CC BY
29
УДК 551.251
ПИРОГЕННЫЕ ЯШМОИДЫ ИЗ ТЕРРИКОНОВ КУЗБАССА
1 Л 4 А
© Н.И. Акулов1, А.А. Амиржанов2, В.В. Акулова3, Е.В. Худоногова4
Институт земной коры СО РАН,
664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.
Представлены результаты литолого-геохимического исследования продуктов самовозгорания техногенно-переотложенных угленосных пород Кузнецкого угольного бассейна (Кузбасс, г. Осинники). Показана последовательность их эпигенетических изменений. Отмечен сложный комплекс структурно-текстурных, физико-химических и химических изменений, происходивших в исходных породах под воздействием пирометаморфизма. Особое внимание уделено условиям формирования силицитов, среди которых впервые выявлены и изучены пирогенные яшмоиды. Ил. 7. Табл. 2. Библ. 37 назв.
Ключевые слова: песчаник; аргиллит; уголь; эпигенез; пирогенез; клинкер; яшма.
PYROGENIC JASPEROIDS FROM KUZBASS SPOIL BANKS N.I. Akulov, A.A. Amirzhanov, V.V. Akulova, E.V. Khudonogova
Institute of the Earth's Crust SB RAS, 128 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia.
The article presents the results of lithologo-geochemical research of spontaneous combustion products of technologically deposited coal-bearing rocks of the Kuznetsk coal basin (Kuzbass, Ossinniki city). It shows the sequence of their epige-netic changes and indicates the complexity of structural, textural, physico-chemical and chemical changes occurred in original rocks under the influence of pyrogenesis. The article focuses on the formation conditions of silicites among which the pyrogenic jasperoids are newly identified and studied. 7 figures. 2 tables. 37 sources.
Key words: sandstone; argillite; coal; epigenesis; pyrogenesis; clinker; jasper.
Искусственные аналоги пирогенных материалов обладают уникальными физико-химическими свойствами. Они широко используются в радиоэлектронике, авиационной и космической промышленности. Благодаря их применению в виде разнообразных отделочных материалов (керамогранит, клинкерная плитка, клинкерный кирпич и т.д.) большой скачок в развитии получила строительная индустрия. Несмотря на то что пирогенные образования по сравнению с другими литогенетическими типами пород имеют сравнительно небольшое распространение, их изучение привело к открытию новых минералов и решению целого ряда сложных вопросов [9, 10, 14, 16, 19, 20, 22, 24-26, 3234, 36, 37 и др.].
Цель настоящего исследования - изучение последовательности литолого-геохимических изменений, происходящих в техногенно-переотложенных угленосных породах терриконов в процессе их пирогенеза.
Материал и методика исследований
Материалом для исследований послужили пробы пирогенно измененных техногенно-переотложенных пород, отобранные при полевых работах на терриконах в г. Осинники (рис. 1). Все терриконы представлены гетерофазными образованиями, состоящими из пирогенных брекчий, паралав, шлаков и различных силицитов (клинкеров, порцеланитов и др.) [28]. В результате их детального обследования на различные виды анализов (литологический, палеонтологический, рентгенофлуоресцентный, рентгеноструктурный, петрографический и углеводородный) было отобрано 83 образца. Методика исследования пирогенных пород включала в себя изучение их вещественного состава с помощью электронно-зондового рентгеноспектрально-го микроанализатора JXA-8200 (JEOL Ltd, Япония), укомплектованного пятью волновыми спектрометрами с кристаллами-анализаторами LDE1, LDE2, TAP,
1Акулов Николай Иванович, доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории геологии и магматизма древних платформ, тел.: (3952) 510224, e-mail: akulov@crust.irk.ru
Akulov Nikolai, Doctor of Geological and Mineralogical sciences, Leading Researcher of the Laboratory of Geology and Magmatism of Ancient Platforms, tel.: (3952) 510224, e-mail: akulov@crust.irk.ru
2Амиржанов Александр Айтанович, кандидат геолого-минералогических наук, главный специалист, тел. (3952) 425448, e-mail: amir@crust.irk.ru
Amirzhanov Alexander, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Chief Specialist, tel.: (3952)425448, e-mail: amir@crust.irk.ru
3Акулова Варвара Викторовна, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, тел.: (3952) 510224, e-mail: akulova@crust.irk.ru
Akulova Varvara, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Senior Researcher, tel.: (3952) 510224, e-mail: akulo-va@crust.irk.ru
4Худоногова Елена Васильевна, главный специалист, тел. (3952) 425448, e-mail: hudonogovalena@rambler.ru Khudonogova Elena, Chief Specialist, tel.: (3952) 425448, e-mail: hudonogovalena@rambler.ru
Рис. 1. Схема расположения района исследования (г. Осинники, Кузбасс)
LDEBH, TAPH, PETJ, PETH, LiF, LiFH и энергодисперсионным спектрометром EX-84055MU (JEOL Ltd). Содержания породообразующих (РеОо6щее, Al2O3, MgO, CaO, SiO2, MnO, TiO2, Na2O, K2O, P2O5, 8о6щая) и редких элементов определены рентгенофлуоресцентным методом анализа с использованием рентгеновского спектрометра S4 PIONEER фирмы Bruker (Германия). При этом применялись стандартные приемы и методики анализа. Для каждого определяемого элемента выбраны оптимальные угловые позиции для измерения интенсивностей аналитических линий и фона, способ учета взаимных влияний элементов и стандартные образцы горных пород для вычисления гра-дуировочных характеристик [35].
