CC BY
34
Б.Ф. Горбачев, Г.П. Васянов, П.О. Аблямитов, A.B. Шишкин
Центральный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых, Казань
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ГИПЕРГЕНЕЗА НА ФОРМИРОВАНИЕ, СОСТАВ И СВОЙСТВА НЕРУДНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН
На территории Республики Татарстан изучалось влияние процессов гипергенеза на карбонатные, сульфатно-карбонатные, кремнисто-карбонатные породы, песчаники и конгломераты, фосфориты. Сделан вывод о целесообразности комплексного и полиаспектного изучения процессов и продуктов гипергенеза в целях рационального использования и охраны природных ресурсов.
Введение
Термин «гипергенез», введенный в отечественную геологическую науку в 1922 г., обозначает «.. .весь комплекс химических, био- и физико-химических явлений, которые протекают на границе между атмосферой и твердой земной оболочкой» (Ферсман, 1955).
Область развития процессов гипергенеза должна рассматриваться как приповерхностная часть литосферы, где «выведенные на земную поверхность. горные породы стремятся придти к равновесию с окружающей средой, подвергаясь воздействию как гипергенных (экзогенных), так и гипогенных (эндогенных) факторов» (Изучение..., 1995). Наряду с элювием и продуктами его ближнего переотложения формируются разнообразные инфильтраци-онные образования (иллювий), а также образования, генерированные воздействием подземных вод: нисходящих (вадозных), восходящих (артезианских, элизионных, юве-нильно-гидротермальных), квазигипергенных - возникающих при смешении нисходящих и восходящих вод.
Верхней границей области развития процессов гипер-генеза является земная поверхность, нижняя ее граница в зависимости от литологии субстрата и условий дренирования расположена на глубинах, ниже которых резко сокращается водообмен, отсутствует свободный кислород, затухают процессы гидролиза и коллоидообразования.
Изучению процессов выветривания, воздействия на породы подземных вод существенное внимание уделяли видные представители Казанской геологической школы (Кротов, 1931; Миропольский, 1950). Наряду с древними эпохами выветривания ими были выделены молодые (кайнозойские), оказавшие воздействие на выведенные к земной поверхности породы, возраст которых на территории Татарстана различен - от антропогена до верхней перми. Ими не отрицалась возможность наложения позднего выветривания на продукты более древних эпох гипергенеза.
Наибольший интерес вызывают эпохи, в течение которых продукты гипергенеза образуют залежи, представляющие интерес для организации их добычи в качестве полезных ископаемых. Формирование подобных залежей возможно лишь при существовании в течении достаточно длительного времени условий, сводящих к минимуму как их физическое разрушение, так и неприемлемую деградацию в них полезных свойств минерального сырья.
Можно полагать, что условия, наиболее благоприятствовавшие формированию и сохранению продуктов вы-
ветривания, имели место на территории Татарстана в позднем миоцене - раннем плиоцене, когда на Русской платформе преобладали процессы планации рельефа с выводом к поверхности различных горизонтов перми, юры и мела (Горелов, 1974). По мнению того же автора, на реликтовых участках позднемиоценовой - раннеплиоцено-вой поверхности выравнивания (современные водоразделы) в некоторых случаях отмечено присутствие маломощных карбонатных и глинисто-красноцветных кор, залегающих местами под плиоценовыми осадками. В Татарстане выделены три поверхности выравнивания, отвечающие крупным тектоно-климатическим этапам развития рельефа в кайнозое (Дедков и др., 2000).
Наиболее древняя из них - миоценовая представлена водораздельными плато с высотными отметками 280 -300 м и развита в Восточном Закамье, срезая не только слои татарского яруса, но и более молодых отложений, вплоть до эоцена и олигоцена.
Вторая, плиоценовая, денудационная поверхность (180 - 230 м) с пологосклоновыми останцами, характерная для Западного Закамья, срезает породы верхней перми и мезозоя, отличаясь от первой большей мощностью покровных отложений (раннеплейстоценовые делювиально -пролювиальные суглинки, неоплейстоценовые пески).
