CC BY
24
Однако отметим, что анализы руд гидротермальных полей Мирового океана показывают, что, во-первых, содержание никеля и кобальта колеблется в достаточно большом диапазоне, во-вторых, на других гидротермальных полях, не связанных с серпентинитами, также отмечается довольно высокое содержание кобальта Так, в штокверковых образованиях гидротермального поля Снейк Пит (САХ) концентрация кобальта достигает 0,094—0,125 мае %, на поле Брокен Спур (САХ), в основной части постройки Сарацин Хед, содержание кобальта достигает 0,052—0,071 мае % [1] Повышенная концентрация Со обнаружена и в некоторых точках Восточно-Тихоокеанского поднятия (ВТП), например, массивные сульфидные руды в постройках вблизи 1Г и 12°50' с ш содержат 0,05—0,3 мае % Со [14]
Таким образом, вулканогенные колчеданные месторождения недифференцированных базальтоид-
ных формаций (типы кипрский и бесси и их докемб-рийские аналоги) обогащены кобальтом и никелем Их отличает присутствие в рудах высококобальтового пирита, а также собственных минералов этих металлов, в первую очередь пентландита и кобальт-пент-ландита Обогащение руд этих месторождений указанными металлами связано с особенностями их формационной принадлежности к офиолитовой ассоциации и с дополнительным обогащением части переотложенных руд в процессе регрессивного метаморфизма вблизи контактов с серпентинитами за счет выноса из них этих элементов и образования новых минералов, а также с перераспределением кобальта и никеля в ходе постседиментационных процессов, во многом за счет метаморфогенного образования пирротина, что приводит к концентрации кобальта и никеля в форме собственных минералов
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Богданов ЮА Гидротермальные рудопроявления рифтов Срединно-Атлантического хребта М , 1997
2 Богданов ЮА Систематика современных сульфидных залежей дна океана // Геология рудных месторождений 2000 Т 42 №6 С 499-512
3 Боришанская С С, Виноградова РА, Крутое ГА Минералы никеля и кобальта М , 1981
4 Еремин НИ Дифференциация вулканогенного сульфидного оруденения М , 1983
5 Еремин НИ, Дергачев A J1, Сергеева Ham Е, Позднякова Н В Типы колчеданных месторождений вулканической ассоциации // Геология рудных месторождений 2000 № 2 С 177-190
6 Еремин Н И, Сергеева Ham Е, Шишаков В Б О находке паллацийсодержащего мелонита в медноколчеданных рудах Пышминско-Ключевского месторождения на Урале // Докл РАН 1997 Т 355 № 6 С 795-797
7 Зайков В В, Масленников В В, Зайкова Е В, Херринг-тон Р Рудно-формационный и рудно-фациальный анализ
колчеданных месторождений Уральского палеоокеана Миасс, 2002
8 Контарь ЕС, Либарова JIE Рудные формации и типы колчеданных месторождений Урала // Геология рудных месторождений 1986 № 1 С 30—39
9 Крутое ГА Месторождения кобальта М , 1959
10 Маракушев А А, Безмен Н И Термодинамика сульфидов и окислов в связи с проблемами рудообразования М , 1972
11 Металлогеническая эволюция архейских зеленока-менных поясов Карелии СПб , 1993
12 Серноколчеданные месторождения Карелии Л,
1978
13 Mozgova NN, Krasnov S G, Batuyev BN et al The first report of cobalt pentlandite from a Mid-Atlantic Ridge hydrothermal deposit // Canad Miner 1996 Vol 34 P 23—28
14 Rona PA, Scott SP Special Issue on Sea-floor hydrothermal mineralization new perspectives 11 Econ Geology 1993 Vol 88 N 8 P 1935-1991
Поступила в редакцию 03 02 2004
УДК 553 065 4 + 781 3 (470 45)
Ю.Г. Цеховский, Е.В. Карпова, И.М. Милеева, Е.В. Голубовская
СЕДИМЕНТО- И ЛИТОГЕНЕЗ В ПОГРАНИЧНЫХ СЛОЯХ МЕЛА И ПАЛЕОГЕНА НА ЮГО-ВОСТОКЕ ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ. СТАТЬЯ 2. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
Исследователи пограничных слоев на рубеже мела и палеогена в пределах Воронежской антеклизы, отмечая их разнообразный состав (наличие железных руд, трепелов, опок, фосфоритов, глин), обычно выделяют эти породы в ранге хоперского горизонта [2, 3, 5, 15, 26] Для решения спорных вопросов его генези-
са предлагаются различные гипотезы, среди которых наиболее популярны осадочная, инфильтрационно-элювиальная, гидротермально-осадочная Отметим, что еще А Д Архангельский [3], развивавший осадочную гипотезу, объективно назвал ряд оригинальных особенностей образования этого горизонта, которые
подтверждены нашими исследованиями и требуют пояснения в рамках различных существующих генетических концепций К таким особенностям относятся 1) часто практически полное исчезновение из разрезов горизонта терригенных осадков и накопление различных по составу хемогенных отложений бурых железняков, опок, фосфоритов, 2) неблагоприятные обстановки для жизнедеятельности организмов, которые, вероятно, возникали в результате пересыщения вод бассейна различными химическими соединениями, 3) интенсивные метасоматические преобразования подстилающих хоперский горизонт карбонатных пород
Обзор гипотез образования хоперского горизонта
Сторонники осадочной гипотезы [3, 5, 18], отмечая различный состав пород хоперского горизонта, накопившихся в морском заливе, не объясняют причину смены обстановки осадконакопления при сходстве ландшафтов и климата в позднем палеоцене Для образования парагенеза было необходимо поступление с древних водоразделов (сложенных после регрессии верхнемелового моря его отложениями — преимущественно писчим мелом, мергелями или кварцевыми песками) растворов, насыщенных соединениями железа, кремнезема, фосфора Однако в раннекайнозойских областях денудации происходили лишь ослабленные процессы химического выветривания (растворение карбонатов и остаточное накопление глинистых минералов, присутствующих в форме примеси в исходных породах [26]), которые не способствовали возникновению подобных растворов С позиций анализируемой гипотезы трудно также объяснить причину интенсивных метасоматических преобразований верхнемеловых карбонатных пород