Результаты исследований
Согласно решениям Межведомственного комитета по стратиграфии верхнепалеозойских отложений Кузбасса [17, 18], породы, слагающие терриконы, относятся к кольчугинской серии позднепермского возраста. Кольчугинская серия подразделяется на несколько свит, в том числе на ускатскую, которая содержит всю продуктивную угленосную толщу и перекрывается юрскими, а местами четвертичными отложениями. Общая мощность свиты достигает 650 м. В свите залегают до 45 пластов угля, из которых 23 пласта имеют рабочую мощность. Горные породы, вмещающие угольные пласты, представлены песчаниками, аргиллитами и алевролитами. Песчаники преимущественно светло-серые мелко- и среднезернистые кварцево-полевошпатовые с поровым и базальным типом це-
мента карбонатного и слюдисто-кремнеземистого состава. Кластический материал хорошо отсортирован и окатан. Алевролиты и аргиллиты светло-серого и черно-серого цвета, часто углистые, горизонтально слоистые или массивные. Химический состав аргиллитов и песчаников показал, что они содержат от 63,7 до 81,2 % кремнезема и от 5,5 до 16,5 % глинозема. В аргиллитах свиты выявлены отпечатки растений, которые, по определению И.М. Мащук (ИЗК СО РАН), представлены Согс^еБ с!егсм 2а!., С. ас11еп (Рас1с2.) Б. Меуеп, Согс^еБ Бр. и РиПопа ЬгеуНоУа (Соге!.) Б. Меу-еп [1]. Отпечатки этих растений характерны для позд-непермской эпохи и хорошо коррелируются с аналогичными отпечатками в дегалинской свите Тунгусского угольного бассейна. Кроме того, в составе данных отложений обнаружен ствол окаменевшего дерева диаметром 0,39 м. На поперечном сколе окаменевшего кордаита отчетливо видны годовые кольца на фоне сероцветной тонкокристаллической массы кремнисто-кальцитового состава. Формирование ускатской свиты происходило в условиях компенсированного прогибания бассейна седиментации в озерно-болотных и болотных ландшафтных обстановках. Следует отметить, что обломки всех типов вышеописанных пород, в том числе и некондиционного угля, в процессе подземных горнопроходческих работ были подняты на поверхность и отсыпаны в виде конусовидного отвала (террикона). Террикон ОБ-1, располагавшийся вблизи одной из городских школ, относился к группе сравнительно небольших отвалов шахты «Капитальная».
Под воздействием экзогенных факторов на нем произошло отсадочное блокование, заложение и развитие трещин, формирование зон скольжения, широкое развитие эрозионных и оползневых процессов. Первоначально его эллипсовидное основание имело размер 105x124 м, а высота достигала 10,5 м. В процессе горения пород он проседал и уменьшался в объеме. Многолетнее горение террикона привело к спонтанному пирогенезу почти всей отвальной массы техноген-но-переотложенных угленосных пород. Большое экологическое бедствие вызвала завершающая фаза его горения. Погибли специально обученные люди, работавшие на тушении террикона. Это заставило администрацию города произвести эвакуацию школы, а террикон разобрать и вывезти за пределы города. Приведенное ниже описание проводилось в период его ликвидации.
В вертикальном разрезе горевшей части террикона, вскрытой экскаватором, зафиксированы три основные зоны (рис. 2). Первая красноцветная зона пи-рогенных (рожденных в огне) пород располагалась в основании разреза и была представлена прогоревшими консолидированными термально измененными породами. Ее видимая мощность - более двух метров. Она состояла из пестроцветных брекчий. Пиромета-морфизованные обломки пород в брекчиях были сцементированы спекшимися шлаковыми образованиями и парабазальтами, а местами - пирогенным стеклом. Подобные силицитовые образования обычно называют клинкерами [29] или горельниками [7]. В составе кирпично-красного обломка пирогенной брекчии рентгенометрическим методом выявлены: опал, кварц, муллит, а-тридимит, а-кристобалит и гематит. Согласно рентгенофлуоресцентному анализу его химический состав следующий (масс. %): Б - 3,99; БЮ2 - 58,75; АЬОз - 14,38; РеО - 4,82; МдО - 3,58; К2О - 0,95; ТЮ2
- 0,26; СаО - 6,7; №2О - 0,18; Р2О5 - 0,03; МпО - 0,03. Наряду с этим они содержат (ррт): Ва - 300; Се - 79; Си - 74; 2п - 60; № - 51; 1_а - 48; РЬ - 34; Са - 27; Сг
- 24; № - 15; Аб - 11 и V - 5.