Условия весьма слабой механической денудации на водоразделах оказались благоприятными не только для сохранения реликтов древних поверхностей выравнивания, но и древних продуктов выветривания. Существование до наших дней реликтов двух более древних поверхностей выравнивания предопределило относительную сохранность присущих им продуктов гипергенеза, генерированных выветриванием (физическим и химическим), инфильтрацией и циркуляцией вод, развитием карста.
В связи с вышесказанным целесообразно приповерхностную часть осадочного чехла, расположенную ниже уровня поверхностей выравнивания, рассматривать в качестве зоны гипергенеза, в объеме которой горные породы (субстрат) затронуты указанными выше процессами в различных сочетаниях их интенсивностей. Мощность зоны варьирует в зависимости от суммарного влияния литоло-гических, геоморфологических, неотектонических и гидрогеологических факторов.
Особенность и своеобразие гипергенных процессов на территории Республики Татарстан заключаются в том, что они развивались и развиваются исключительно среди
^^т я ж »— научно-технический журнал
ШШ Георесурсы 4 (23)
осадочных образований: сульфатно-карбонатных, терри-генных, глинистых, кремнистых и фосфатных. Многие виды разновозрастных осадочных пород на территории Татарстана добываются и используются в качестве полезных ископаемых, ввиду этого изучение процессов гипер-генеза имеет и прикладное значение, поскольку они не только влияют на состав и свойства ранее генерированных полезных ископаемых, но и способны формировать некоторые специфические их виды (кальцитовый оникс, целестин, гипс - селенит) или же преобразовывать полезные ископаемые из одного вида в другой (ангидрит в гипс, песчаники и гравелиты в пески и гравий, доломиты в доломитовую муку - «сыпучку»).
Изучение процессов гипергенеза и их влияния на состав и свойства минерального сырья РТ проводилось на 30 объектах (карьерах) добычи неметаллических полезных ископаемых. Все они вынесены на обзорную карту и дифференцированы в отношении типов субстрата и видов гипергенных изменений (Рис. 1). При обследовании объектов много внимания уделялось наблюдениям литологических признаков (цвет, текстура, трещиноватость, прочность), наличию или отсутствию полостей, выполненных вторичными минералами, явлениям метасоматического замещения (окремнение, каль-цитизация, фосфатизация и пр.). В отобранных пробах изучалось содержание химических и минеральных компонентов, физико-механические свойства (механическая прочность, плотность, пористость).
1. Гипергенез в карбонатных толщах
Гипергенез в карбонатных толщах приводит в конечном итоге к преобразованию плотных пород в мучнистые продукты доломитового или кальцит-доломитового состава. Процесс этот протекает на поверхностных выходах карбонатных пород в связи с выветриванием, но может развиться на значительных глубинах под воздействием карстовых вод глубинной циркуляции (Быков, 1975). Кроме того, мучнистые продукты могут переотлагаться инфильтраци-онными водами в нижележащих пустотах.
В качестве типоморфных обследовались Юнусовское (Пестречинский район) и Больше-Кармалинское (Камско-Устьинский район) месторождения доломитовой муки. В карьерах были установлены убедительные доказательства гипергенных изменений доломитов с четко выраженной зональностью, свойственной профилю карбонатной коры
выветривания (Табл. 1), мощность которой 2 - 2,2 м.
Мощность «сышучки» существенно доломитового состава варьирует от 0,4 м на Больше-Кармалинском карьере до 1,5 м на Юнусовском карьере, мощность переходной зоны 0,5 - 0,6м. Залегающие ниже слабо измененные щебенистые доломиты - 0,2 - 1 м сменяются ниже крепкими известняками. Видимо, переход плотной карбонатной породы в рыхлый сыпучий продукт происходит вверх по разрезу через зону щебня, затем зону мучнистой массы, содержащей в себе реликты исходной карбонатной породы, причем содержание и размеры последних постепенно снижаются вплоть до полного исчезновения с переходом в однородную бесструктурную карбонатную «сыпучку». Значительно шире распространены дезъинтегрированные доломиты и доломитизированные известняки с ограниченным участием мучнистого материала, как это, например, имеет место на Меретякинском карьере в Тюлячинском районе. Изменения состава и свойств карбонатных пород при преобразовании их в мучнистый элювий показаны в табл. 2. Имеются наблюдения, что доломитовая мука по сравнению с известковой более рыхлая.