Авторы инфилътрационно-элювиалъной гипотезы [2] считают, что хоперский горизонт сформировался во время континентального перерыва в осадконакоп-лении на рубеже мела и палеогена и состоит из лате-ритной коры выветривания, развитой по верхнемеловым карбонатным породам, и продуктов ее переотложения в карстовых впадинах, измененных инфильтра-ционными водами При этом широкое развитие мета-соматитов связывают с гипергенными процессами Однако наши исследования иллит-смектитового глинистого покрова мощностью до 0,1—0,2 м, развитого на поверхности верхнемеловых карбонатных пород и принимаемого за реликты латеритного элювия, свидетельствуют, что он представляет собой образования подводного выветривания (гальмиролиза) и катагенеза верхнемеловых карбонатных пород [26]
Многие факты противоречат также принадлежности вышележащих пород хоперского горизонта (залегающих на покровных глинах) к переотложенным в карсте продуктам латеритного элювия В отличие от продуктов коры выветривания (в которых накапливаются минералы свободного глинозема и железа, а также каолинит, кварц, турмалин, циркон и другие минералы, устойчивые к выветриванию), в породах
хоперского горизонта доминируют метаколлоидные хемогенно-осадочные образования (железные руды, трепелы, опоки), а также сходные с ними по химическому составу метасоматиты Глины имеют преимущественно смектитовый или иллит-смектитовый состав, а редкие пятна или линзы каолиновых пород (галлуа-зитовых глин, которые обычно содержат примесь сульфатов и изредка включения бемита) возникали в условиях сернокислотного выветривания и являются вторичными
Известно, что для продуктов латеритной коры выветривания не характерно накопление минералов кремнезема В хоперском горизонте кремнезем (как и железо) — главный породообразующий элемент, который способствует образованию толщ силицитов или кремнисто-гетитовых разностей железных руд Последние по данным химических анализов, приводимых в публикациях Н X Платонова, Б П Епифанова и В И Муравьева с соавторами, содержат от 3 до 48% 8Ю2, в отличие от ферраллитов они имеют низкие значения кремниевого модуля (0,1—0,5, в единичных пробах 1—1,6) и невысокое содержание ТЮ2 (обычно 0,1-0,6%)
Согласно анализируемой гипотезе [2], переотложенные в карстовых впадинах преимущественно глинистые продукты перемыва кор выветривания под влиянием инфильтрационных вод преобразуются в железные руды, опалитовые кремни, трепелы или опоки Однако такие изменения реально не установлены при воздействии вторичных процессов на заполняющие карст продукты перемыва кор выветривания На самом деле здесь они подвергаются вторичной латеритизации, а также нередко каолинизации, карбонатизации, пиритизации, шамозитизации (Г И Бушинский, 1975, Вторичные изменения остаточных бокситов, 1980)
В основании осадочного комплекса хоперского горизонта на карбонатных породах часто возникают метасоматиты, представленные телами гетитовых руд, опалитовых кремней, трепеловидных пород, фосфатов мощностью до 1—2 м Подобные преобразования карбонатного субстрата под влиянием латеритного выветривания неизвестны Кремнезем здесь иногда накапливается лишь в форме маршаллитов — остаточных продуктов растворения окремненных карбонатных пород
Ранее было показано [26] отсутствие элювиальных или терригенных продуктов латеритно-каолино-вого выветривания в пограничных слоях мела и палеогена и перекрывающих палеоцен-эоценовых отложениях на юго-востоке Воронежской антеклизы Другие авторы [5, 19] также отмечают, что образование ран-некайнозойского элювия на карбонатных породах, покрывавших древние водоразделы, обычно прекращалось на начальной монтмориллонитовой стадии выветривания (тес растворением карбонатной составляющей мергельно-меловых пород и механическим накоплением алюмосиликатов без их разложения на оксиды) В остаточных глинах сохранились даже цеолиты (гейландит и клиноптилолит), крайне неустой-
Рис 1 Схемы строения хоперского гидротермокарста, кольматированного инфлювием (я), и эрозионно-карстовых депрессий, заполненных продуктами перемыва латеритных кор выветривания (б), по данным [25] 1 — карбонатные породы, 2— глины зеленоцветные иллит-смектитовые с примесью цеолитов, 3— гетитовые руды, 4— метасомашгы гетитовые или фосфатные по породам писчего мела, 5— трепелы или опоки, 6—8— бокситы 6— щебнисго-гравийные делювиальные, красноцветные, 7— галечно-бобовые, красноцветные, 8— галечно-бобовые, белые (отложения балочного аллювия), 9 — глины красноцветные, пролювиально-озерные, 10 — горизонты латеритных ископаемых почв (неоэлювий)
чивые в зоне гипергенеза [29], образующие примесь в исходных карбонатных породах
О происхождении карстовых воронок По мнению предыдущих исследователей, наличие карстовых воронок с породами хоперского горизонта свидетельствует о континентальном перерыве осадконакопления и проявлении наземного выветривания карбонатных пород на рубеже мела и палеогена Однако известно, что гидротермокарст активно формируется также в местах циркуляции восходящих термальных вод, охватывая оболочку земной коры до глубин 12 км и более (в том числе породы на дне морей) [9, 14]
Авторы статьи относят характеризуемые хоперские карстовые тела к кольматационным образованиям, заполнявшим гидротермокарст в меловых карбонатных породах на дне раннепалеогенового моря Образование карстовых воронок в местах циркуляции термальных растворов происходило синхронно с их кольматацией инфлювием Последний сложен (рис 1, а) продуктами гидролиза и метасоматоза вмещающих
карбонатных пород, скоплениями их обломков (несортированных и неокатанных) или глыб (часто мета-соматически замещенных гетитом или фосфатами), а также хемогенными отложениями (железистыми или фосфатными), выпавшими из растворов Воронки гидротермокарста имеют глубину до Юм, их диаметр обычно не превышает 10—20 м и лишь иногда достигает 50—100 м, они обладают крутыми (вплоть до вертикальных) стенками