Выше располагалась вторая (очаговая или тепловая) зона - место активного горения угленосных пород, в которой происходили фазовые превращения породообразующих минералов, сопровождаемые выделением тепловой энергии, теплообменом и массо-переносом в вышележащую толщу. Для нее характерны процессы термического разложения углеродосо-держащих пород. В ночное время данная зона отчетливо прослеживалась по светящимся слоям горящей породной массы. В пределах зоны было выявлено три горящих слоя, располагавшихся на расстоянии 0,2-0,3 м один над другим. Ширина слоев не превышала 0,3 м. Мощность зоны активного пирогенеза - около 1,5 м. Местами она резко увеличивалась к основанию вскрытой части разреза, образуя провалы глубиной до двух метров и протяженностью до 3 м вследствие выгоревшей массы угля. В настоящее время нет однозначного ответа на вопрос о причинах самовозгорания терриконов, но, по мнению некоторых исследователей, их горение происходит по принципу горения в кипящем слое [13; 30]. По данным рентгенофлуорес-
центного анализа состав темно-серой пробы из зоны следующий (масс. %): БЮ2 - 71,53; А!2О3 - 15,75; К2О - 1,04; СаО - 2,53; МдО - 2,6; №2О - 0,17; РеО3 -5,04; МпО - 0,03; ТЮ2 - 0,23; Р2О5 - 0,037; Б - 0,15. Содержание редких и рассеянных элементов - на пределе чувствительности прибора, за исключением бария (190 ррт).
Рис. 2. Расположение основных зон пирогенеза в разрезе горящего террикона 03-1: а - образец горной породы из обогащенной зоны пиролиза (зона 3); б - контакт пород зоны активного пирогенеза и зоны пиролиза (зона 2); в - общий вид пород в красноцвет-ной зоне консолидированных продуктов пирогенеза (зона 1)
Третья (обогащенная) зона охватывала почти всю верхнюю часть террикона и представляла собой чер-ноцветный комплекс измененных осадочных пород (зона пиролиза). Раскаленная газовая компонента, проходившая по фумарольным каналам из зоны активного пирогенеза, осуществляя тепло- и массопере-нос, последовательно воздействовала на угленосные отложения данной зоны. Вследствие этого ее приповерхностная часть была обогащена, а местами целиком сложена продуктами пиролиза, состоящими из серы, асфальтенов и маслянистых фракций ароматических углеводородов. Следует отметить, что всю совокупность подобных пород Б.В. Чесноков и Е.П. Щербакова [23] называли породами «черных блоков».
Основное внимание при проведении настоящего исследования было сосредоточено на красноцветных пирогенных породах первой зоны, которые почти целиком были представлены силицитами. По особенностям кристаллизации силициты подразделялись на криптокристаллические (<0,1 мкм) и микрокристаллические (0,1-10 мкм). Среди криптокристаллических силицитов особый интерес вызвали пирогенные образования, окрашенные в яркие цвета. По внешнему облику, составу и текстурно-структурным особенно-
стям они тождественны силицитам, которые В.Л. Фролов [21] относит к группе абиоморфных криптокри-сталлических яшмоидов (джеспероидов).
Пирогенные красноцветные силициты (пироген-ные яшмоиды) представляют собой литые, монолитные плотные и весьма крепкие породы с брекчиевид-ной текстурой. Обломки, слагающие яшмоидные брекчии, аналогичны классическим ленточным и полосчатым уральским яшмам. Они преимущественно красно-цветные с различными оттенками от темно-вишневых и ярко-красных до сургучно-коричневых, но встречаются также желтые, темно-зеленые и серые. Размер обломков изменяется от 2 до 25 см. По данным рент-геноструктурного анализа обломки сцементированы (сплавлены) базальтоидной паралавой, гематитом и аморфным веществом (рис. 3,е).