«Сыпучка», формирующаяся при выветривании доломитов, не приобретает существенных отличий в минеральном составе кроме незначительного увеличения содержания нерастворимого остатка. В нерастворимом остатке доломитовой муки по результатам рентгенофазового анализа установлено присутствие монтмориллонита, слюды, кварца, хлорита, плагиоклаза. Выветривание глинистых и кремнистых известняков приводит к значительному накоплению нерастворимого остатка алевритового, глинистого или же кремнисто-глинистого состава (Гудошников, 1999).
Экспериментально установлено, что кальцит выщелачивается в два раза интенсивнее доломита. В случае их совместного присутствия в субстрате выветривание приводит к накоплению доломита в качестве остаточного продукта (Юнусовское, Больше-Кармалинское месторождения). В связи с растворением части карбонатов и дезинтеграции повышается пористость исходных пород, снижаются их плотность и прочностные свойства (Simon et al., 1970). Растворение карбонатов развивается по системе микротрещин и межзерновых пор, в результате чего происходит и их разъединение.
В нижней части профиля коры вытетривания карбонатных пород в связи с переосаждением карбоната кальцием
Возраст Цитологическая колонка Глубина залегания, м Цитологическая характеристика пород Химический состав, % Физико-механические свойства
Н.О. СаО MgO ППП Плотность, г/см3 Прочность на сжатие, МПа Марка прочности
от ДО
РМ 0 1,5 Мука доломитовая - белая с желтоватым оттенком бесструктурная, в нижней части со слабо выраженной горизонтальной слоистостью. 1,3 30,7 21,4 46,3 1,9 - -
• * • • 1,5 2,0 Мелкие куски выветрелого доломита в доломитовой муке. Отмечается реликтовая слоистость. Аналитические данные характеризуют реликты доломита. 1,24 29,3 21,5 46,3 2,3 12,2 Слабая
2,0 2,2 Доломит белый, выветрелый, слабо сцементированный. 0,95 29,2 21,5 46,6 2,4 30,7-44,0 300
У 2,2 4,1 Известняк серый, доломитистый, крепкий, участками окремнелый, с кристаллическими щетками кальцита в пустотах. 1,72,0 31,053,1 6,520,2 42,747,0 1,9-2,3 45,0-47,0 400
Табл. 1. Литолого-вещественная характеристика профиля коры выветривания Юнусовского месторождения доломитов.
^научно-техническим журнал
4 (23) 2007 I еоресурсы
Возраст Цитологическая колонка Мощность, м Цитологическая характеристика пород Физико-механические свойства Химический состав, %
Плотность, г/см3 Прочность на сжатие, МПа Марка прочности Si02 А1А FelA MnO СаО MgO N3,0 к,о ппп
'. " • ' • " • 2,0-5,0 Песок среднезернистый, полимик-товый, глинистый. - Низкая Отсутствует 67,9 12,0 5,0 0,06 2,44 2,42 2,73 1,88 4,67
6,0-7,0 Песок полимиктовый с реликтовыми фрагментами песчаника, размеры и содержание которых увеличиваются вниз по разрезу. Аналитические данные характеризуют переходную зону от песчаника к песку. - Низкая Отсутствует 56,3 9,82 4,3 0,11 9,12 1,83 2,14 1,59 11,17
•X;g-X; в.м. 3,5 Песчаник среднезернистый, полимиктовый, трещиноватый, цемент глинисто-карбонатный. 2,56 80,1 800 45,9 7,37 3,0 0,17 20,6 1,36 1,68 1,42 19,93
Табл. 2. Литолого-вещественная характеристика профиля коры выветривания в Дусайском карьере песчаников.
