CC BY
64
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2013 Геология Вып. 2(19)
ЛИТОЛОГИЯ
УДК 551.311.231
Особенности состава коры выветривания на долеритах основных алмазоносных районов Сибирской платформы
Н.Н. Зинчук, М.Н. Зинчук
Западно-Якутский научный центр (ЗЯНЦ) Академии наук Республики Саха (Якутия). 678170, Мирный. ул. Ленина, 4/1 E-mail: [email protected]
(Статья поступила в редакцию 10 ноября 2012 г.)
Приведены результаты комплексного исследования коры выветривания на долеритах основных алмазоносных районов Сибирской платформы (Мало-Ботуо-бинского, Далдыно-Алакитского и Маркокинского), которая сохранилась от размыва только в понижениях траппового плато или в тектонически опущенных блоках. Охарактеризовано изменение физико-механических свойств, петрохимиче-ских, геохимических и минералогических особенностей по различным горизонтам коры выветривания северной и южной частей региона. На первых этапах процесса гипергенного преобразования первично монолитных долеритов развивается трещиноватость, разбивающая материнские породы на отдельные относительно крупные макро- и мезоблоки, что способствует перераспределению ряда химических элементов. В результате в указанных мезоблоках в зависимости от их состава развиваются довольно крупные новообразования в виде различных псевдогло-булярных и сильно расщеплённых розетковидных форм, относящихся соответственно к отдельным разностям монтмориллонита или парагенетической ассоциации вермикулита и Mg-Fe3+-монтмориллонита. Порядок изменения химического и минералогического состава долеритов основных алмазоносных районов Сибирской платформы при выветривании указывает, что последние относятся к щелочному типу.
Ключевые слова: кора выветривания долеритов, алмазоносные районы Сибирской платформы, физико-механические, петрохимические и минералогические свойства пород.
Коры выветривания возникают при благоприятных соотношениях следующих основных факторов: интенсивности выветривания, глубины возможного корооб-разования и скорости размыва. В свою очередь интенсивность выветривания возрастает с увеличением температуры и количества выпадающих осадков [1-8]. Большое значение имеет также обилие гумусового вещества, обладающего кислот-
ными свойствами. Мощность коры выветривания очень зависит от глубины залегания грунтовых вод. Наиболее интенсивная денудация элювиальных продуктов происходит вдоль эрозионной сети, тогда как на плоских водоразделах, наоборот, наблюдается минимальный размыв при наиболее интенсивном дренаже. На таких водоразделах обычно и формируется мощная кора выветривания [1,5,6]. Однако она
© Зинчук Н.Н., Зинчук М.Н., 2013
сохраняется от размыва только при стечении благоприятных факторов, в первую очередь в понижениях древнего рельефа денудационной поверхности и в тектонически опущенных блоках. На пенеплене или первичной аккумулятивной равнине дренаж обычно очень слаб, отчего здесь обычно не образуются мощные коры выветривания. На Сибирской платформе ( и в её основных алмазоносных районах -Мало-Ботуобинском, Далдыно-Алакит-ском, Маркокинском и Среднемар-хинском) благоприятные палеогеографические условия для формирования мощных кор выветривания существовали в позднедевонское-раннекаменноугольное и средне-позднетриасовое время [3-5]. Так, на рассматриваемой территории в конце девона произошло сокращение морского бассейна. На северо-западе и северо-востоке Тунгусской синеклизы сформировались прибрежные низменные равнины, а на юге Тунгусской и Вилюйской синеклиз возникли равнины с континентальным осадконакоплением. Они разделялись более высокими денудационными плато. Каменноугольному периоду активизации общего воздымания Сибирской платформы предшествовала эпоха относительного покоя, в течение которой дифференцированных тектонических движений практически не происходило. Рельеф суши в рассматриваемое время был сильно пене-пленизирован. При этом выравнивание рельефа и образование элювия на исходных породах протекали на протяжении всего периода формирования поверхности выравнивания, при котором продукты выветривания поступали в коррелятивные толщи равномерно, что связано с весьма незначительными в это время изменениями тектонического режима и палеорельефа. Так, отложения нижнего карбона Тунгусской синеклизы отражают погребённую поверхность выравнивания на границе девона и карбона и по всему разрезу обогащены продуктами выветривания [3, 4]. Общая картина осадконакопления в карбоне, по сравнению с девоном, изменилась мало. На территории Тунгусской
синеклизы в карбоне и перми широкое развитие получили низменные заболоченные равнины с угленосными отложениями [5,8]. В целом для позднедевонско-ранне-каменноугольной эпохи характерно весьма активное развитие процессов корооб-разования, протекавших в условиях теплого и влажного климата [6].