Рентгеноструктурные исследования пирогенных яшмоидов показали, что они состоят из кварца, гетита, гематита, ar-Fe, магнетита, шпинели, полевого шпата и рентгеноаморфного вещества (рис. 3,6). В иммерсионных препаратах под микроскопом был проведен отбор аморфных зерен, а затем сделан их рентгено-флуоресцентный анализ. Установлено, что аморфное
вещество (стекло) состоит из следующих компонентов (масс. %): SiO2 - 51,4; А1203 - 14,6; FeO - 18,1 MgO - 1,1; K2O - 1,0; ТЮ2 - 1,8; №20 - 0,7; CaO - 4,8 MnO - 5,1; SO3 - 0,49; Cl - 0,53; V2O5 - 0,18 SrO - 0,09.
Петрографические исследования пирогенных яшмоидов позволили установить, что они имеют ориентированную микропористую, неясно полосчатую, параллельно полосчатую, флюидальную (пламеневид-ную) и сетчатую текстуры. Их структура преимущественно микрокристаллическая и криптокристалличе-ская. В шлифах видны округлые и бесформенные черные включения рудных минералов, в том числе многочисленные тонкие кристаллы гематита, которые формируют так называемую гематитовую пропитку (рис. 4,а-в,д). При этом отмечено, что если в классических яшмах основными породообразующими минералами являются криптокристаллический кремнезем и халцедон с характерным микроволокнистым и сферо-литовым сложением [3], то в пирогенных яшмоидах преобладает криптокристаллический кремнезем с ориентированным полосчатым и параллельно-полосчатым микропористым строением.
а)
б)
в)
Рис. 3. Дифрактограммы наиболее типичных пирометаморфических пород (I - интенсивности пиков, 26 - угол расположения пика): а - терриколит (кварц, следы муллита, рентгеноаморфное вещество); б - красноцветный яшмоид (кварц, гетит, гематит, шпинель, полевой шпат, рентгеноаморфное вещество); в - черный железистый цемент из яшмоидных брекчий (гематит, следы гипса, плагиоклаза и кварца)
Рис. 4. Текстурно-структурные особенности пирогенных яшм в шлифах: а - образец 08-1/7-3, текстура ориентированная микропористая с линзовидными порами белого цвета, микрокристаллическая структура,
николи ||; б - образец 08-1/7-2, текстура неясно полосчатая, микрокристаллическая структура, николи ||; в - образец 08-1/7-4, текстура параллельно полосчатая с ориентированными порами, микрокристаллическая структура, николи ||; г - образец 08-1/7-4, текстура параллельно полосчатая с ориентированными порами, микрокристаллическая структура, николи +; д - образец 08-1/7-5, текстура флюидальная (пламеневидная), микрокристаллическая структура, николи ||; е - образец 08-1/7-5, текстура флюидальная (пламеневидная), микрокристаллическая структура, николи +; ж - образец 08-1/7-6, текстура сетчатая (трещиновидная), криптокристаллическая структура, николи ||; з - образец 08-1/7-6, текстура сетчатая (трещиновидная),
криптокристаллическая структура, николи +
По данным минералогического анализа, легкая фракция яшмоидов состоит из кварца (до 96,3 % от массы легкой фракции), полевых шпатов (до 3,6 %) и незначительного количества биотита (до 1,3%). В составе тяжелой фракции выявлены следующие минералы (в процентном пересчете на массу всей тяжелой фракции): гематит (до 85,4), магнетит (до 20,8) и гетит (до 12,8). Кроме того, она содержат небольшое количество гранатов (до 0,8) и апатита (до 0,2).
В целях изучения распределения элементов по пришлифованной поверхности серого яшмоида получены карты распределения основных элементов. Установлено, что распределение почти всех элементов относительно равномерное, за исключением Са. Вся зондируемая поверхность образца представлена алюмосиликатной массой с равномерно рассеянными элементами: Na, Mg, К ^ и Mn. На пришлифованной поверхности красного яшмоида был проведен его точечный микрозондовый анализ с помощью энергодис-
персионного спектрометра с автоматической обработкой спектров (рис. 5, табл. 1). Выявлено, что распределение кремнезема и глинозема в красноцветных яшмоидах имеет однородный характер (коэффициент вариации составляет 9 и 18%). Остальные породообразующие оксиды распределены неравномерно, причем максимальные значения коэффициента вариации отмечены для и MnO. Проведенные микро-
зондовые исследования показали, что в серых яшмоидах все железо приурочено к микрокристаллам гети-та (FeOOH), в то время как в красноцветных яшмоидах оно рассеяно в виде гематитовой пропитки ^^^ Кроме пирогенных яшмоидов однотонной раскраски широкое распространение получили пестроцветные яшмоиды с отчетливой цветовой зональностью. По мере удаления от наиболее высокотемпературной части зоны активного пирометаморфизма яшмоиды изменяют окраску в следующей последовательности: желтая - оранжевая - красная - бордовая. Минераль-
ными пигментами яшмоидов являлись следующие минералы и их ассоциации, наличие которых обнаружено рентгеноструктурным анализом: в желтоцветных - гетит, в оранжевоцветных - смесь гетита и гематита, в красноцветных - гематит, а в бордовых - смесь аРе, гематита и гетита. Окраска яшмоидов отчетливо коррелируется со степенью их окисленности, Л=100Ре2О3/(Ре2О3+РеО), мол. % (табл. 2). В их светло-серых разновидностях (проба ОБ-3/1) Л составляет 7,1 %, что свидетельствует о преимущественно силикатной форме нахождения железа, а в светло-коричневых (проба ОБ-1/7-3) и бордовых (проба ОБ-2) Л достигает 75,9 и 89,4% соответственно, что свидетельствует о перераспределении железа из силикатов в гидроксидные и оксидные формы.