формируется зона цементации, чаще всего представленная выдержанным пластообразным телом мощностью до 1 м. Породы такого происхождения отличаются особой прочностью, массивные, очень крепкие (показатель прочности на сжатие около 600), как это видно на примерах Ме-ретякинского, Шадкинского, Юнусовского и Верхне-Кар-малинского месторождений. Цементацию, видимо, можно связывать с поступлением богатых кальцием инфильтра-ционных вод, под действием которых явно кристаллический доломит замещается тонкодисперсным близким к пе-литоморфному кальцитом. Под микроскопом при скрещении николей в таких породах можно наблюдать теневые ромбоэдрические кристаллы предшествующего доломита (агрегатные псевдоморфозы кальцита по доломиту).
К иллювиальным гипергенным образованиям могут быть отнесены также выделения мраморного оникса, приуроченные к карбонатным, реже песчаниковым толщам казанского яруса. Их формирование обусловлено инфиль-трационными процессами в зоне гипергенеза, сопровождающимися осаждением натечного кальцита на стенках полостей, каверн, трещин. Подобные объекты детально были изучены ранее (Шишкин, Васянов, 1998). Выделено три основных морфогенетических типа проявлений оникса: пещерно-карстовый, трещинно-прибрежный и трещинный в зоне цементации коры выветривания.
Образования водоносных горизонтов. В карбонатных толщах верхней перми гипергенез проявляет себя также в формированием маломощных (до 10 - 20 см) кавернозных и брекчиевидных горизонтов, в которых наблюдаются процессы выщелачивания карбонатов, окремнения, вторичной кальцитизации и ожелезнения. Расположены подобные зоны субгоризонтально, чаще всего на глубине 3 - 7 м от поверхности и прослеживаются на значительной площади. Окремнение развивается с образованием в карбонатной породе ячеек, стенки которых сложены мета-коллоидным кремнеземом (халцедон), а внутри ячеек заключены фрагменты исходной карбонатной породы. Чаще всего окремнение не распространяется на весь объем горизонта, ввиду чего карбонатное заполнение ячеек постепенно выщелачивается, с образованием каверн, стенки которых покрыты щетками новообразованного мелкокристаллического кальцита. Железистый пигмент пятнисто окрашивает стенки каверн в красно-розовые тона. Разрастание и утолщение стенок ячеек приводит местами к их слиянию с образованием плотных, очень крепких скоп-
лений срытокристаллического кремнезема. Его раскрис-таллизация сопровождается локальным образованием радиальных, зонально-радиальных, веерообразных и мозаичных агрегатов зерен тонкокристаллического кварца. Поздний кальцит по трещинам контракции и границам микрокристаллов замещает как метаколлоидный, так и раскристаллизованный кремнезем. Порою процесс замещения кальцитом прерывает развитие кремнисто-кавернозного горизонта и формируются брекчевидные его аналоги. По данным рентгенофазового анализа, в минеральном составе образований кремнисто-кавернозного горизонта обнаружены только кварц и кальцит.
2. Гипергенез в сульфатно-карбонатных толщах
В соответствии с современными воззрениями (Даров-ских, Кудряшов, 2000) гипс в сульфатно-карбонатных отложениях перми формируется, в основном, за счет гидратации ангидрита над уровнем подземных вод. Развитие на глубину процесса гидратации ангидрита зависит от положения зеркала подземных вод, напрямую связанного с расположением базисов дренирования надземных вод и размещением в разрезе водоупоров. В связи с этим опускание уровня подземных вод ведет к умощнению зоны гидратации ангидритов. Вероятно, поэтому большая часть значительных скоплений гипса в субгоризонтально залегающих осадочных толщах приурочена к бортам долин крупных рек, являющихся зонами интенсивной разгрузки сульфатных вод. Этот фактор рассматривается в качестве определяющего также для объяснения формирования залежей целестина на Русской платформе (Евсеева, 1999). Примеры перехода ангидрита в гипс наблюдаются в нижних горизонтах Камско-Устьинского рудника. В то же время имеют место и локальные гипергенные формы его выделения: крупные линзы сахаровидного гипса, жилы селенита и гнезда пластичного прозрачного гипса (марьино стекло). Последние нередко наблюдаются в срастании с кристаллами самородной серы (Никифоровское месторождение), что явно указывает на их парагенетическую связь в условиях восстановительной среды в присутствии битумов. Выделения самородной серы уже сами по себе свидетельствуют о процессах восстановления сульфат-иона, в связи с чем в подземных водах возникает его дефицит. Вполне вероятно, что низкая концентрация сульфат-иона благоприятствует формированию крупных кристал-
•— научно-технический журнал
ШШ Георесурсы 4 (23)
лов пластинчатого гипса. Напротив, жилы селенита формируются в условиях повышенной концентрации ионов Са2+ и Б042" в инфильтрационных водах.