В отличие от инфлювия накопление продуктов перемыва кор выветривания (например, преимущественно красноцветных бокситов и каолиновых глин) обычно осуществлялось в более крупных эрозионно-карстовых депрессиях (рис 1, б) В строении разрезов здесь отмечается характерная смена фаций от делювиальных и пролювиальных в бортах до озерных или аллювиальных в центре, соответственно наблюдаются скопления латеритных обломков с разной степенью сортировки и окатанности (щебнисто-дресвяных, га-
лечных, гравийно-бобовых отложений, которые фа-циально сменяются глинами) При цикличной просадке днищ карстовых депрессий возникали воронки (с глубиной до 100—250 м) с крутыми стенками, в которые сползали крупные блоки первичных, нередко слоистых каолинит-бокситовых пород [24] По перечисленным выше признакам строение, состав и условия образования хоперских и бокситоносных карстовых отложений резко отличаются
Типичная карстовая воронка, кольматированная инфлювием (железными рудами, глинами), описана у хут Нижний Соин [15] Вероятно, такое же происхождение имеет карстовая полость у хут Верхний Соин [1] Ее диаметр в верхней части составляет около 6 м, она вскрыта не полностью на такую же глубину и наклонно погружается в писчий мел под углом 65° В ней, судя по зарисовке, снизу вверх под углом около 40° последовательно залегают бурые железняки (с видимой мощностью 3 м), монтморилло-нитовые глины (0,4—1,5 м), монтмориллонит-галлуа-зитовые глины (0,4—1,0 м), галлуазитовые глины с бемитом (0,4 м), галлуазит-алунитовая порода (0,5 м), а в кровле — песчано-глинистая брекчия с бемитом и алунитом (0,2—0,3 м) Воронка перекрывается палеогеновыми песками с линзами песчаников
Согласно инфильтрационно-элювиальной гипотезе [1, 2], эта и другие воронки с породами хоперского горизонта представляли собой карстовые впадины, которые заполнялись продуктами перемыва кор выветривания, испытавшими дополнительную бокситизацию и последующее преобразование под воздействием сернокислотных растворов
Однако при таком подходе остается неясным, во-первых, как возникла погружающаяся под наклоном в писчий мел небольшая эрозионная карстовая полость с крутыми бортами, во-вторых, почему она заполнялась монтмориллонитовыми глинами коры выветривания, а не обломками писчего мела, слагавшего ее борта (один из которых нависал над воронкой), в-третьих, как во вмещающих карст маложелезистых породах (писчих мелах и перекрывающих палеогеновых кварцевых песках) сформировались рудообра-зующие железистые растворы И конечно, трудно согласиться с выводом о латеритной природе алунит-глинозе-мистых пород, которые, несомненно, формировались под воздействием сернокислотных растворов
Гидротермально-осадочная гипотеза образования хоперского горизонта (с участием вадозных или экс-фильтрационных гидротерм) позволяет объяснить характерные особенности строения, состава и генезиса хоперского горизонта С ее позиций подводящие каналы термальных вод обозначены в разрезах инъекционными кластическими дайками опалитов Она раскрывает причину активных метасоматических преобразований вмещающих карбонатных отложений, накопление на дне моря в местах разгрузки минерализованных растворов различных по составу хемогенных отложений (железных руд, трепелов, опок) и создание здесь неблагоприятных обстановок для жизнедеятельности фауны
Ранее было показано [26], что пересыщенные кремнеземом растворы в местах разгрузки у хут Лоба-чи прорывали под давлением вмещающие верхнемеловые пески, приподнимая их кровлю При этом они захватывали минералы вмещающих отложений (пес-чано-алевритовые зерна кварца или обломки карбонатных пород) и формировали своеобразную пульпо-вую структуру В приустьевой зоне дегазация флюида и вскипание раствора сопровождались возникновением везикул с их последующим заполнением смекти-том, гетитом и другими минералами
Морфология залежей хоперского горизонта определялась составом пород, слагающих дно бассейна, где осуществлялась разгрузка термальных растворов В случае развития песчаных толщ здесь формировались булавообразные тела опалитов или надцайковые куполовидные тела железных руд (например, в обнажениях I, II, IV у хут Лобачи [26]) Одновременно в карбонатных породах возникали полости термокарста, заполненные инфлювием, который выше сменялся надкарстовыми линзовидно-пластовыми хемоген-но-осадочными железными рудами, трепелами, опоками, фосфоритами
Учитывая находки танетской фауны в осадочных разностях пород хоперского горизонта [25], их следует коррелировать с сумской серией (вешенской свитой), в которой они образуют крупные линзоподоб-ные тела Время разгрузки термальных растворов на дне моря не оставалось постоянным В частности, остатки фораминифер из кровли дайковых опалитов в обнажении II принадлежат к зоне Р4 а их формы, присутствующие в опалитовых метасоматитах обнажения V, — к зоне не древнее Р5
В писчем мелу под палеогеновыми отложениями в центральной части Воронежской антеклизы также встречаются образования, которые, вероятно, являются кольматационными продуктами гидротермокарста [8] К их числу, например, можно отнести 1) столб мраморовидного известняка с трещиной, заполненной брекчией и спаянной жильным кальцитом (у г Коротояка), 2) мраморовидный известняк, заполняющий карстовую полость с вертикальными стенками, в районе г Старый Оскол, 3) трепелы, сформированные по обломкам писчего мела в карстовой полости у с Турово
Судя по отмеченным ранее [26] находкам примеси вивианита и пирита в акцессориях из опалитовых даек (обозначающих подводящие каналы термальных вод), транспортировка железа осуществлялась с восходящими растворами в закисной форме В местах их разгрузки на дне моря (в зависимости от восстановительной или окислительной обстановки) могли формироваться как закисные руды (с последующим их окислением), так и первично-оксидные гетитовые разности