В конце пермского периода во многих районах Сибирской платформы начались излияния лав и внедрение траппов, особенно сильно проявившиеся к началу раннего триаса. К концу этого периода длительная эпоха денудации рельефа завершилась пенепленизацией Сибирской платформы. Региональная пенепленизация в среднем и позднем триасе обусловлена эпохой относительного тектонического покоя, предшествовавшей юрской активизации Сибирской платформы. В раннем и среднем триасе климат был субтропический с элементами аридного с резко неравномерным распределением осадков по сезонам, а в позднем триасе - ранней юре
- с возросшим количеством атмосферных осадков. Всё это способствовало формированию мощной, преимущественно каолиновой коры выветривания [5,6]. При этом корообразование, денудация и переотложение продуктов этой коры выветривания в коррелятивные толщи рассматриваемого региона происходили относительно равномерно, что было обусловлено, как и в позднем девоне - раннем карбоне, слабыми изменениями палеорельефа и тектонического режима. Так, иреляхская свита рэт-геттанга Анга-ро-Вилюйского мезозойского прогиба, содержащая продукты переотложения коры выветривания, есть отражение погребённой денудационной поверхности среднего
- верхнего триаса [3,4].
В пределах основных алмазоносных районов Сибирской платформы (Якутская алмазоносная провинция - ЯАП) древние коры выветривания развиты на различных породах: терригенно-карбонатных нижнего палеозоя, долеритах, туфах и туфобрек-чиях трубчатых тел, туфогенных образованиях корвунчанской свиты и кимберли-
тах [2-5]. В структурном плане древние коры выветривания приурочены преимущественно к конседиментационным палеоподнятиям, в пределах которых в период формирования перекрывающих их отложений развивались обстановки денудационных и денудационно-аккумулятивных равнин. В конседиментационных палеовпадинах, служивших местами аккумуляции переотложенного материала кор выветривания, наоборот, были неблагоприятные условия для интенсивного ко-рообразования. Возможно, здесь протекали только начальные стадии дезинтеграции пород субстрата. Так, в среднепозднетриасовое время в пределах Мало-Ботуо-бинского района осадконакопление происходило в двух различных структурно-формационных зонах, резко отличающихся условиями развития и сохранения доюрских кор выветривания [3-4]. Одна из них охватывает всю северо-западную половину территории района и в структурном отношении совпадает с северо-западным бортом Ангаро-Вилюйского мезозойского наложенного прогиба, являвшегося на протяжении длительного времени (норий - ранний лейас) денудационной и только в плинсбахе - денудационно-аккумулятивной поверхностью. Здесь ко времени корообразования были развиты верхнепалеозойские вулканогенно-осадочные отложения, а также породы тр-апповой формации (долериты и туфы) нижнего триаса. Только в полосе шириной примерно до 30 км (редко больше -по депрессиям и древним водотокам, размывающим трапповое плато) вдоль бровки северо-западного борта того же прогиба в то время обнажались терригенно-кар-бонатные породы нижнего палеозоя. Здесь в среднепозднетриасовое время, судя по сохранившимся разрезам полного профиля латеритоподобной коры выветривания, существовали благоприятные условия для интенсивного корообразова-ния. Такие профили изучены нами [3,4] на терригенно-карбонатных породах нижнего палеозоя до 15 м (правобережье нижнего течения р.Малой Ботуобии), на траппах
нижнего триаса мощностью до 43,5 м (Ха-тат-Юлегирское междуречье), на кимберлитах мощностью до 15 м (трубка имени ХХШ сьезда КПСС). Вторая зона района -юго-восточная, совпадающая с центральной частью Ангаро-Вилюйского прогиба, была неблагоприятной для интенсивного корообразования. Здесь в среднем и позднем триасе обнажались преимущественно терригенно-карбонатные породы нижнего палеозоя. В процессе корооб-разования разрушенный материал пород субстрата сносился в пониженные участки центральной части прогиба. Синхронность этих процессов подчёркивается отсутствием кор выветривания под глинистыми образованиями иреляхской свиты мощностью до 60 м, сохранившимися от размыва в мелких депрессиях. Возможно, на небольших поднятиях в прогибе кора выветривания могла достигать значительной мощности. На более северных территориях (уже в Далдыно-Алакитском алмазоносном районе) также устанавливается приуроченность кор выветривания к палеоподнятиям и их склонам. Так, поля развития площадных остаточных кор выветривания на терригенно-карбонатных породах ордовика и силура тяготеют к Чу-кук-Мархинскому и Верхне-Алакитскому поднятиям и их склонам. На склонах устанавливаются фрагменты относительно более мощных и широких (по площади) кор выветривания, а в близлежащих депрессиях отмечается аккумуляция продуктов их переотложения. Судя по таким разрезам кор выветривания на траппах мощностью до 15 м, здесь в среднепозднетриасовое время существовали благоприятные условия для интенсивного корообразования.
