CC BY
38
УДК 552.55(470.61)
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД КИЕВСКОГО ЯРУСА ЭОЦЕНА ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА И ЮЖНОГО КРЫЛА ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ
© 2012 г С.Ю. Харченко
Харченко Станислав Юрьевич - аспирант, геолого- Kharchenko Stanislav Yuryevich - Post-Graduate Student, географический факультет, Южный федеральный универси- Geological Faculty, Southern Federal University, Zorge St., тет, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, e-mail: stani- 40, Rostov-on-Don, 344090, e-mail: stanislav_khr@mail.ru. slav_khr@mail. ru.
Рассмотрены условия, способствовавшие накоплению мощных толщ кремнистых пород. Определены структурно-тектоническая обстановка, способ осаждения кремнезема и источник кремнистого вещества, существовавшего в киевское время. Выявлены различия в условиях накопления и осадкообразования кремнистых толщ в пределах Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы. Установлен основной источник и генезис кремнистых пород. Основным источником кремнистого вещества служил кремнезём, растворенный в резервуаре Мирового океана, а поглощали и осаждали кремнезём организмы с кремниевой функцией.
Ключевые слова: диатомит, опока, биогенный, эоцен, киевский ярус, Восточного Донбасс, южное крыло Воронежской антеклизы.
The article deals with the conditions contributed to the accumulation of thick layers of siliceous rocks. Determined by structural and tectonic setting, the method of deposition of silica and silica source material that existed in Kiev time. The differences in the accumulation of sediment and siliceous strata within the Eastern Donbas the Southern Wing of the Voronezh Anteclise. The basic source and genesis of siliceous rocks. The main source of siliceous material was a silica dissolved in the ocean tank, and absorbed and precipitated silica siliceous microorganisms.
Keywords: diatomite, flask, biogenic, Eocene, Kiev Stage, Eastern Donbass, Southern Wing of the Voronezh Anteclise.
Общий ход эоценового осадкообразования и осад- становки, способа осаждения кремнезема и источни-конакопления в киевское время на рассматриваемой ков кремнистого вещества, существовавших в эоце-территории зависел от структурно-тектонической об- новое время. Определение этих трех факторов позво-
лит установить, в каких условиях происходило образование кремнистых пород киевского яруса эоцена.
К настоящему времени структурно-тектонический характер данной территории уже достаточно выяснен [1, 2]. Выделены крупные надпорядковые тектонические структурные формы (Украинский щит, Русская платформа, Скифская плита), несомненно, повлиявшие на степень распространения эоценового бассейна [2, 3].
Крупная надпорядковая структура - Украинский щит захватывает большой регион к западу от рассматриваемой территории. Однако своим восточным погружением щит вдается в пределы Донецкой складчатой области. Открытая часть Донецкой складчатой области в эоценовую эпоху, несомненно, являлась возвышенной территорией и служила источником поступления обломочного материала в эоценовый бассейн [2, 4].
Русская платформа захватывает рассматриваемый регион только своими юго-восточными краями и представлена южной частью Воронежской антеклизы, которая отграничиваются с юга Донецкой складчатой областью. Фундаментом платформы служат дислоцированные кристаллические породы архея и протерозоя. Покровом платформы являются мощные, мало-дислоцированные осадочные формирования девона, карбона и перми; последние, в свою очередь, перекрываются сравнительно маломощными слоями ме-зокайнозоя, нередко с очень глубокими размывами в их контакте. Начиная с эоцена вся территория южного крыла Воронежской антеклизы покрывается морским бассейном [2].
К востоку, на погружении Воронежской антекли-зы, развиваются тектонические формирования, основной структурой которых является Доно-Медведицкий вал, прослеживающийся почти в меридиональном направлении. Сильный, нередко вплоть до каменноугольных отложений, размыв осадочного чехла Доно-Медведицких поднятий указывает на существование движений в предэоценовое время, однако в эоцене положительные движения затухают, и на территории Доно-Медведицкого вала устанавливается морской режим. В итоге влияние Русской платформы на эоценовый бассейн было минимальным [2, 4].
С юга к территории исследования своей северной оконечностью примыкает северное крыло Азово-Кубанской впадины, которое является северной оконечностью Скифской плиты. В эоценовое время Азо-во-Кубанская впадина, как и вся Скифской плита, продолжала являться областью усиленных тектонических движений, главным образом отрицательного порядка. Погружение, особенно в пределах Азово-Кубанской впадины, в эоцене было очень значительным, что обусловило формирование мощных накоплений [2].
На данный момент нет единого мнения по вопросам происхождения и условий образования кремнистых пород. Одним из наиболее распространённых является представление о первично-органогенной природе си-лицитов. Впервые оно было высказано в 1925 г. Я.В. Самойловым и Е.В. Рожковой, а впоследствии поддержано и развито Н.М. Страховым, Г.И. Бушин-ским, У.Г. Дистановым, В.И. Гречиным и др.