Примеры формирования гетитовых и сидерито-вых-шамозитовых залежей в местах разгрузки термальных растворов на дне морей отмечены в отложениях рифея (для Ангаро-Питского прогиба, по дан-
I
I " 1а \/?Аз \„\ I 1иГ5~1у»
Рис 2 Фациальная карта восточной части Воронежской антеклизы в позднем палеоцене (сумское время, танетский век), по [4, 20] 1 — пески разнозернистые с гравием и галькой, 2 — пески среднезер-нистые и мелкозернистые, 3 — глины, 4— глины опоковидные, 5 — глины песчанистые и алевритистые, 6—8— включения 6 — глауконита, 7 — фосфатов, 8 — слюд, 9 — границы распространения отложений, 10 — границы фациальных зон, 11 — изопахиты, 12 — направление сноса терригенного материала, 13—15— зоны морского бассейна 13 — относительно глубоководная, 14 — мелководно-мор-ская, 15— прибрежно-морская, 16—18— гидродинамическая активность 16 — слабая, 17— средняя, 18— высокая, 19 — местоположение участка Лобачи
ным Д И Павлова и ЕС Постельникова, 1980) или юры (для ряда месторождений Европы, согласно публикации В А Стаховича, 1986) Известно также, что в ряде регионов в юго-восточной части Тихого океана накапливаются современные металлоносные гетито-вые или кремнисто-гетитовые илы (Ю А Богданов и др, 1979)
Отметим также, что последовательная смена минеральных парагенезов в куполовидной залежи хоперского горизонта напоминает зональное строение низкотемпературных наземных гидротермалитов Ку-рило-Камчатского региона, в которых монтморилло-нитовая зона вверх по разрезу сменяется каолинит-галлуазитовой с опалом и сульфатами (П П Тимофеев, С И Набоко и др , 1979, И Б Словцов, 1994) Правда, накопление гидроксидов железа непосредственно в местах разгрузки термальных вод в этом регионе не отмечается Здесь скопления лимонито-вых руд появляются в ручьях и реках на склонах вулканов, а также в местах их впадения в море [11] При этом хемогенно-осадочные лимонигы почти не содержат терригенных примесей (что сближает их с хоперскими гетитовыми рудами)
На примере строения разрезов горизонта у хут Лобачи [26] намечаются два последовательных этапа формирования его осадочных пород начальный, когда в местах разгрузки восходящих растворов при
соприкосновении с морской водой формировались железные руды (обнажения I, IV), и завершающий, при котором в термовыводящих каналах (в основном в обнажении I и в возникшем позже обнажении II) циркулировали кремниевые гели, которые способствовали масштабному поступлению 8Ю2 в осадочный бассейн, а также кольматировали опалом подводящие каналы на заключительной стадии Смена химизма восходящих растворов (хлоридных, гидрокарбонатных, сульфатных), приводящая к формированию различных минеральных парагенезов, а также кольмата-ция опалом каналов их циркуляции — обьгчные явления для современных гидротермальных систем [10]
Сернокислотные растворы, участвующие в формировании линз хоперских галлуазитовых глин с сульфатами в парагенезе с опалитами, формировались, вероятно, в местах разгрузки сероводорода при его окислении, подобно процессам, происходящим в гидротермальных системах Курило-Камчатского региона [13] Рассеянная циркуляция восходящих флюидов в пределах ряда термальных площадок способствовала окремнению слагающих ложе хоперского горизонта пород (например, известняков и песков в обнажении V, рис 2), что также характерно для современных гидротерм [10]
Температура восходящих термальных растворов В образцах из опалитовых даек и наддайковых куполовидных тел (образовавшихся в местах разгрузки растворов на дне моря) пока не удалось обнаружить газо-во-жидкие микровключения, позволяющие определить палеотемпературу их образования с привлечением методов гомогенизации или декрипитации В настоящее время о температуре хоперских гидротерм пока можно судить лишь по ряду косвенных данных В частности, обилие округлых пузырьковых пустот в опалитовых дайках свидетельствует о вскипании термального раствора при подходе флюида к устью трещины прорыва Здесь и происходил сброс избытка кремнезема при снижении температуры и давления Отметим также, что на Камчатке температура современных термальных растворов, которые участвуют в образовании пород, похожих на хоперские (опалитов, алюмосульфатов, галлуазитовых и смектитовых глин), не превосходит 100—110° С [10]
Существуют геохимические критерии разделения высокотемпературных (гидротермальных) и низкотемпературных (гидрогенных) термальных систем по содержанию малых элементов [23] При такой классификации поля гидрогенных металлоносных осадков характеризуются повышенными концентрациями Си, N1, Со, а гидротермальным образованиям свойственно низкое содержание и резкое фракционирование Ре и Мп Железные руды на участке Лобачи имеют повышенное содержание N1 и Си с устойчивой корреляцией между Мп и Ре [26], их формирование не сопровождалось возникновением ангидритовой зоны, характерной для высокотемпературных (>300°) гидротермальных построек [27] По этим формальным при-
знакам хоперские термальные растворы можно отнести к гидрогенным образованиям Преобладание количества Тп над Си (среднее содержание 212 и 16 г/т соответственно) может быть следствием кратковременного формирования купола [6]
Выше отмечалось, что хоперские железные руды нередко подвергались вторичным преобразованиям В связи с этим важно определить, насколько сильно наложенные гипергенные процессы изменили первичную геохимическую характеристику пород и можно ли для установления палеотемператур привлекать вышеотмеченные геохимические критерии В пользу вывода об относительно слабом гипергенном преобразовании пород хоперского горизонта свидетельствует частичное сохранение пирита (в опалитовых дайках и железных рудах) и частое присутствие примеси цеолитов в хоперских породах В целом толщи трепелов, опок, глиноподобных фосфоритов и глин, слагающие основную часть хоперского горизонта, плохо проницаемы для циркуляции подземных вод в породах, следовательно, вторичные их преобразования проявлялись локально