Трапповое плато, занимающее северо-западную часть Мало-Ботуобинского алмазоносного района, и развитая на нем площадная остаточная кора выветривания среднепозднетриасового возраста вместе с породами субстрата в послераннеюрское время подверглись интенсивной денудации. Поэтому кора выветривания на доле-ритах здесь сохранилась от размыва только в понижениях плато или в тектониче-
ски опущенных блоках [3,4]. Мощность кор выветривания на долеритах составляет обычно первые метры, лишь в отдельных разрезах достигая 50 м и более. Обычно от размыва сохраняется лишь нижняя часть коры выветривания - зона дезинтеграции. Размеры останцов такой коры обычно небольшие (до 1 км2, редко больше). Форма их овальная или неправильная. Кроме площадной коры в северной части Мало-Ботуобинского района установлена линейная кора выветривания долеритов (мощностью до 30 м), развитая вдоль тектонических нарушений. Следует отметить, что большинство сохранившихся полей этой коры выветривания располагаются на пониженных участках современных водораздельных пространств тр-аппового плато, имея выход на дневную поверхность, и в меньшей степени - в пределах склонов мезозойских депрессий, где указанные элювиальные толщи перекрыты нижнеюрскими отложениями. Наиболее полный разрез (мощностью до 43,3 м) коры выветривания на долеритах, сохранившийся от размыва в опущенном тектоническом блоке, вскрыт скважиной 198/40. Однако как в Мало-Ботуобинском районе, так и северней (уже в пределах Далдыно-Алакитского алмазоносного района) кора выветривания на площади имеет фрагментарное распространение в виде небольших изолированных участков. Мощность её здесь колеблется от 0,5 до 10-15 м. В Далдыно-Алакитском и Марко-кинском алмазоносных районах эта кора сохранилась от размыва только в пониженных частях траппового плато, где её максимальная мощность достигает 15 м. При выветривании долеритов происходит закономерное изменение их физических и физико-механических свойств. Вверх по изученным нами разрезам уменьшается средняя плотность пород (от 2,92 до 1,53 г/см3) и возрастает общая пористость (от 3,4 до 54,5%), что также характерно уже для типичных глинистых образований.
Комплексное исследование позволило выявить определенные отличия в составе продуктов выветривания долеритов север-
ной (включая профили Далдыно-Алакит-ского и Маркокинского районов) и центральной части Мало-Ботуобинского алмазоносного района. Так, на севере последнего мощность выветрелой части до-леритов редко превышает 15 м. Например, на водоразделе ручьёв Улахан- и Кучугуй-Ирелях она достигает 14 м. Только в единичных скважинах вскрыта кора выветривания долеритов, отличающаяся от этих профилей несколько большей мощностью верхних глинистых образований. Исходные, не подвергшиеся выветриванию породы в северной части Мало-Ботуо-бинского района представлены разнозернистыми серыми и темно-серыми долери-тами, сложенными плагиоклазами (лабра-дор-битовнит), моноклинными пироксена-ми (авгит), ильменитом, магнетитом, оливином, биотитом и стекловатым мезоста-зисом. Преобладают пойкилоофитовая и интерсертальная структуры, значительно реже офитовая и порфировая. Вверх по разрезу увеличивается количество микротрещин, что способствует проникновению агентов выветривания (в том числе агрессивных метеорных вод). Поэтому уже в нижних горизонтах зоны дезинтеграции наблюдается разложение плагиоклазов и фемических минералов и формирование по ним железисто-глинистых тонкодисперсных агрегатов. Начальные изменения плагиоклазов по образованным трещинами поверхностям фиксируются лишь в виде возникновения кристаллитов. На этом этапе наблюдается существенное перераспределение Si, начальная стадия окисления Fe2+ и резкое усиление гидратации минералов, ведущее к скоплению в продуктах выветривания адсорбированной и конституционной воды.
