита розового цвета; 11 -бентонитоподобные глины красно-коричневого цвета 16-го горизонта, с многочисленными линзами и прослоями песка, пятнами железо-марганцевых гидроокислов черного цвета; 12 -разведочные скважины и шурфы с обозначением глубины проходки
Процесс оглеения это еще и биохимический процесс, благодаря жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов, питающихся растворенным органическим веществом и отнимающих необходимый им кислород от окисных и гидро-окисных соединений металлов.
Такая обстановка благоприятна для миграции элементов, преобразования кристаллической структуры гидрослюд из двухслойной в трехслойную, характерную для монтмориллонитов. По данным рентгеноструктурного и термического анализов содержание монтмориллонита в бентонитовых горизонтах достигает 90-98%.
После завершения формирования нижележащих глин 14-го горизонта произошло дальнейшее опускание Таганской мульды, сопровождающееся накоплением глин 13 горизонта.
По данным М.Ф. Стащук [81 слой микробиологической активности находится на определенной глубине до 20-30 см от поверхности осадков. Если слой погружен на достаточную глубину, а осадкообразование идет малыми темпами, то в верхней части осадков может происходить формирование конкреций из гидроокислов железа, что характерно для 13-го горизонта. Образование бентонитовых толщ месторождения - процесс весьма продолжительный, что подчеркивается однородностью монтмориллонитовой группы.
Минералообразование гидроокислов железа могло идти при восстановительных условиях, когда активность сероводорода оказывается недостаточной для удовлетворения произведения растворимости сульфидов равной as" < 10'13 моль/л. Такие ничтожно малые концентрации переводят ферри-ионы в ферроионы, которые мигрируют в разные стороны. Мигрируя вверх, где окислительно-восстановительный потенциал выше граничной линии Fe2+-Fe(OH)3 , они окисляются, давая начало различного рода конкрециям, в результате чего именно 13-й горизонт характеризуется повышенными содержаниями железа (см. табл.).
Примерно такой же механизм образования характерен и для бентонитов 12-го горизонта. Однако здесь есть и различие, состоящее в том, что после формирования глин 12-го горизонта произошло не опускание Таганской мульды, а ее поднятие. Глины этого горизонта, оказавшись на дневной поверхности, подверглись окислительному типу химического выветривания.
Данный процесс детально описан B.C. Ерофеевым [6]* Он характеризуется тем, что в результате интенсивного испарения в приповерхностных слоях глин устанавливается восходящее движение поровых растворов. Эти растворы, медленно фильтруясь по капиллярам через глинистые осадки, обогащаются солями и приобретают щелочную реакцию, осуществляя переход других минералов в монтмориллонит. По минеральному составу в верхней части характеризуемые пачки имеют однородный состав, представленный в основном розовым и светло-розовым монтмориллонитом, содержание которого в 12-м горизонте достигает 95-98%. В низах 12-го горизонта на границе с 13-м горизонтом резко возрастает относительное содержание гидроокислов и ярозитов железа.
Вынос железа мог происходить и за счет процессов оглеения с участием микробной фации. Учитывая близость водоносного горизонта, анаэробы отнимали необходимый кислород у минеральных соединений и продуцировали большое количество свободной углекислоты, которая, в свою очередь, способствовала растворению карбонатов и появлению в поровых водах подвижного кальция и
карбонатного иона [НСОэ] по реакции.
СаСОз + С02 + Н20 -> Са2+ +2НС03.
Под воздействием таких вод железо переходило в подвижную двухвалентную форму и могло частично выноситься диффузным путем за пределы оглеенного горизонта. Вынос железа, так же как и при современном оглеении, мог осуществляться в бикарбонатной форме Ре(НСОз)2 и в виде органоминеральных комплексов. В результате перераспределения и выноса элементов железа, марганца, кремния, кальция, магния, натрия, серы из монослоя первичного смектита сформировались продуктивные вертикальные горизонты, приведенные выше.
Весь сложный процесс образования бентонитовых глин месторождения можно представить в такой последовательности (рис. 2):
Рис. 2. Схема образования бентонитовых глин
Подобные расслоенные профили с влиянием процессов оглеения в Манрак-ской группе месторождений бентонитовых глин проявлены дважды в составе
таганской свиты - Е]. В верхней части разреза в бентонитоподобных глинах тек-турмасской свиты эоцена, вторичная кора выветривания нечетко фиксируется в геологическом разрезе. Кремнисто-карбонатная толща развивалась уже по бентонитоподобным глинам красно-коричневого цвета 7-го горизонта. Из этого следует, что Таганская мульда испытывала и в позднее время процессы поднятия и опускания.