Биогенная концепция основана на данных о геохимии кремнезёма. Растворимость свободного кремнезёма в воде при температуре 0-25 °С и величине рН от 1 до 8 составляет 100-140 мг/л [5], а при более высоких температурах и рН среды растворимость двуокиси кремния ещё более возрастает. Поскольку в мезозойских и кайнозойских, включая современные, морях и океанах кремнезём в виде ионных растворов содержится в количестве 0,5-3 мг/л, а в речных водах - 10-20 [5], то очевидно, что в природных водоёмах насыщения двуокиси кремнезёма не происходит, а следовательно, выпадение этого соединения в осадок невозможно. В этих условиях реальным оса-дителем кремнезёма можно считать только организмы с кремниевой функцией, которые поставляют после гибели свои кремнистые скелеты в осадок. Данный вывод подтверждается проведёнными исследованиями на территории Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы.
Кремнистые породы южного крыла Воронежской антеклизы представлены в основном диатомитами, глинистыми диатомитами и смешанными терригенн-но-спонголито-диатомитовыми породами. Диатомиты образовались за счёт отмирания диатомовых водорослей и захоронения их кремнистых скелетов на дне бассейна седиментации. Диатомовые водоросли -наиболее распространённая группа водорослей, составляющая четверть биомассы Земли [6]. Диатомовые водоросли населяют пресные и различной степени солёности водоёмы, однако встречаются и безводные виды. Выделяются планктонные и бентосные формы. Глубина обитания бентоса не превышает 50 м, планктона - до 100 м.
Залежи диатомитов южного крыла Воронежской антеклизы образовывались в условиях мелководного морского бассейна с нормальной солёностью, так как основная масса диатомитов сложена морскими соло-новодными диатомеями различной сохранности и в меньшей степени спикулами кремнистых губок, местами встречаются отдельные фрагменты тел кремнистых губок. Типы губок, известных с докембрия, насчитывают более 5000 видов. Все они водные, большей частью морские одиночные и колониальные организмы, ведущие прикреплённый образ жизни. В зависимости от вещества выделяют известковистые губки, скелет которых состоит из углекислого кальция, и кремнистые, использующие кремнезём. Последние обитают на глубинах до 600 м [6].
Обломочный материал представлен чешуйчатым глинистым веществом (слюды, монтмориллонит), а также кварцем и глауконитом алевритистой размерности, в отдельных образцах отмечаются цеолиты. Карбонатная примесь распространена мало и представлена остатками пластинок морских кокколитофа-рид, а в некоторых образцах карбонатное вещество и вовсе отсутствует. Малое количество известковых микроорганизмов и присутствие остатков брюхоногих моллюсков родов Ыайса и СгсИпа указывают на теп-ловодность бассейна со среднегодовой температурой, не превышающей 20-25 °С, так как для интенсивного развития морских кокколитофарид необходима стабильная температура выше 25 °С. При этом необходимо отметить, что моллюски названных выше родов
обитают в бассейнах с нормальной морской солёностью. На этот бассейн сильное влияние оказывали речные водные артерии. Этот факт подтверждается наличием довольно большого количества пресноводных речных диатомовых водорослей: Frinacria in-sperens witt и Frinacria Wittii A.S. и других среди основной массы морских солёноводных видов. Изредка в отдельных линзочках в диатомитах наблюдается буроуглистый шлам, присутствие которого указывает, что условия в водоём местами приобретали несколько заболачивающийся характер.
Необходимо также отметить, что в направлениях с севера на юг и снизу вверх происходит уменьшение содержания терригенных компонентов. Изменения количества терригенной компоненты по вертикали могло быть связано с тем, что в начале цикла накопления кремнистой толщи терригенный материал, поступавший в бассейн седиментации, ненамного уступал кремнезёму, который аккумулировался из морской воды организмами с кремнистой функцией. К концу эоценового цикла седиментации морская трансгрессия и степень продуктивности морских вод достигают своего максимума [6], такая ситуация привела к постепенному «подавлению» терригенной седиментации в пользу кремнистой биогенной седиментации. Уменьшение же содержания терригенной примеси в направлении к югу объясняется ослабевающим воздействием эоценовых речных систем или полным отсутствием их влияния за счёт, как уже отмечалось ранее, трансгрессии морского бассейна на север. Этот вывод также подтверждается повышением содержания остатков других микроорганизмов с кремнистой функцией, таких как радиолярии. Радиолярии являются типичными представителями морских микроорганизмов. Они отнесены к типу простейших, классу саркодовых и представлены более чем десятью тысячами видов, наиболее древние из которых известны с докембрия. Радиолярии - планктонные организмы, обитающие в воде с нормальной океанической соленостью на глубинах до 200350 м, а некоторые виды - до 600 м [6]. Радиолярии на границе река-море имеют подчинённое значение [6] и получают более широкое развитие в открытом морском солоноводном бассейне, не испытывающем сильного влияния пресных вод.