Выше по разрезу верхних частей зоны дезинтеграции породы подверглись более интенсивным процессам преобразования (скв.264/334, глубины 9-10 м; скв.1, глубины 60-65 м), вызвавшим разрушение первичных структур долеритов. На этих глубинах наблюдается густая сеть различных макро-, мезо- и микротрещин, выполненных вторичными минералами (кальци-
том, иддингситом, гётитом и гематитом). Большинство реликтовых минералов до-леритов здесь замещены глинистыми образованиями и гидроксидами железа. На дифрактограммах воздушно-сухого препарата фракции мельче 0,001 мм частично выветрелого долерита с указанных глубин наблюдается асимметричный рефлекс со значением 1,38 нм, свидетельствующий о многофазном составе этих образований [3]. Поэтому после насыщения образцов глицерином на рентгенограммах отмечаются два интенсивных отражения. Первое со значением 1,41 нм по соотношению интенсивностей рефлексов и величине параметра b=0,920 нм относится к вермикулиту, а второе (1,77 нм) соответствует разбухающему монтмориллониту (b=0,902 нм), принадлежащему к ди-триоктаэдри-ческой разновидности. Образование в нижних горизонтах этой коры выветривания вермикулита связано преимущественно с изменением биотита. Вследствие выщелачивания из биотита К и возникновения в его структуре прослоев из молекул Н2О, координированных Мg, образуется вермикулит с близкими размерами элементарной ячейки в базисной плоскости. Вынос в дальнейшем части Мg из структуры вермикулита и окисление подавляющей массы Fe2+ ведут к возникновению монтмориллонита, близкого к дитриокта-эдрическому Mg-Fe3+[4]. О преобладании Fe3+ в октаэдрических позициях этого Mg-F е3+-монтмориллонита свидетельствует
исчезновение полосы поглощения деформационных колебаний Si-O-AlV1-связи с частотой 525-530 см-1 на кривых ИКС после прокаливания наименее измененных образцов, особенно из нижней части профилей. По мере преобразования вермикулита в монтмориллонит последовательно уменьшается параметр b исходного минерала. При этом монтмориллонит в меж-слоевых промежутках содержит в основном Мg. Кроме этого, в продуктах начального выветривания долеритов широко развит диоктаэдрический монтмориллонит (b=0,893 нм), обогащённый Na в межслое-вых промежутках. В виде мономинераль-
ной (^= 1,240 нм) фазы он нередко заполняет трещины в породе [3], что обусловлено интенсивным переходом в свободное состояние и частично полным выносом из системы содержащегося в плагиоклазах Са.
Под растровым электронным микроскопом видно, что ^-монтмориллонит представлен близкими к глобулярной форме микроагрегатами размером 30-40 мкм, состоящими из тонких листоватых частиц псевдоизометричного габитуса -ультрамикроблоков. По рентгеноспектральным исследованиям этот монтмориллонит содержит в структуре, наряду с А1, некоторое количество Mg и сравнительно мало Са. Железа в нём также немного и распределено оно по площади сканирования относительно равномерно, так, что несовпадения с зонами монтмориллонита не наблюдается.
Кальций, освобождающийся в это время при частичном разложении плагиоклазов, судя по появлению эндоэффекта на дериватограммах при 860°С, образует Са-СО3. На глубинах 7,6 (скв.264/334) и 50-55 м (скв.1) породы приобретают желтоватобурую окраску, сравнительно легко растираются в руках. Однако реликтовые структуры материнских пород устанавливаются ещё довольно четко, хотя и затушевываются гидроксидами железа и глинистыми образованиями. Содержание вермикулита здесь резко снижается, что сопровождается уменьшением его параметра Ь до 0,918 нм. Одновременно наблюдается резкое уменьшение содержания FeO и соответственно увеличение Fe2Oз вследствие окисления Fe2+ в структурах авгита, ильменита, магнетита, оливина и его реликтов в вермикулите, откуда выносится избыток Fe3+. На электронных микрофотографиях видно выпадение вблизи расщепленных микроблоков вермикулита звездоподобных кристаллов гётита.