Для большинства бентонитоносных формаций и месторождений монтморил-лонитовых глин Казахстана развитие и формирование заканчивается на стадии седиментогенеза и диагенеза с последующим их захоронением более поздней осадочной толщей.
Г оризонт Стратиграфическая колонка Мощ- ность, м Литология
9 1 1 1 1 1 1 3,4 Глина бентонитоподобная бледно-красная местами алевритистая
10 II II II II II м 1.3 Глина бентонитоподобная бледно-черная, темносерая темно-коричневая (древний почвенный горизонт)
11 # ••• # ••• # ••• # # •’# 1.7 Опаловидная кремнисто-карбонатно-глинистая порода(древняя кираса)
12 ~ ~ ~ « 1 Бентонит (монтмориллонит) восковидный розовый, светло-серый
13 я: * % * йй * кг * я; » & * й; 2.6 Глина бентонитовая пятнистая (на зелено-сером фоне пятна красного и черного цвета, гидроокислов железа)
14 « = «= и 3.7 Глина бентонитовая зеленовато-серая, серая светло-серая, плотная, сильиовязкая с зеркалами скольжения. В нижней части иногда прослои кварцевого песка на глинистом цементе
15 к ... и ... « « 6.4 Глина суббентонитовая пестроцветная красного, серого, цвета с реликтами кремнисто- карбонатной кирасы и восковндного розового монтмориллонита
16-18 А ■■■*•■■ А А-"в-" А до 40 м Различные горизонты глин и песков, нижний горизонт представлен брекчий конгломерат-песчаниками на глинистом цементе
19 в Начальная кора химического выветривания по нижнепермским туфог енно-осадочным породам
Рис. 3. Литолого-стратиграфическая колонка бентонитовых глин (по Кравченко М.М)
Такой общий механизм подробно описан в работах [3, 9]. Для образования же качественных бентонитовых глин наряду с региональными факторами необходимо влияние местных факторов - тектонических, ландшафтно-климатических, формирующих те или иные высококачественные типы глин монтмориллонито-вого состава (рис. 3).
ЛИТЕРАТУРА
1. Сапаргалиев ЕМ. Тагансорбент - уникальный лекарственный препарат на основе бентонитовых глин Восточного Казахстана // Вестник МН-АН РК. - Алматы, 1997. № 1. - С. 24-34.
2. Сапаргалиев ЕМ., Кравченко ММ. и др. Бентониты Таганского месторождения и их комплексное использование //Вестник ВКТУ. 1999.№ 8. - Усть-Каменогорск. - С. 47-55.
3. Кирсанов Н.В., Ратеев М.А., Сабитов А. А. и др. Генетические типы и закономерности распространения месторождений бентонитов в СССР. - М. 1981.
4. Ерофеев B.C. Геологическая история южной периферии Алтая в палеогене и неогене. — Алма-Ата. 1969.
5. Кравченко М.М. Бентонитовые глины. Геология СССР: Восточный Казахстан. Полезные ископаемые. М., 1974. - С. 369-375.
6. Ерофеев B.C. Приманракская группа месторождений бентонитовых глин в Зайсанской впадине. // Изв. АН КазССР. Сер. геол. 1964. № 2. - С. 18-27.
7. Борисенко Е.Н. Геохимия глеевого катагенеза в породах красноцветной формации. М. 1980.
8. Стащук М. Ф. Проблема окислительно-восстановительного потенциала в геологии. М., 1968.
9. Кирсанов Н.В., Сабитов A.A., БаитевА.И. Прогнозная оценка территории европейской части СССР на бентонитовое сырье. //Обзор ВИЭМС. Сер. геол. методы поисков и разведки месторождений неметаллических полезных ископаемых. М. - 1972.
SPECIAL FEATURES OF THE GENESIS OF THE TAGAN LAYER OF BENTONITE IN THE «ZAYSANSKOY» CAVITY
E.M. Sapargaliev, M.M. Kravchenko
Altaian Department of Institute of geological sciences the name of K.I. Satpaeva Libknekhta st. 21. 492024 Ust'-kamenogorsk, Kazakhstan
Unique on the properties of bentonits of Tagan deposit located in Zaysans hollow, were formed as a result of influence on primary sedimentary bentonitlike clays by the subsequent hypergenic processes.
Сапаргалиев Ержан Молдашевич, кандидат геологоминералогических наук, инженер-геолог, заведующий Алтайским отделом ИГН им. К.И. Сатпаева.
Кравченко Михаил Матвеевич, инженер-геолог, старший научный сотрудник Алтайского отдела ИГН им. К.И. Сатпаева.