3. Гипергенез в терригенных толщах
К гипергенным образованиям нами отнесены залежи галечников и песков, слагающих останцовые холмы на денудационных поверхностях выравнивания.
С геоморфологических позиций залежи песчано-гра-вийных материалов (ПГМ) отнесены к водораздельной группе (Дедков, 2000). Формирование подобных залежей связано с разрушением карбонатного цемента конгломератов и песчаников татарского яруса и верхнеказанского подъяруса в условиях гумидного климата плиоцена и четвертичного периодов. Формирование залежей ПГМ можно считать связанным с выветриванием и относить их к элювиальному типу.
Продуктивная элювиальная толща мощностью не более 10 м сложена рыхлыми галечниками и песками в виде прослоев и линз. В результате неравномерного растворения карбонатного или карбонатно-глинистого цемента сохраняются округлые, караваевидные крепкие останцы конгломератов или песчаников (Табл. 2). Поверхность ос-танцов обычно ровная, размеры до нескольких метров, ориентированы они согласно унаследованной слоистости. По прочности исходные песчаники имеют удовлетворительные показатели (прочность к сжатию 80,1 МПа, пористость 6%, средняя плотность 2,56 г/м3). Особенностью состава галечников является преобладание окатанных обломков кремнистых яшмовидных пород различной окраски (черной, белой, красной, зеленой) при отсутствии гальки пермских карбонатных пород.
Сопоставление химического состава песчаников и песков Юлбатского месторождения (Рис. 2) показывает, что при выветривании первых полностью выносится кальцит, цементирующий песчаный материал, и в песках существенно возрастает относительное содержание всех прочих компонентов. Следует отметить, что марганец также выносится, что является указанием на его изоморфное вхождение в структуру карбонатов. Эпигенетическое оже-лезнение исходных пород и их децементированных анало-
гов проявляет себя ритмично чередующимися зонами серо-бурой окраски, формирование которых, возможно, произошло по типу колец Лизеганга.
Наиболее изученным является Таш-Елгинское месторождение ПГМ в Муслюмовском районе. Продуктивная толща сложена косослоистыми разнозернистыми песками с линзами галечников. Вскрытая мощность продуктивной толщи до 8,7 м. Содержание гравия в ПГМ 46%, песка
- 50,7% (средневзвешенное по месторождению). Гальки различной окраски хорошо окатаны и представлены на 90
- 95% кремнистыми, яшмовидными породами, на 3% -порфиритами и базальтами. Гальки последних несут на себе следы выветривания, что указывает на ее гипергенное преобразование. Преобладающий размер галек 0,5 -2 см, редко до 4 см. В стенке карьера породы слабо устойчивые, рыхлые, однако, при их отработке довольно часто из нижних горизонтов извлекаются реликтовые фрагменты крепкого конгломерата, в которых наблюдается цементация белым вторичным кальцитом.