Вверх по изучаемым профилям, уже в низах зоны гидролиза, породы представляют собой грязно-бурые глинистые образования с реликтами структур выветре-
лых долеритов. С этой глубины вверх по разрезам исчезает ^-монтмориллонит и происходит существенная диоктаэдриза-ция (Ь=0,900 нм) развитого ниже монтмориллонита с реликтами триоктаэдриче-ской структуры. Отмечается здесь также незначительная примесь каолинита [4]. Среди продуктов выветривания часто встречаются крупные розетковидные выделения, состоящие из широких удлинённых микроблоков клиновидного типа и относящиеся к парагенетическому сочетанию вермикулита и Mg-Fe3+-монтморил-лонита. Сростки этих минералов резко отличаются от более мелких псевдоизомет-ричных ультрамикроблоков, слагающих микроагрегаты монтмориллонита, в том числе и натриевого. В структуре присутствующего здесь монтмориллонита уменьшается содержание Mg и соответственно возрастает А1 (в октаэдрических позициях) и Са (в межслоевых промежутках). Железо, как и в нижележащих горизонтах, распределено в выветривающихся породах сравнительно равномерно. Образовавшиеся вследствие частичного разложения плагиоклазов пустоты нередко заполнены новообразованными минералами. Здесь максимально развит вторичный кальцит, нередко в виде идиоморфных кристаллов , образующих закономерные сростки типа «ласточкин хвост». Самая верхняя часть описываемых разрезов (соответственно глубины 2,8 и 10-11 м) представлена грязно-желтыми образованиями с реликтами структур материнских пород. Здесь практически полностью разрушаются самые устойчивые первичные минералы тяжелой фракции (пироксены и амфиболы). Это приводит к относительно высокой концентрации умеренно устойчивых (группа эпидота) и весьма устойчивых (турмалин, рутил, сфен и др.) минералов. В аутигенном комплексе возрастает роль пирита и сидерита. В этом горизонте (как и ниже) последовательно разрушается вермикулит (Ь=0,918 нм) и накапливается ассоциирующий с ним монтмориллонит, который характеризуется дальнейшим разупорядочением структуры [3].
Разложение вермикулита проявляется в уменьшении размеров и в разрушении клиновидных микроблоков, а также в увеличении количества более плотных, чем в низах разрезов, псевдоглобулярных микроагрегатов монтмориллонита, преимущественно с Са в межслоевых промежутках. Отмечаются здесь также некоторые следы растворения промежуточных вторичных фаз, образующихся в полостях выщелачивания нижележащих пород, уменьшение содержания СаСО3, а также выделение аморфного кремнезёма.
Геохимические особенности коры выветривания долеритов изучались нами по ряду опорных разрезов, вскрывших колонковыми скважинами различные по мощности профили в верховьях ручьев Кюэлээх-Юрюйэ и Сылага, а также на водоразделе ручьёв Улахан- и Кучугуй-Ире-лях. Характерная особенность коры выветривания долеритов в верховье ручья Кюэлээх-Юрюэй - в более сложном распределении основных компонентов. Выделяется ряд интервалов (например, глубины 30-35 и 11-20 м), отличающихся резким увеличением концентрации одних и соответственно уменьшением других компонентов. Наибольшая изменчивость и неустойчивость содержания по разрезу свойственна СО2, Ш20,Са0,К20 и FeO. Значительно меньше изменяются концентрации АЬ03^203 и SiO2. .Наиболее четко выражена тенденция к накоплению у Fe2Oз (до 0,2264 г/см3). Склонны к дифференцированному выносу из породы №20, СаО^еО (переходит в Fe20з) и Si02. Остальные окислы не образуют столь четкого линейного тренда. Не наблюдается закономерного изменения содержаний акцессорных элементов в этом разрезе. Только концентрации Rb и Li несколько увеличиваются вверх по разрезу. Статистически выделяются [3] следующие пара-генетические ассоциации, отличающиеся значительной устойчивостью по вертикали: РЬ-Ба^ и Cs-Li-Cr. Медь в ряде случаев довольно тесно связана с рубидием. В отличие от этого, в разрезе коры выветривания на водоразделе ручьев Улахан- и
Кучугуй-Ирелях, как и в некоторых других профилях северной части региона, постепенно выносится SiO2 (от 2,5005 до 0,6802 г/см3). Снижается (от 0,4018 до 0,1911 г/см3) концентрация Al2O3, хотя общая изменчивость его по разрезу незначительна. Довольно своеобразно ведет себя при выветривании СаО (в целом уменьшаясь от 0,3199 до 0,0536 г/см3). Накапливается (от 0,0801 до 0,2522 г/см3) Fe2O3, что связано с окислением и резким уменьшением Fe2 (от 0,2664 до 0,0052 г/см3). Увеличивается также по мере выветрелости исходных пород количество воды, что вызвано возрастанием роли слоистых силикатов вверх по изученным разрезам. Процесс разрушения плагиоклазов приводит к резкому уменьшению в верхах данного профиля концентрации Na2O (от 0,0680 до 0,0044 г/см3). Анализ корреляционных матриц [4] позволяет выделить следующие ассоциации петрохимических элементов (оксидов): SiO2-Al2O3-TiO2-FeO-Cr2O3, MnO-CO2, CaO-P2Os, K2O-MgO-F. Общая организованность петрохимической системы описываемого разреза значительно выше, чем для описанных профилей первого типа, что связано, по-видимому, со значительно меньшей мощностью вывет-релой части пород в первом случае. Акцессорные элементы в таких разрезах характеризуются значительной инертностью по отношению к процессам корообразова-ния. Явно выраженную тенденцию к уменьшению концентрации обнаруживает только V. В этом разрезе можно выделить следующие ассоциации химических элементов: Mn-V-Yb-Ag, Cr-Ti и Zr-Be-(Cu?).