Обсуждение полученных результатов
Многие исследователи относят к яшмам и яшмо-идам кремнистые породы совершенно разного происхождения. Так, А.Г. Бетехтин считал, что сургучно-красные яшмы - это своеобразная разновидность же-лезокремнистых осадков (джеспилитов) [5]. Н.С. Шат-ский выделил среди зеленокаменных вулканогенно-осадочных толщ яшмовую формацию. Он полагал, что яшмы зеленокаменных толщ образуются за счет первичных кремнистых морских осадков - органогенных или органогенно-хемогенных [27]. В.Т. Фролов предполагал, что яшмы являются гидротермально-осадочными образованиями, и связывал их генезис с деятельностью гидротерм в подводных условиях [21]. Г.П. Барсанов и М.Е. Яковлева писали, что к яшмам относится любая плотная, крепкая микро- или тонкозернистая порода, обладающая декоративным цветом
или рисунком и хорошо принимающая полировку, независимо от ее минерального состава и генезиса. Основываясь на этом, они объединили все яшмы и яшмоиды в одну группу пород под названием «яшмовые материалы» [3, 4]. Обычно яшмоиды образуются при метасоматическом преобразовании осадочных пород. В геолого-генетической классификации яшмовых материалов, предложенной Г.П. Барсановым и М.Е. Яковлевой, исследуемые нами яшмоиды не отражены, но они могут дополнить ее новой группой -группой пирогенных яшмоидов [3].
Рис. 5. Пришлифованная поверхность красного яшмоида (цифрами указаны места проведения точечного микрозондового анализа)
Таблица 1
Химический состав пирогенных красноцветных яшмоидов по данным электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализатора, масс. %_
Номер ямшоида SiO2 AI2O3 FeO MgO K2O TiO2 Na2O CaO MnO Cr2O3 I
1 61,8 22,7 3,2 1,7 7,0 0,0 1,8 1,7 0,1 0,0 100,0
2 74,8 14,9 4,1 1,8 2,0 1,0 0,6 0,5 0,3 0,0 100,0
3 67,3 18,8 2,8 1,5 6,8 0,6 1,5 0,4 0,2 0,1 100,0
4 75,9 14,2 3,3 1,6 2,7 0,1 0,9 0,6 0,5 0,2 100,0
5 77,1 11,9 4,5 1,2 3,4 0,7 0,6 0,5 0,1 0,0 100,0
6 67,7 16,1 6,8 4,1 3,0 0,6 0,7 0,9 0,0 0,1 100,0
7 68,5 16,7 4,9 2,4 3,6 2,4 0,5 1,0 0,0 0,0 100,0
8 81,6 11,2 2,1 1,2 2,2 0,0 1,2 0,3 0,2 0,0 100,0
9 76,8 13,2 3,5 1,5 2,8 0,6 0,7 0,6 0,1 0,2 100,0
10 80,1 11,5 2,3 1,3 2,7 0,1 1,3 0,4 0,2 0,1 100,0
Примечание: ГвО - общее железо в виде ГвО. Аналитик Л.А. Павлова.
Таблица 2
Химический состав различно окрашенных яшмоидов по данным силикатного анализа
Компоненты SiO2 TiO2 AI2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 H2O- ппп CO2 I h, мол. %
OS-1/7-3 69,47 0,54 17,38 3,70 0,53 0,05 2,09 0,67 1,48 3,36 0,14 0,04 0,54 н/о 99,99 75,9
OS-2 58,65 0,69 15,00 12,79 0,68 0,38 2,98 4,62 0,83 2,86 0,16 0,06 0,52 н/о 100,23 89,4
OS-3/1 68,20 0,76 17,23 0,62 3,63 0,06 2,23 1,12 1,69 3,28 0,14 0,08 0,52 0,13 99,69 7,1
OS-3/2 67,72 0,84 17,61 3,90 0,45 0,05 2,06 1,09 1,54 3,25 0,16 0,08 0,77 н/о 99,51 79,6
Примечание: ппп - потери при прокаливании; н/о - не обнаружено. Аналитик Н.Н. Ухова.