При переходе от отложений южного склона Воронежской антеклизы к отложениям Восточного Донбасса происходит изменение состава кремнистых пород. После установления вещественного состава было выявлено усиление роли терригенной и карбонатной составляющих. Кремнистые породы Восточного Донбасса представлены опоками и опоковидными породами.
В настоящее время вопрос о процессах приведших к образовыванию опок стоит довольно остро. Одни учёные придерживаются биогенной концепции, другие говорят о хемогенном происхождении, третьи утверждают, что ведущая роль в садке кремнезёма принадлежит вулканогенно-осадочной деятельности. В частности, У.Г. Дистановым [6] при изучении палеоценовых отложений Поволжья и Прикаспия было показано, что материалом для образования как диатомитов, так и опок послужил даитомитовый осадок, а переход от биоморфных разностей к криптокристаллическим связан с усилением агрессивности среды при удалении от
прибрежной зоны в сторону открытого моря, что привело к различной степени разрушения панцирей диа-томей. В.П. Казариновым и Ю.П. Казанским [7] на примере осадочных формаций Западно-Сибирской низменности была выдвинута концепция о том, что в условиях гумидного климата, в период максимального развития химического выветривания областей сноса и образования там кор выветривания, количество кремнезёма, поступающего в море, становится достаточным для хемогенной седиментации. Такая ситуация могла возникнуть во время максимума трансгрессии -начала регрессии. Абиогенная природа опоковидных кремнистых пород поддерживается Г.С. Дзоценидзе [8]. На основании изучения сеноманских опок, находящихся в ассоциации с бентонитами и туфовым материалом, был сделан вывод о вулканогенном происхождении силицитов в геосинклинальных областях. Источником кремнезёма служили гидротермы и бентонитовые глины, образованные за счёт разложения продуктов подводных извержений.
Описанные выше способы абиогенного происхождения опоковидных пород не вызывают сомнения в своей эффективности, когда речь идёт об образовании маломощных тел кремнистых пород [5]. Так, коагуляция в зоне выноса продуктов кор выветривания в морской бассейн электролитами золей кремнезёма невозможна ввиду необходимости пресыщения раствора, что труднодостижимо при химическом выветривании. В вулканических зонах при соприкосновении гидротерм, паров и газов с морской водой происходит образование гелей, концентрация кремнезёма в которых не превышает и половины от общего состава геля.
Изучение опок Восточного Донбасса показало, что они образовывались биогенным путём и только лишь после накопления толщи подверглись эпигенетическим преобразованиям. Изучение вещественного и химического состава, а также использование растрового электронного микроскопа (РЭМ) позволило установить, каким путями происходило образование первичной толщи кремнистого биогенного осадка и последующее её преобразование. В составе опок выделяются кремнистая компонента, представленная двумя формами полиморфной модификации кремнезёма - опал-кристобаллит (опал-К) и опал-кристобаллит-тридимит (опал-КТ). Перечисленные формы кремнезёма характерны в основном для биогенных осадочных образований [9], так как образование опала-КТ и опала-К возможно только из биогенного кремнезёма путём внедрения кристобаллита-тридимита в кристаллическую решётку. Такое внедрение приводит к образованию особой леписферной формы нахождения кремнистого вещества в породе. Обломочная часть представлена кварцем и глауконитом алевритовой размерности и достигает 10-15 % от состава породы. Повышенное содержание терригенных компонентов связано с увеличением роли суши, которая непосредственно располагалась рядом с бассейном седиментации. Косвенно этот факт подтверждается большим количеством глинистых минералов и указывает на сильное влияние открытой части Восточного Донбасса, сложенного тонкими глинистыми и алевритовыми компонентами. Присутствие цеолитов указывает на то, что кремнистая толща подверглась эпигенетическим преобразованиям.
Сочетание опал-КТ и опал-К с цеолитами указывает на их совместное образование из биогенного осадочного кремнезёма [9]. Цеолиты образовывались вместе с опал-КТ и опал-К при эпигенетических преобразованиях органогенной кремнистой толщи с постоянным подтоком алюмосиликатных гелей и кристаллитов глинистых минералов [9].