В центральной части Мало-Ботуо-бинского района мощность коры выветривания долеритов достигает 20-30 м (реже больше). В изученных нами разрезах в междуречье рек Хатат и Юлегир исходные, не подвергшиеся выветриванию породы представлены темно-серыми плотными долеритами. Кора выветривания здесь перекрыта осадочными песчано-алевритовыми образованиями нижнеюрского возраста. Минеральный состав легкой и тяжелой фракций подвергшихся вы-
ветриванию пород также довольно близок к составу аналогичных пород северной части района. Однако по данным химического анализа в долеритах рассматриваемого типа в плотных породах содержится несколько меньше Si02 и Fe0 и соответственно больше Fe203 и воды (Н2О+ и Н2О"), чем в соответствующих горизонтах профиля выветривания в северной части региона. В разрезе коры выветривания на долеритах центральной части района наблюдается также более быстрое изменение физико-механических свойств пород по профилю. Так, если на глубине 33,9 м средняя плотность пород составляет 2,87 г/см3, а общая пористость 4,7%, то уже на глубине 33,7 м указанные характеристики становятся соответственно 2,49 г/см3 и 46,8%. Резкое увеличение в зоне дезинтеграции общей пористости пород способствовало интенсивному изменению их минерального состава, в частности, сильно изменены и замещены вторичными минералами плагиоклазы (лабрадор и битов-нит). Однако реликты пойкилоофитовой и интерсертальной структур долеритов устанавливаются здесь довольно четко. Во фракции мельче 0,001 мм этих пород также присутствует вермикулит (Ь=0,913 нм), но существенно обедненный Mg. Ассоциирующий с ним монтмориллонит также содержит меньше Mg (Ь=0,894 нм), чем в низах описываемого профиля. Ещё более резко меняются породы с глубины 30,5 м, что выражается в их бурой окраске и постоянном увеличении (до 90% в верхах разрезов) пелитовой составляющей. Одновременно существенно уменьшается средняя плотность (до 1,53-1,59 г/см3). В этих породах исчезают характерные для разрезов первого типа ассоциации вермикулита и монтмориллонита. Вместо этого в остальной (верхней) части данного разреза присутствует неупорядоченное сме-шанослойное образование. В структуре этой фазы переслаиваются вермикулито-вые и монтмориллонитовые пакеты. В отдельных горизонтах данного разреза отмечается небольшая примесь каолинита, четко устанавливаемая электронографиче-
скими исследованиями и методом ИКС по наличию полосы поглощения валентных колебаний ОН-групп с частотой колебания в интервале 3620-3695 см'1.
Отличительная особенность рассматриваемого разреза коры выветривания долеритов - в несколько повышенных концентрациях SiO2,Al2Oз,Fe2Oз и воды. Эти компоненты в процессе выветривания ведут себя по-разному. Наиболее значительные перепады их концентраций отмечены на границе выветрелых и дезинтегрированных пород. В общем по всему разрезу наиболее высокая изменчивость характерна для К2О, Ш20,Са0,Ре0 и Fe20зPяд элементов с тенденцией к накоплению представляется так: Fe2Oз (до 0,3810
г/см3), К2О (до 0,1259 г/см3), АІ2О3 (до 0,4471 г/см3). Ряд оксидов убывает в процессе выветривания: №20 (от 0,07090 до 0,0012 г/см3), СаО (от 0,3094 до 0,0221 г/см3), СаО (от 0,3094 до 0,0221 г/см3), MgO (от 0,0648 до 0,0085 г/см3), FeO (от
0,2629 до 0,0074 г/см3) и &О2 (от 0,3799 до 0,05847 г/см3). Выделены следующие петрохимические (парагенетические) ассоциации: К^і-Сг, Са-№-Ре2+-Р-(М£?). На фоне общего незначительного содержания «малых» элементов следует отметить некоторое увеличение вверх по разрезу концентраций Ве,Мо,Си и Со, а также уменьшение содержания Sr и Ва. В средних частях разреза (глубина 25 м) наблюдается повышенная концентрация Сг. Корреляционный анализ позволил установить устойчивые связи Li и Cs, а также Rb и Ва. В отличие от коры выветривания на терригенно-карбонатных породах, для изученных нами опорных разрезов вывет-релых долеритов характерны довольно близкие значения ряда коэффициентов выветривания: SiO2:Al2 О3 (1,8-4,1),
^0:^20 (0,2-6,5), глинизации (0,8-3,1) алитизации (0,9-1,8) и ферритизации (0,15,8). Несколько больше перепады следующих коэффициентов: АЬ03^0 (2,214,8), АЬ03:№20 (5,9-287,1), выщелачивания (6,3-112,3), окисления (0,2-91,0) и разложения (1,3-21,50). Такие характеристики коры выветривания долеритов непо-
средственно связаны со сравнительно постоянным (или близким) составом исходных пород. Отмеченные колебания некоторых коэффициентов выветривания объясняются главным образом широким развитием вторичного минералообразования.