На региональных геологических схемах можно увидеть, что большая часть месторождений яшм и яшмоидных образований приурочена к зонам коллизий. Примером может служить Уральский яшмоидный пояс, связанный с формированием Уральских горных сооружений (Уралид). Южно-Уральская яшмовая провинция прослеживается на сотни километров вдоль выходов девонских образований. В кадастре полезных ископаемых Урала фигурирует свыше 250 месторождений и яшмопроявлений [2]. По мнению Б.М. Алёшина и его соавторов [2], яшмы возникли под влиянием низкотемпературных метаморфических процессов или в результате обменного биметасоматоза на контактах высококремнистых пород с вулканитами различного состава. Вторым ярким примером могут служить залежи яшм, обнаруженные среди пород, перекрывающих флишоидно-олистостромовый комплекс в пределах Алеутской глубоководной впадины. Формирование этого комплекса связано с коллизией Олюторской дуги с Евразиатским континентом [5]. При этом основная масса яшм представлена тонкокристаллическим кремнистым (кварц-халцедон) или глинисто-кремнистым веществом. Они содержат до 15% радиолярий и спикул губок. Иногда в составе бурых и красных яшм встречается битая ракушка иноцерамов. Количество кластического материала (кварц, плагиоклаз, темноцветные минералы), размер которого - около 0,01 мм, обычно не превышает 5%. Предполагается, что формирование яшм и яшмоидов в зонах коллизий происходило при температуре менее 500°С и давлении около 500 МПа [8].
Пирогенные яшмоиды также возникли в условиях высоких температур, но при нормальном атмосферном давлении. Высокотемпературный пневматолиз, происходивший в условиях саморегулируемой физико-химической системы террикона, обусловил преобразование протолита в силициты, в том числе и в яшмоиды. По всей видимости, начальная стадия пневмато-литового пирогенеза приурочена к температуре выше критической точки воды - 374,5°С [12]. Согласно исследованиям, проведенным В.А. Перепелицыным [15], при воздействии на обломки осадочных пород температур свыше 500°С происходит нарушение их исходной зернистой или алевропелитовой структуры. В эту стадию пирогенеза осуществляется обезвоживание
кристаллогидратов, испарение адсорбционной воды, разложение гидрооксидов, окисление и выгорание органических примесей, диссоциация карбонатов и водных силикатов, а также аморфизация мелких (до 1,2 см) обломков пород и твердофазное спекание. По данным Кингери [11], подобные изменения происходят при нагреве субстрата до 0,4°С ^¡¡вл. доминирующего количества породообразующих минералов. Как указывалось выше, пирогенные яшмоиды преимущественно состоят из кварца (до 96,3% объема легкой фракции), а по результатам анализов содержание диоксида кремния в их составе достигает 80,1 масс. %. Зная, что температура плавления кварца - около 1725°С [31], можно предположить, что температура пироме-таморфизма была выше 690°С. Пирогенные преобразования, происходившие в породах на этой стадии, сопровождались саморегулируемым твердофазным синтезом и структурными (псевдоморфными) превращениями в минеральном веществе субстрата с участием ограниченного количества расплава. Таким образом, пирогенные яшмоиды - это первично осадочные породы, подвергшиеся пирометаморфическому преобразованию, вплоть до полного псевдоморфного замещения алюмосиликатными компонентами исходных пород. С увеличением температуры объемная доля пористости существенно снижалась. В составе протолита происходило образование массивной, полосчатой, ленточной и зональной текстур на фоне всеобщего перераспределения и концентрирования кремнезема, что привело к образованию яшмоидов с хорошими полировочными свойствами, которые представляют собой типичные поделочные камни (рис. 6). Все это указывает на то, что вещественный состав и текстурно-структурные особенности силицитов обусловлены следующими факторами, целиком связанными с температурой пирометаморфического процесса: плавлением мелкообломочной фракции; пневмо-инфильтрацией и твердофазными превращениями в крупных обломках; спеканием и частичным сплавлением крупнообломочной фракции (по мере удаления от высокотемпературной паралавы (темноцветная нижняя часть фотоснимка) яшмоиды изменяют окраску в следующей последовательности: желтая - оранжевая - красная - бордовая) (рис. 7).