Требуют объяснения и находки графита мелкопесчаной размерности (вместе с самородным железом и пиритом) в составе акцессориев в опалитовых дайках и наддайковых железных рудах [26] Известно, что образование пирита и самородного железа происходит в большом диапазоне палеотемпературы — от закритических до обычных, характерных для поверхностных вод По-иному обстоит дело с графитом, формирующимся при температуре не ниже 500° С (Д О Онтоев, 1955) Однако трудно допустить, что его образование осуществлялось на дне моря в зоне разгрузки гидротерм при закритических температурах вместе с сульфидами, которые в эпигенезе окислились и заместились гетитом Находки графита пока не обнаружены ни в современных гидротермальных системах областей вулканизма (включая черные курильщики с температурой до 300—400° С), ни за их пределами в местах циркуляции вадозных, термальных растворов обычно с температурой до 60—100° С Поэтому вероятнее предположить глубинное происхождение графита и механический подъем его мелких частичек к поверхности с восходящими флюидами
Палеогеография и генезис хоперского горизонта
Обычно считают, что в верхнем мелу и палеогене осадконакопление на юго-востоке Воронежской ан-теклизы происходило в морском заливе (рис 2), который с запада отделялся от акватории моря Воронеж-ско-Щигровско-Кантемировским поднятием, а с востока — невысоким и пологим Фроловско-Тамбовским выступом [20, 21] При этом отмечают, что на рубеже мела и палеоцена произошла временная регрессия моря, что отразилось в проявлении перерыва в осад-конакоплении и привело к латеритному выветриванию обнажившихся верхнемеловых карбонатных пород, карстообразованию и формированию хоперского горизонта Длительность этого перерыва на раз-
ных участках была различной и охватывала диапазон от сеномана или сантона до верхнего палеоцена или эоцена
Главные особенности строения переходных слоев между отложениями мела и палеогена в местах формирования хоперского горизонта на юго-востоке Воронежской антеклизы приведены на рис 3 Наши исследования не подтвердили существования здесь раннепалеогеновой суши и свидетельствуют, что перерыв осадконакопления в это время проявился в морском заливе Ранее было показано, что глинистый покров, залегающий на поверхности верхнемеловых карбонатных пород, представлял собой не кору выветривания, а подводный элювий (местами частично измененный в эпигенезе), карстообразование происходило на дне моря и породы горизонта следует относить к морским хемогенным гидротермально-осадочным образованиям, метасоматитам и карстовому ин-флювию Отсутствие существенных скоплений терри-генного каолинита в палеоцен-нижнеэоценовых комплексах пород (хоперском горизонте, отложениях сумской серии и вышележащей каневской свите) не позволяет предполагать существование раннекайно-зойских каолиновых кор выветривания в древних источниках сноса Появление в ряде разрезов пятнистых выделений и небольших линз аллофан-галлуази-товых пород с сульфатами (иногда с минералами свободного глинозема) связано с процессами сернокислотного выветривания
Находки позднепалеоценовой фауны в составе осадочного комплекса пород хоперского горизонта [26] позволяют включить их в состав сумской серии Последняя в ряде разрезов подразделяется на свиты 1) бузиновскую, преимущественно песчано-алеврито-вую, и 2) вышележащую вешенскую, опоковидно-глинистую [21], которые в настоящее время датируются зеландским и танетским ярусами соответственно Согласно данным исследований [4, 20], в прибрежных фациях морского залива, существовавшего на юго-востоке Воронежской антеклизы, где накапливались осадки сумской серии (мощностью до 20— 25 м), доминировали глауконит-кварцевые пески с линзами кварцитовидных песчаников (рис 1) В центральной и восточной частях залива они сменялись преимущественно глинистыми породами (нередко опоковидными с примесью цеолитов) В глинистых фациях сумской серии также содержатся линзы алевритов и песков (преимущественно в основаниях разрезов), на фациальной карте (рис 1) эти обломочные породы показаны узкими полосами вне масштаба
Глины сумской серии сложены монтмориллонитом и иллитом (включая их смешанослойные образования) с примесью каолинита, гидрослюд, а также нередко глауконита и клиноптилолита [4], местами к ним приурочены месторождения бентонитов (Никольское, Подгорное, Манино и др ) Предполагают, что с прилегающей низменной равнины в морской залив поступал глинистый иллит-смектитовый терри-генный материал, который в диагенезе обогащался смектитом за счет трансформации первичных минералов [4] С А Калуцкая [12] связывает образование бентонитовых глин с изменением вулканокластики
X • Г 1 1 Л /Ч <>999 '//////у — 1— 0
• X • 1 Л ХХХ> У//////, = [=1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Рис 3 Схема строения пограничных слоев между мелом и палеогеном 1 — пески, 2 — кварцитовидные песчаники, 3 — писчий мел, мергели, 4 — глины, 5 — опоковидные глины с фауной, б — трепелы, опоки, местами фосфатизированные, с линзами глин и фосфоритов, 7 — осадочные гетитовые руды, 8 — метасоматиты железистые, кремнистые, фосфатные, 9 — инфлювий (глины, гетитовые железные руды, местами фосфориты, трепеловидные породы), 10 — глинистый покров на поверхности верхнемеловых карбонатных отложений, 11 — опалитовая дайка, 12 — опалитовая дайка с булавообразным раздувом в кровле, 13 — микрофауна, индексы литолого-стратиграфических подразделений К21 — турон, К2бп — сантон, -Р^т — сумская серия, -РпсЬ — хоперский горизонт, -Р2'кп — каневская свита
на дне моря В В Наседкин (2001) хотя и отмечает присутствие в характеризуемых глинах небольшой примеси вулканического пепла, однако, учитывая свежий облик пирокластики, не разделяет мнение о их вулканогенной природе