Проведённые исследования показали, что в изученных разрезах северной части Мало-Ботуобинского и в Далдыно-Ала-китском районе долериты подверглись значительно меньшим гипергенным изменениям, чем в центральной части первого района. Однако при совместном рассмотрении они дают возможность составить достаточно полное представление о последовательном преобразовании долери-тов в процессе их гипергенного изменения. На первых этапах процесса преобразования первично монолитных долери-тов в них развивается трещиноватость, разбивающая материнские породы на отдельные относительно крупные макро-и мезоблоки, что способствует перераспределению ряда элементов. В результате в указанных мезоблоках в зависимости от их состава развиваются довольно крупные новообразования в виде различных псев-доглобулярных и сильно расщепленных розетковидных форм, относящихся соответственно к отдельным разностям монтмориллонита или парагенетической ассоциации вермикулита и Mg-Fe3+-монтмо-риллонита. По дифракционным картинам установлено, что на первом этапе выветривания эти минералы сегрегированы даже в пределах отдельных кристаллов. При этом новообразования монтмориллонита возникают часто не на базальных поверхностях частиц вермикулита, а главным образом со стороны боковых граней, тогда как исходная фаза локализуется в центральной зоне частиц. Благодаря малой толщине микроблоков монтмориллонита, особенно Na-типа (хотя в базисной плоскости они достигают крупных размеров), и их способности связывать значительное количество воды на поверхности и в межслоевых промежутках, продукты выветривания, содержащие эти блоки, характеризуются сравнительно низкой про-
ницаемостью. Поэтому, учитывая отмеченное выше довольно существенное перераспределение Si02 (от 1,5005 до
0.6802 г/см3), а также ограниченное уменьшение в породах содержания СаО и особенно Mg0, можно утверждать, что в этих разрезах изменение минерального состава связано в основном с некоторой гомогенизацией октаэдрического заполнения и межслоевых катионов в структуре возникающих на самых ранних стадиях выветривания долеритов двух разновидностей монтмориллонита. Это подчеркивается последовательным уменьшением у одной из них (ди-триоктаэдрического типа) параметра Ь элементарной ячейки и соответствующих значений рефлекса 060 на дифрактограммах, что сближает её со второй разновидностью собственно ди-октаэдрического типа. Кроме того, на этой стадии изменения в составе пород уменьшается концентрация Т^с^^г,Ыа,№ и Zr, но Со,№ и Zn - относительно увеличивается.
Более интенсивный вынос неустойчивых компонентов (особенно Mg0) из пород в сильно изменённых разрезах обуславливает весьма раннее исчезновение в элювии вермикулита и ассоциирующего с ним собственно монтмориллонита. Этот фазовый переход связан с глубоким изменением сегрегированных в центральных частях отдельных кристаллов вермику-литовых микроблоков, отчего возникает структура, в которой реликтовые верми-кулитовые пакеты (их содержание около 10%) неупорядоченно чередуются с монтмориллонитом. Это подчеркивается также появлением лишь слабых размытых рефлексов при прокаливании образцов при 600°С, тогда как продукты дегидратации собственно вермикулита и монтмориллонита дают интенсивные рефлексы со зна-
Библиографический список
1. Герасимов И.П., Сидоренко А.В. О карте поверхностей выравнивания и кор выветривания// Советская геология. 1973. №3. С.14-23.