Рис. 6. Пирогенные яшмы и яшмоиды
Рис. 7. Цветовая зональность в пирогенных яшмоидах из красноцветной зоны консолидированных продуктов пирометаморфизма (зона 1) (вязко-пластичные деформации в пирометаморфизованном обломке аргиллита)
В период спекания и частичного сплавления текстура протолита уплотнялась и литифицировалась, а в цементирующем сплаве происходило перераспределение конденсированных фаз с формированием вязко-пластичных деформаций. Горение терриконов сопровождалось пирометаморфическим блокованием той их части, где температурные условия для образования яшмоидов были наиболее подходящими. В таких условиях образовались крупные монолиты яшмо-идных пород, объем которых достигал нескольких десятков кубических метров. Пирометаморфизм обусловил твердофазовые температурные изменения вещественного состава исходных пород, которые сопровождались минерало- и структурообразующими физико-химическими и химическими процессами. Физико-химическое преобразование заключалось в полиморфных превращениях в крупнообломочной фракции пород с участием преимущественно газовой фазы, в перекристаллизации расплавленной мелкообломочной фракции, а также в консолидационном спекании и сплавлении. Химические процессы сопровождались твердофазными химическими и топохимическими реакциями. Отмечено, что с увеличением температуры твердофазного спекания объемная доля пористости в яшмоидах существенно снижалась, а вытянутые усадочные поры преобразовывались в поры неправильной и округлой формы, по некоторым из которых осу-
ществлялась гематитовая пропитка яшмоидов. По экспериментальным данным В.А. Перепелицына гетит полностью разлагается при температуре около 400°С [15], следовательно, его возникновение и формирование окраски яшмоидов происходило на стадии их остывания при температуре ниже 400°С. Таким образом, пирогенез пород регулировался процессом высокотемпературного окисления (горения). При этом происходило перераспределение Ре из силикатных минералов (слюды, амфиболы, пироксены) в оксидные и гидроксидные формы, что обусловило вариации окраски пирометаморфитов, поскольку различные соединения Ре (гематит, магнетит, гетит, гидрогетит) являются главными хромофорами.
В заключение необходимо отметить следующее:
1. Установлен новый генетический тип силицитов - пирогенные яшмоиды.
2. Все типы яшмоидов (Южно-Уральской яшмовой провинции, Алеутской впадины и др.), в том числе изученные нами пирогенные яшмоиды, образовались из осадочного протолита, состоящего преимущественно из диоксида кремния, который подвергся температурному воздействию в условиях неравномерного доступа атмосферного кислорода.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 12-05-98005-р_сибирь_а.
Статья поступила 26.03.2014 г.
Библиографический список
1. Акулов Н.И. Осадочные бассейны Ангариды. Новоси- ститута геологии и геохимии УрО РАН, 1999. 184 с.
бирск: ГЕО, 2010. 222 с. 3. Барсанов Г.П., Яковлева М.Е. Минералогия яшм СССР.
2. Алёшин Б.М., Иванов Ю.К., Ковальчук А.И. Месторожде- М.: Наука, 1978. 86 с.
ния полезных ископаемых Урала. Екатеринбург: Изд-во Ин- 4. Барсанов Г.П., Яковлева М.Е. Минералогия поделочных и
полудрагоценных разновидностей тонкозернистого кремнезема. М.: Наука, 1984. 140 с.
5. Бетехтин А.Г. Курс минералогии: учебник. М.: Госгеолте-хиздат, 1961. 539 с.
6. Богданов Н.А., Гарвер Дж.И., Чехович В.Д. Обстановки формирования флишоидно-олистостромового комплекса западного побережья Алеутской глубоководной впадины // Геотектоника. 1999. № 5. С. 52-66.
7. Геологический словарь / под ред. К.Н. Паффенгольца и др. М.: Недра, 1978. Т. 1. 487 с.
8. Добрецов Н.Л., Ревердатто В.В., Соболев В.С. Фации метаморфизма. М.: Недра, 1970. 432 с.
9. Зборщик М.П., Осокин В.В. Горение пород угольных месторождений и их тушение. Донецк: Изд-во ДонНТУ, 2000. 180 с.
10. Зборщик М.П., Осокин В.В. Вещества новообразования в углях и углистоглинистых породах, предопределяющие опасные и вредные проявления в них // Труды ДонГТУ. Серия горно-геологическая. 2004. Вып. 81. С. 8-11.
11. Кингери У. Введение в керамику. М.: Стройиздат, 1967. 500 с.
12. Лунин В.В., Галкин А.А. Вода в суб- и сверхкритическом состояниях - универсальная среда для осуществления химических реакций // Успехи химии. 2005. Т. 74. Вып. 1. С. 24-40.
13. Мухленов И.П. Катализ в кипящем слое. Л.: Химия, 1971. 312 с.
14. Панов Б.С. Техногенные месторождения Донбасса и Украины // Труды ДонГТУ. Серия горно-геологическая. 2004. Вып. 81. С. 3-7.
15. Перепелицын В.А. Основы технической минералогии и петрографии. М.: Недра, 1987. 255 с.