Иногда также предполагают, что в щелочных морских водах поступавший с суши каолинит преобразовывался в монтмориллонит, поэтому его мало содержится в нижнекайнозойских отложениях Однако для подобного процесса требуется наличие ультращелочных вод (например, эвапоритовых бассейнов или содовых озер), которые в характеризуемую эпоху на юго-востоке Ворнежской антеклизы не встречались Устойчивость терригенного каолинита в морских водах нормальной солености на примере распределения этого минерала в осадках Атлантического океана рассмотрена в публикациях В А Ерощева-Шака (1961—1962), а также в работах многих других авторов
В центральной и восточной частях танетского морского залива синхронно с накоплением существенно глинистых толщ сумской серии на отдельных изолированных участках характер осадконакопления резко менялся (рис 3) Здесь формировались хоперские хемогенно-осадочные породы (железные руды, трепелы, опоки), местами содержащие залежи фосфоритов, а иногда линзы органогенных известняков (на участке Лобачи)
По мнению авторов статьи, основная причина их формирования — точечная разгрузка минерализованных восходящих термальных растворов в тектонически активных участках на дне бассейна Следы циркуляции таких растворов в верхнемеловых отложениях обозначены вертикальными опалитовыми инъекционными кластическими дайками, полостями кольма-тационного карста и метасоматитами Учитывая находки танетской фауны в осадочных разностях пород хоперского горизонта [26], их следует коррелировать с сумской серией (с верхней ее частью — вешенской
свитой), в которой они образуют крупные линзопо-добные тела Время разгрузки термальных растворов на дне моря не оставалось постоянным В частности, остатки фораминифер из дайковых опалитов в обнажении II принадлежат к зоне Р4, а остатки фораминифер, присутствующие в опалитовых метасоматитах обнажения V, — к зоне не древнее Р5
Наши исследования подтвердили выводы И И Шипилова и Р В Красенкова с соавторами (1973), которые по результатам геолого-съемочных работ установили, что железные руды часто не слагают выдержанных пластовых тел (как считалось ранее), а образуют линзы переменной мощности, в которых содержание железа резко меняется По мнению указанных ученых, приводимые Н X Платоновым данные о запасах хоперских железных руд сильно завышены Обычно железные руды в форме небольших тел накапливались лишь у мест разгрузки растворов, а соединения кремнезема разносились с морскими водами на сотни метров, способствуя возникновению более выдержанных хемогенно-осадочных толщ трепелов или опок При еще большем удалении от источников разгрузки растворов в водах уменьшалась концентрация соединений кремнезема и других компонентов и формировались глинистые илы с планктоном (отложения сумской серии)
Породы хоперского горизонта накапливались в тектонически активных участках Воронежской антеклизы В фундаменте здесь прослежены крупные меридиональные глубинные разломы (Урюпинский и Мигулинско-Новохоперский) с сериями оперяющих тектонических нарушений Активные движения по этим разломам неоднократно возобновлялись на протяжении фанерозоя (включая и кайнозойскую эпоху), а в позднем девоне они сопровождались масштабными излияниями базальтов вдоль зоны Мигулинско-Новохоперского разлома (И Н Быков, 1975)
В целом отметим, что источником масштабного поступления растворимых соединений кремния и железа в морской залив, участвующих в образовании хоперского горизонта, могли быть лишь минерализованные восходящие термальные воды Окружающая танетский залив древняя суша (обычно сложенная с поверхности мел-мергельными породами или кварцевыми песками и не имеющая признаков глубокого латеритного химического выветривания) не могла служить массовым поставщиком растворимых соединений железа, кремния, фосфора
В эоцене активная гидротермальная деятельность в характеризуемом морском заливе прекратилась Здесь последовательно накапливались преимущественно терригенные отложения бучакской, каневской, киевской и харьковской свит общей мощностью до 50-60 м [20]
В олигоцене море отступило, и до настоящего времени на данной территории накапливаются континентальные отложения В это время в осадочном чехле активизировались процессы гипергенеза С ними связано дальнейшее разрастание мощности глинистого покрова на поверхности меловых карбонатных пород, окисление сульфидов и сернокислотное выветривание глин, возникновение гетитового цемента в песчаниках, местами происходило ожелезне-ние кровли меловых карбонатных пород и венчающих их покровных глин. С этими процессами связывают также формирование кремнистого цемента в кварци-товидных палеогеновых песчаниках, окремнение глин, разрушение цеолитов [28, 29]
Отметим, что породы хоперского горизонта, фиксирующие пограничные слои мела и палеогена, расположены на границе различных комплексов пород (верхнемеловых карбонатных и палеогеновых терри-генных) Это способствовало возникновению здесь геохимического барьера и усиливало процессы вторичного минералообразования Последние нуждаются в дальнейшем изучении Однако все они носят локальный характер и лишь усложняют минеральный состав охарактеризованных выше первичных пород, мало изменяя главные черты их строения и состава
Обсуждение результатов
В результате исследований установлено, что при образовании пограничных слоев между мелом и палеогеном на юго-востоке Воронежской антеклизы действовала большая группа разнотипных процессов седи-менто- и литогенеза Наиболее важные события, определившие главные особенности этих процессов 1) перерыв в морском осадконакоплении и формирование на дне залива глинистого подводного элювия на поверхности мергельно-меловых пород, 2) активное участие в палеоценовом осадконакоплении и породо-образовании вадозных гидротерм, способствовавших накоплению различных хемогенных пород, 3) явления метасоматоза, 4) образование гидротермокарста и
формирование инфлювия Эти события подтверждают проявление на рубеже мела и палеогена в пределах евразийских платформ этапа преобладания обстановки растяжения земной коры [25]