чением 0,968-0,976 нм. Верхние горизонты описываемой коры выветривания в целом характеризуются еще и несколько пониженными концентрациями РЬ, Т^ Ga, ЫЬ, Zr и Sc, повышенными - Мп, Со, Мо, Си и в меньшей степени - Бе, Zr, Сг и №.
Дезинтеграция пород на ранних стадиях выветривания на довольно крупные элементы и развитие среди продуктов выветривания в основном гидрофильных минералов (вермикулита и монтмориллонита) обычно затрудняют перераспределение щелочных земель и кремнезема, вследствие чего образование каолинита в таких профилях протекает довольно медленно и начинается лишь при определенных концентрациях указанных элементов в элювии. Заметно препятствует его развитию и состав собственно монтмориллонита или вермикулит-монтморилло-ни-товой смешанослойной фазы. Эти минералы характеризуются существенным замещением А1¥1 на Fe3+ и Mg. Последнее подчеркивается также возникновением примеси Са-Fe-Mg-cиликатов в процессе термической обработки фракции мельче 0,001 мм измененных пород. Последовательность преобразования минералов в коре выветривания долеритов Сибирской платформы показывает, что возникновение каолинита в значительной мере происходит через стадию наименее структурно упорядоченной фазы политип-ной модификации 1М, т.е. вермикулит-монтмориллонитового смешанослойного образования после выноса из его структуры фемических элементов. Порядок изменения химического и минералогического состава долеритов основных алмазоносных районов Сибирской платформы при выветривании указывает, что последние относятся к щелочному типу.
2. Давыдов Ю.В., Мишнин В.М. Древние коры выветривания бассейнов рек Малой Ботуобии и Мархи (Западная Якутия)// Кора выветривания и гипергенное рудооб-разование. М.:Наука, 1977. С.272-276.
3. Зинчук Н.Н. Коры выветривания и вторичные изменения кимберлитов Сибирской платформы (в связи с проблемой поисков
и разработки алмазных месторождений). Новосибирск: изд-во Новосиб. ун-та,
1994. 240 с.
4. Зинчук Н.Н., Котельников Д.Д., Борис Е.И. Древние коры выветривания и поиски алмазных месторождений. М.: Недра, 1983. 196 с.
5. Коры выветривания Сибири. Кн. 2. Формация кор выветривания Сибирской платформы. М.: Недра, 1979. 249 с.
6. Петров В.П. Основы учения о древних корах выветривания. М.:Недра, 1967. 343 с.
7. Тараненко В.И., Зинчук Н.Н., Харькив А.Д. Древние коры выветривания Мало-Ботуо-бинского района в связи с алмазоносно-стью. Геология и полезные ископаемые юга Восточной Сибири. Иркутск: Изд-во ВостСибСНИИГГИМСа, 1974. С.158-161.
8. Шамшина Э.А., Шпунт Б.Р. Эпохи ко-рообразования на территории Якутии// Древние коры выветривания Якутии.-Якутск: Изд-во ЯФ СО РАН, 1975. С.3-29.
Specific Features of the Crust of Weathering on Dolerites of Basic Diamondiferous Regions of the Siberian Platform
N.N.Zinchuk, M.N. Zinchuk
Western-Yakutian Sientific Academy of Science Sakha Republic, Centre of RS (Y) AS, 678170, Yacutia, Mirny, Lenina st., 4/1 E-mail: [email protected]
Results of complex investigation of the weathering crust on dolerites of basic diamondiferous regions of the Siberian platform (Malo-Botuobinsky, Daldyn-Alakit, and Markoka) which preserved from erosion only in depressions of trappean plateau or in tectonically lowered blocks are given. Alteration of physical-mechanical properties, petrochemical, geochemical and mineralogical specific features on various levels of the weathering crust of northern and southern parts of the region is characterized. On the first stages of hypergene transformation of initially monolithic dolerites there is fissuring development in them, breaking native rocks into individual, relatively large macro- and meso-blocks, which promotes redistribution of some chemical elements. In the result, in indicated meso-blocks, depending on their composition, sufficiently large new formations develop in the form of various pseudo-globular and greatly foliated rosette-like shapes, referred to individual differences of montmorillonite or paragenetic association of vermiculite and Mg-Fe3+ -montmorillonite, accordingly. The order of alteration of chemical and mineralogical dolerite composition of basic diamondiferous regions of the Siberian platform during weathering indicate that the last ones refer to alkaline type.
Key words: crust of weathering of dolerites, diamondiferous regions of the Siberian platform, physical-mechanical, petrochemical and mineralogical properties of rocks.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук Н.Е. Молоштанова