Весьма интересным объектом является Дусайский карьер в Муслюмовском районе. Верхняя часть разреза представлена толщей галечников и песков, с реликтами конгломерата в нижней части. Гальки хорошо окатаны, размером обычно до 2 см и в основном состоят из кремнистых яшмовидных пород различной окраски уральского типа. Между гальками расположен скрепляющий их песчано-карбонатный базис серого цвета. Песчаная составляющая имеет преимущественно кремнево-кварцевый состав. Белый кальцитовый цемент крустификационного кристаллически-зернистого типа отмечается в конгломератах локально, заполняя пустоты, возникшие, скорее всего, после частичной их децементации. Такой цемент следует рассматривать как вторичный, на что указывает также присутствие в конгломератах вертикальных тонких (до 0,5 см) прожилков кальцита, появление которых возможно лишь в крепкой породе (Рис. 3).
Рис. 1. Схема размещения обследованных гипергенных объектов. 1 - Неоген-четвертичные образования; 2 - Юрско-мело-вые образования; 3 - Пермские образования; 4 - Месторождения карбонатной муки: 9 - Юнусовское, 10 - Болъшекармалинс-кое, 11 - Маръинское II, 12 - Мокро-Савалеевское; 5 - Месторождения и проявления мраморных ониксов: 13 - Потанихинс-кое, 14 - Туманное, 15 - Таутерменъское, 16 -Мере-тякинское, 17 - Антоновское, 18 - Пичкасское, 19 - Сарабикуловское, 20 - Старо-Иштеряковс-кое, 21 - Шугуровское, 22 - Каркалинское, 23 -Боткинское; 6 - Пункты наблюдения окрем-нения карбонатных пород под воздействием подземных вод: 1 - Ципъенское; 2 -Нусинское; 3 - Шушмабашское; 4 -Курнякское; 5 - Среднесабинское; 6 -Сатышевское; 7- Красновидовское; 8 - Черемуховское; 7 - Месторождения ПГМ: 24 - Новониколаевское, 25 - Поисъев-ское, 26- Таш-Елгинское, 27-Дусайское, 28-Каргополъское, 29 - Иреклинское I, II, 30 -Бобровско-Полянское, 31 - Болъше-Покров-ское, 32 - Рудничное, 33 - Агзигитовское, 34 - Бакрчинское; 8 - Месторождения це-олитосодержащих пород: 35 - Татарско-Шатрашанское и Городищенское; 9 - Месторождение и проявления фосфоритов: 36 -Болъше-Аксинское, 37- Сюндюковское и Божжинское; 10 - граница РТ.
4 (23) 2007
^научно-техническим журнал
Георесурсы
Рис. 2. Обнажение полимиктовых песков и песчаников у с.Юл-бат Сабинского района. В массе песка отмечаются караево-видныге реликтыг песчаника.
4. Гипергенез в глинистых толщах
Глинистые породы перми, мезозоя и кайнозоя ввиду своей слабой водопроницаемости в значительно меньшей степени подвержены гипергенным изменениям. Наиболее обычный процесс - окисление содержащихся в них сульфидов железа, вследствие чего возникают участки заохри-вания. В серых известковистых глинах оксфорд-кимериджа (верхняя юра) на месте конкреций пирита образуются гнезда охристо-гипсовой сыпучки диаметром до 0,2 - 0,3 м. В этих же глинах отмечены случаи, когда самый верхний их горизонт мощностью не более 1 - 1,5 м обедняется кальцитом. Появление сернокислотных продуктов окисления пирита приводит к локальной каолинизации глинистых минералов, среди которых преобладают смешанослойники слюда - смектит. Выветривание оказывает воздействие и на глинистые породы верхней перми. В профиле выветривания глин татарского яруса, слагающих плиоценовую поверхность выравнивания, преобладает процесс физического разрушения, последствия которого прослеживаются до глубины 5 м (Баранова и др., 1959). Другой наиболее заметный значительный процесс - оголение самой верхней части профиля, с чем связано осветление окраски глин. В более глубоких горизонтах по трещинам наблюдаются ржаво-бурые (железистые) и фиолетовые (марганцевые) налеты, а также белые мучнистые известковые присыпки. С повышением выветре-лости глин возрастает их пластичность и набухаемость.