Предлагаемая авторами гидротермально-осадочная гипотеза объясняет главные особенности строения, минерального состава и генезиса хоперского горизонта К ним относятся
1) причина подавления в отдельных участках та-нетского морского залива терригенного осадконакоп-ления и формирование здесь различных по составу хемогенных пород (опалитов, железных руд, трепелов, опок, фосфатов) при сходной ландшафтно-климати-ческой обстановке,
2) факты появления в основании хоперского горизонта даек опалитов, обозначающих каналы циркуляции и разгрузки восходящих термальных растворов или образование кольматационного карста,
3) интенсивный метасоматоз карбонатных пород в основании,
4) неблагоприятная обстановка для жизнедеятельности морских организмов в местах разгрузки минерализованных термальных вод и расцвет планктона на удалении от этих очагов, где концентрация солей снижалась
Вместе с тем ряд вопросов требует дальнейшего разрешения, в частности вопрос об источниках термальных флюидов Последние (с учетом небольшой мощности осадочного чехла, не превышающей на юго-востоке Воронежской антеклизы 600—700 м), не могли иметь элизионное происхождение Они, вероятно, возникали в зонах разуплотнения кристаллического фундамента на больших глубинах и поднимались к поверхности по зонам разломов В настоящее время на территории Восточно-Европейской платформы термальные воды с температурой до 100 °С залегают на глубине 3—6 км (В А Покровский, 1962). Обогащение вод кремнеземом на таких глубинах — явление достаточно обычное
Сложнее выяснить причину возникновения железистых растворов В последнее время разрабатывается гипотеза, согласно которой месторождения платформенных осадочных железных руд формировались в зонах катагенной разгрузки подземных вод [17] Показано, что на Воронежской антеклизе (в пределах КМА) восходящие термальные растворы способствовали вторичному ожелезнению юрских отложений (Ю Г Цеховский и др , 2002), а с вулканогенно-гид-ротермальной деятельностью связывают образование девонских оолитовых железных руд (И М Милеева, 2000)
Выводы о влиянии глубинных восходящих флюидов на минералообразование в молодом осадочном чехле Воронежской антеклизы подтверждаются исследованиями АД Савко и ВТ Шевырева (2001) Эти авторы отмечают обогащение мезозойских и кайнозойских отложений ультратонким золотом с сопутствующими интерметаллидами (Си, РЬ, Ъл, N1, Бп, Сг
и др ) и летучими компонентами (Н§, Ав, БЬ, Т1, Те) в местах разгрузки флюидов
Покатакже? нельзя:' исключить возможную связь палеоценовых термальных растворов с магматическим очагом На юге Воронежской антеклизы самые молодые базальты по К—Аг-методу имеют возраст 74 млн лет [22] На севере Восточно-Европейской платформы (у г Плисецка) установлен их позднеоли-гоценовый возраст (27±1,6 млн лет по К—Аг методу) [7] В южных районах Воронежской антеклизы и в местах ее сочленения с Прикаспийской впадиной ряд авторов, основываясь на изучении скоплений вулканических пеплов и бентонитовых глин, допускают проявления позднепалеоценового и более молодого вулканизма [12, 16]
Таким образом, при дальнейшем изучении переходных слоев между мелом и палеогеном на характеризуемой территории требуется однозначно устано-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Аскоченский Б В Бокситизация верхнемеловых отложений на юго-востоке Воронежской антеклизы // Литология и полезные ископаемые 1970 № 3 С 65—73
2 Аскоченский Б В, Семенов ВП Кора выветривания карбонатных пород верхнего мела Воронежской антеклизы Воронеж, 1973
3 Архангельский АД К вопросу об условиях образования хоперских железных руд//Бюл МОИП 1933 Т XI (1) С 72-77
4 Бартенев В К Литология и фации сумской свиты Воронежской антеклизы // Вестн ВГУ Сер геол 1999 № 7 С 44-51
5 Бушинский Г И Литология меловых отложений Дне-прово-Донецкой впадины М , 1954
6 ГричукДВ Модель образования колчеданного рудного тела в субмаринной гидротермальной системе // Модели вулканогенно-осадочных рудообразующих систем СПб , 1999 С 80-82
7 Данилов М А, Юшкин НП Первая находка олигоце-новой лавы с самородным железом на севере Русской платформы//Докл АН СССР 1979 Т 249 №6 С 1430-1432
8 Дубянский А А Ископаемый карст среди верхнемеловых отложений // Бюл МОИП Отд геол 1937 Т XV (4) С 297-323
9 Ежов Ю А, Лысенин Г П, Андрейчук В Н и др Карст в земной коре распространение и основные типы Новосибирск, 1992
10 Ерощев-Шак В А Гидротермальный субповерхностный литогенез Курило-Камчатского региона М , 1992
11 Зеленое К К Гидротермы активных вулканов Курильской гряды как источник накопления железа и алюминия в морских бассейнах // Вопросы вулканизма М , 1962 С 63-66
12 Калуцкая С А Вулканогенное происхождение бентонитов палеогена и неогена воронежской антеклизы // Новое в современной литологии М , 1981 С 88—91
13 Кальдерные микроорганизмы М , 1989
14 Кутырев Э И, Михайлов Б М, Ляхницкий Ю С Карстовые месторождения Л , 1989
вить источники термальных вод (участвующих в их образовании), более точно определить их температурные параметры и химизм растворов, получить полные геохимические характеристики для различных типов пород, необходимы также дополнительные исследования эпигенетических процессов Нуждается в самостоятельном рассмотрении и проблема генезиса хоперских фосфоритов и сантонских опок (местами подстилающих хоперский горизонт)
В заключение авторы выражают благодарность В И Муравьеву, Л Е Штеренбергу, В А Ерощеву-Шаку за помощь в исследованиях и ценные консультации, а также О А Корчагину, В А Крашенинникову и В Н Беньямовскому, определившим микрофауну в хоперских осадочных породах Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, фант № 04—05— 64045
15 Муравьев В И, Цеховский Ю Г, Каледа КГ, Бабушкин ДА Минеральные парагенезы и генезис пород хоперского горизонта (палеоцен, Восточно-Европейская платформа) // Бюл МОИП Отд геол 1996 Т 71 Вып 6 С 79-95