В составе опок отмечается довольно высокое содержание карбонатного вещества, представленного пластинками кокколитфарид, содержание которых редко превышает 30 % от объёма породы. Такое соотношение обусловлено тем, что кремнистые породы Восточного Донбасса образовывались в переходной зоне, где происходило постепенное повышение палеотемператур в южном направлении. Присутствие таких теплолюбивых форм пелиципод, как Lucina и Cyprina, потверждает, что воды эоценового моря обладали нормальной соленостью, и температура при этом не опускалась ниже 25 °С. Данный вывод также подтверждается существующим различным положением карбоната кальция и двуокиси кремния в фациальном профиле как современных, так и древних гумидных формаций, несмотря на одинаковую геохимическую подвижность этих соединений. В то время как СаС03 в пределах гумидных зон тяготеет к низким широтам с тёплым климатом, Si02 явно приурочивается к более высоким широтам с климатом холодным. Возможно, на процессы накопления кремнистых толщ сильное влияние могли оказать морские течения. Изучение современных процессов морской седиментации, проведённое H.G. Reading и С. Gorsline [10], показало, что на размещение и образование современных кремнистых толщ сильное влияние оказывают холодные морские течения. Была установлена приуроченность современных кремнистых осадков как к полосе высоких широт с низкой температурой морской воды, так и к полосе движения холодных течений в экваториальной зонах Тихого и Индийского океанов, где температура значительна выше, чем в умеренной и нивальной зонах.
Изучение микроструктур кремнистых пород Восточного Донбасса при помощи РЭМа позволило определить биогенную их природу. Первоначально кремнистый осадок состоял из кремнистых скелетов диатомовых водорослей и радиолярий, спикул и отдельных фрагментов кремнистых губок, которые при диагенезе подверглись эпигенетическим преобразованиям и замещению биогенного кремнезёма полиморфными опалом-К и опалом-КТ. При этом повышение разнообразия организмов с кремнистой функцией в первую очередь связано с более сильным влиянием морских вод из открытых южных и западных акваторий. На изображениях, получаемых электронным микроскопом, видно, как все текстурные элементы кремнистых организмов замещены леписфреными агрегатами и кристаллами кристобалита.
В пределах Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы в киевское время сложилась
Поступила в редакцию_
благоприятная ситуация для накопления мощных толщ кремнистых пород. В это время территория исследования характеризовалась стабилизацией тектонического режима. Происходит постоянная трансгрессия морского бассейна, покрывая не только территорию непосредственного исследования, но и северные склоны мегантиклинория Большого Кавказа, а также далеко вдавался на север в пределы Русской платформы [3, 4, 9]. Этот бассейн свободно сообщался с внешними более крупными акваториями Западной и Южной Европы [9, 11], Центральной Азии и Западной Сибири. Воды его имели нормальную океаническую соленость и отличались лишь незначительным повышением палеотемператур от 20-25 °С в северной части бассейна (южное крыло Воронежской антеклизы) и до 25-28 °С в южной части бассейна (Восточный Донбасс).
В заключение необходимо добавить, что эоцен является одним из возрастных максимумов накопления кремнистых осадков и распространения трансгрессии в мире.
Литература
1. Потапов И.И., Погребное Н.И. О тектоническом райо-
нировании территории Дона и Нижней Волги // Геология и полезные ископаемые бассейна Дона и Нижнего Поволжья. Ростов н/Д, 1962. 456 с.
2. Шамрай И.А. Палеоген Восточного Донбасса и северно-
го крыла Азово-Кубанской впадины. Ростов н/Д, 1964. 235 с.
3. Шамрай И.А., Кохановский П.П., Орехов С.Я. Геологи-
ческое строение Ростовской области и сопредельных территорий. Ростов н/Д, 1972. 388 с.
4. Матухин Р.Г. О генезисе кремнистых пород палеогена
юго-востока Восточно-Европейской платформы // Осадочные формации юга России и связанные с ними полезные ископаемые: материалы Всерос. науч. конф. Ростов н/Д, 14-18 марта 2011 г. Ростов н/Д, 2011. С. 53-57.
5. Байков А.А., Седлецкий В.И. Литогенез (мобилизация,
перенос, седиментация, диагенез осадков). Ростов н/Д, 1997. 447 с.
6. Дистанов У.Г., Аксёнов Е.М., Ведёрников Н.Н. Фанеро-
зойские осадочные палеобассейны России: проблемы эволюции и минерагении неметаллов. М., 2000. 321 с.
7. Казаринов В.П., Казанский Ю.П. Кремнистые породы.
Выветривание и литогенез. М., 1969. 400 с.
8. Дзоценидзе Г.С. Роль вулканизма в образовании осадоч-
ных пород и руд. М., 1969. 445 с.
9. Хардиков А.Э. Цеолиты Северного Кавказа. Ростов н/Д,
2005. 223 с.
10. Reading H.R. Sedimentary Environments and Facies. Se-
cond edition. Oxford, 2005. 628 p.
11. Рышков М.М. Кремнистые породы палеоцен-эоценовой
платформной формации Восточного Донбасса, Западного и Центрального Предкавказья: автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. Ростов н/Д, 1980. 19 с.
21 июня 2012 г.