16. Потапов С.С., Максимович Н.Г. К минералогии горелых отвалов Кизеловского угольного бассейна (Пермский край) // Седьмые Всероссийские научные чтения памяти ильменского минералога В.О. Полякова. Миасс, 2006. С. 56-67.
17. Решения Всесоюзного совещания по разработке унифицированных стратиграфических схем докембрия, палеозоя и четвертичной системы Средней Сибири (средний и верхний палеозой), 1979 г. Новосибирск: Наука, 1982. 129 с.
18. Решения совещания по стратиграфии верхнепалеозойских отложений Кузбасса (25-26 марта 1993 г.) // Кузбасс -ключевой район в стратиграфии верхнего палеозоя Ангари-ды: сб. науч. тр. Новосибирск: Наука, 1996. Т. 2. С. 93-94.
19. Сокол Э.В., Френкель А.Э., Шарыгин В.В. Парабазальты из горелых отвалов Челябинского угольного бассейна -аналоги лунных низкомагнезиальных базальтов: парадокс или реальность? // Уральский геологический журнал. 2000. № 6. С. 165-168.
20. Сокол Э.В., Максимова Н.В., Нигматулина Е.Н. Пироген-ный метаморфизм. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. 284 с.
21. Фролов В.Т. Литология. M.: Изд-во МГУ, 1992. Кн. 1. 336 с.
22. Чесноков Б.В. Фундаментальные характеристики минерализации горелых отвалов Челябинского угольного бас-
сейна // Минералогия техногенеза. Миасс: Изд-во УрО РАН, 2001. С. 9-15.
23. Чесноков Б.В., Щербакова Е.П. Минералогия горелых отвалов Челябинского угольного бассейна (опыт минералогии техногенеза). М.: Наука, 1991. 152 с.
24. Чесноков Б.В., Щербакова Е.П., Нишанбаев Т.П. Минералы горелых отвалов Челябинского угольного бассейна. Миасс: Изд-во УрО РАН, 2008. 140 с.
25. Шарыгин В.В., Сокол Э.В., Нигматулина Е.Н. Минералогия и петрография техногенных парабазальтов Челябинского буроугольного бассейна // Геология и геофизика. 1999. № 6. С. 896-917.
26. Шарыгин В.В., Сокол Э.В., Белаковский Д.И. Фаялит-секанинаитовые паралавы Раватского угольного пожара (Центральный Таджикистан) // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 8. С. 910-932.
27. Шатский Н.С. Геологические формации и осадочные полезные ископаемые. М.: Наука, 1965. Т. 3. 348 с.
28. Akulov N.I., Akulova V.V., Khudonogova E.V. Pyrogenic metamorphism of the carbonaceous rocks in the south of the Siberian platform // Coal Combustion Research. N.Y.: Nova Science Publishers Inc, 2010. P. 219-234.
29. Cosca M.A., Essene E.J., Geissman J.W. Pyrometamorphic rocks associated with naturally burned coal beds, Powder River Basin, Wyoming // American Mineralogist. 1989. V. 74. P. 85-100.
30. Douglas M.C. Energy Technology Handbook. N.Y.: McGraw-Hill Inc, 1977. 123 p.
31. Encyclopedia of geology / edited by R.C. Selley, L.R.M. Cocks, I.R. Plimer. Amsterdam - Boston - Heidelberg - London - New York - Oxford - Paris - San Diego - San Francisco -Singapore - Sydney - Tokyo: Elsevier academic press, 2005. 3345 p.
32. Grapes R. Pyrometamorphism. Berlin - Heidelberg - New York: Springer, 2010. 281 p.
33. Heffern E.L., Coates D.A. Geologic history of natural coal-bed fires, Powder River basin, USA // International Journal of Coal Geology. 2004. V. 59. № 1-2. P. 25-47.
34. Henao M.J.A., Carreno P.A.M., Quintero D.J.A. Petrography and application of the Rietveld method to the quantitative analysis of phases of natural clinker generated by coal spontaneous combustion // Earth sciences research journal. 2010. V. 14. № 1. P. 17-30.
35. Revenko A.G., Khudonogova E.V. X-ray fluorescence determination of minor and tracer element contents in various types of rocks, soils, and sediments using the S4 PIONEER spectrometer // Ukrainian chemical magazine. 2005. V. 71. № 910. P. 39-45.
36. Stracher G.B., Taylor T.P. Coal fires burning out of control around the world: thermodynamic recipe for environmental catastrophe // International Journal of Coal Geology. 2004. V. 59. № 1-2. P. 7-17.
37. Stracher G.B. Coal fires burning around the world: opportunity for innovative and interdisciplinary research // GSA Today. 2007. V. 17. № 11. P. 36-37.