16 Муравьев В И, Цеховский Ю Г, Ахлестина ЕФ и др Вулканические пеплы базальтового состава из палеоценовых отложений Южного Поволжья // Литология и полезные ископаемые 1997 № 3 С 327—330
17 Павлов Д И, Карцев А А Зоны катагенной разгрузки подземных вод в нефтегазоносных бассейнах и осадочный рудогенез // Геология рудных месторождений 1995 Т 37 № 2 С 122-131
18 Платонов НХ Геологическое строение Хоперского района М, 1958
19 СавкоАД Глинистые породы верхнего протерозоя и фанерозоя Воронежской антеклизы Воронеж, 1988
20 Савко АД, Мануковский СВ, Мизин А И и др Литология и фации донеогеновых отложений Воронежской антеклизы Воронеж, 2001
21 Семенов ВП Палеоген Воронежской антеклизы Воронеж, 1965
22 Скаржинский В И, Билоконь В Г, Кузнецова С В и др Проявления альпийского вулканизма Воронежского массива // Докл АН УССР Сер Б Геология, геофизика, химия и биология 1973 № 1 С 46—48
23 ТороховМП Количественное определение привнесенных металлов методом нормализации на примере металлоносных осадков ВТП // Модели вулканогенно-осадочных рудообразующих систем СПб, 1999 С 56—58
24 Цеховский Ю Г Седименто- и литогенез гумидных красноцветов на рубеже мела и палеогена в Казахстане М , 1987
25 Цеховский Ю Г, Ахметьев МА Ландшафты, осадко-накопление с элементами геодинамики контрастных эпох тектогенеза (на примере Евразии) Ст 1 Ларамийская эпоха // Бюл МОИП Отд геол 2003 Т 78 Вып 1 С 3-15, Ст 2 Пиренейская эпоха и ее сравнение с ларамийской // Там же Вып 2 С 13—21
26 Цеховский ЮГ, Карпова ЕВ, Милеева ИМ и др Седименто- и литогенез в пограничных слоях мела и палеогена на юго-востоке Воронежской антеклизы Ст 1 Строение и состав пограничных слоев // Вести Моек ун-та 2005 №2
27 Черкашев ГА, Жирное ЕА, Степанова ТВ, Мозгова НН Зональность и модель формирования океанских сульфидных построек (по материалам глубоководного бурения) // Модели вулканогенно-осадочных рудообразующих систем СПб, 1999 С 141-142
28 Шамрай И А Кремнистые породы юго-востока Русской платформы и условия их образования // Литология и полезные ископаемые 1965 № 2 С 19—27
29 Шамрай ИА, Орехов С Я, Кохановский П П Осадочные мел-палеогеновые цеолиты юга Русской платформы и их гипергенные изменения // Минералого-петрографи-ческие и геохимические исследования на Северном Кавказе и в Донбассе Ростов н/Д , 1972 С 10—19
Поступила в редакцию 10 02 2004
УДК 553 9 (091)
А.Я. Архипов, O.K. Баженова, Ю.К. Бурлин, А.Н. Гусева, Е.Е. Карнюшина, М.К. Иванов, Н.В. Пронина, Н.П. Фадеева
60 ЛЕТ РАЗВИТИЯ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ КАФЕДРЫ ГЕОЛОГИИ И ГЕОХИМИИ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Истоками современной школы геологии и геохимии горючих ископаемых в Московском университете можно считать основополагающие работы выдающихся профессоров университета А П Павлова, определившего основные направления региональных исследований в России, особенно в ее европейской части, и В И Вернадского, целый ряд работ которого связан со значением живого и отмершего вещества в общем круговороте вещества в истории литосферы Земли
Начало же целенаправленному изучению в МГУ геологии нефти и газа, а затем и ископаемых углей положил выдающийся геолог-нефтяник Игнатий Осипович Брод (1902—1962), по инициативе которого на геолого-почвенном факультете МГУ в марте 1945 г была открыта кафедра геологии газа Позже она была переименована в кафедру геологии нефти и газа, а затем с включением твердых горючих ископаемых и развитием геохимии — в кафедру геологии и геохимии горючих ископаемых
С именем И О Брода связано создание учения о нефтегазоносных бассейнах как основных единицах нефтегазогеологического районирования территорий Нефтегазоносные бассейны представляют собой крупные области прогибания земной коры, которые выполнены осадочными толщами, определяющими процессы генерации углеводородов и формирования их скоплений Им была разработана первая классификация нефтегазоносных бассейнов, предложен системный анализ оценки перспектив их нефтегазоносное™, детально изучены типы залежей нефти и газа
И О Брод объединил талантливых геологов — И В Высоцкого, В Б Оленина, А М Серегина, Б А Соколова, составивших ядро коллектива кафедры и на долгие годы определивших приоритетные на-
правления исследования в области геологии нефти Отражением их деятельности стало появление первой в мире монографии "Нефтегазоносные бассейны земного шара" (1965)
И О Брод был прекрасным организатором не только учебного процесса и научных исследований, но и опытным созидателем научно-исследовательских подразделений за пределами МГУ (Северо-Кав-казская экспедиция, Комплексная Южная геологическая экспедиция, в работе которых принимали участие сотрудники, студенты и аспиранты кафедры), на этой базе позже возникла ВНИИЗарубежгеология Были организованы и вели исследования кафедральные геологические отряды в центральных районах европейской части России, на Северном Кавказе и в Предкавказье, в западных районах Туркмении и Казахстана, Фергане, в Приамурье, на Камчатке и Чукотке, в Западной Сибири
В 1949 г по инициативе И О Брода, понимавшего, что вопросы происхождения нефти невозможно разрешать без знания химических и биохимических процессов, на кафедру были приглашены химик-органик А Н Гусева и биолог М А Мессинова С их появлением на кафедре возник новый фундаментальный курс "Геохимия горючих ископаемых", стали проводиться лабораторные исследования нефтей В 60-е годы прошлого века коллектив химической лаборатории пополнил И Е Лейфман Исходное вещество горючих ископаемых исследовалось в битуминологической лаборатории под руководством основателя этого направления профессора В Н Флоровской
Основоположником литологических исследований на кафедре был профессор И А Конюхов (1911— 1972) Под его руководством создана лабораторная база для проведения литологических научных иссле-