Гипергенез в опоковидной кремнисто-карбонатной цеолитовой толще верхнего мела изучен в карьерах Та-тарско-Шатрашанского и Городищенского месторождений. Опоковидные породы слагают крупный эрозионный останец, вытянутый в субстратном направлении. По результатам бурения был составлен разрез продуктивной толщи (снизу вверх): глины - цеолитсодержащие мергели (нижний горизонт) - цеолитсодержащие опоки - цеолит-содержащие мергели (верхний горизонт). В карьере, вскрывшем верхний горизонт, породы по составу отвечают цеолитсодержащей опоке. Это связано, вероятно, с многолетней фильтрацией атмосферных осадков, что привело к вымыванию карбонатов и обогащению верхнего (подпочвенного) горизонта цеолитами (до 40% и более). Наряду с этим толща опоковидных пород сетью трещин
Рис. 3. Таш-Елгинское месторождение. Фрагмент конгломерата из терригенной толщи верхнеказанского подъяруса. Гальки скреплены1 первичным серозеленоватыж карбонатно-глинистыж цементом. Прожилковидныге участки вытолненыг вторичным белым кальцитовым цементом крустификационного типа.
разбита на остроугольные средне-и крупнооскольчатые фрагменты (физическое выветривание).
5. Гипергенез в фосфоритовых горизонтах
Физико-химическое воздействие гипергенеза на залежи желваковых фосфоритов происходит стадийно (Бушин-ский, 1937): 1. Отложение в прожилках и полостях глауконита и сидерита, выщелачивание кальцита, огипсование; 2. Разрыхление фосфоритов, частичное окисление глауконита и пирита, обогащение залежи фосфатом; 3. Полное окисление пирита и глауконита, частичный вынос фосфата, разрыхление и обохривание.
Все эти стадии наблюдаются на Сюндюковском и Вож-жинском месторождениях фосфоритов позднеюрского возраста в Тетюшском районе, где рудная толща представлена чередованием глауконит-кварцевых песков и алевритов, содержащих желваки фосфорита, и фосфоритовых конгломератов. Главными минералами фосфоритовых руд (95 - 99% объема породы) являются фторкарбонатапатит, глауконит, кальцит; второстепенные минералы представлены кварцем, пиритом, гетитом, гипсом, мусковитом. Результаты изучения фосфоритов позволили сделать вывод о том, что наблюдаемое интенсивное окисление пирита и глауконита, окисная пленка на желваках и их «изъеденность», присутствие рыхлых продуктов окисления (ярозит, гипс), физическое измельчение, изменение облика глауконитовых зерен, разрыхление конгломератов не приводят к разубожи-ванию фосфатных руд. Основанием для подобного вывода является тот факт, что в продуктивной толще, представленной глауконито-кварцевым алевритом с желваками фосфоритов, обломками раковин, пиритом и гипсом, как собственно и сами желваки, содержат присущие им оксиды в среднестатистических количествах, характерных для данного объекта (Фосфориты Среднего Поволжья,1969). В то же время процессы гипергенеза, такие как вымывание глинисто-карбонатного цемента, разрыхление и ослабление прочности фосфоритовых плит оказывают положительное влияние, облегчая добычу фосфоритов.
Проведенные исследования позволяют сформулировать ряд положений:
1. На территории РТ породы разного возраста (от пер-
•— научно-технический журнал
ШЬ Георесурсы 4 (23)
ми до антропогена), в том числе используемые в качестве природного минерального сырья, испытывают воздействие процессов гипергенеза, с чем связано формирование продуктов выветривания (элювий, иллювий) и функционирования водоносных горизонтов. В зависимости от литологии субстрата, условий дренирования вод и фактора геологического времени продукты гипергенеза проявляют себя до глубин 10 - 20 м от поверхности, а по зонам тектонических нарушений (разломы, зоны повышенной трещиноватости, водоносные горизонты) и формам карста гораздо глубже;
2. Продукты выветривания разного возраста и типа сохраняются в условиях длительного ослабления процессов денудации элювия, что характерно для площадей, испытавших планацию (останцы миоценового пенеплена и по-зднеплиоценового педиплена);
3. Наименее устойчивы к выветриванию карбонатные породы верхней перми и верхнего мела. Конечным продуктом их преобразования является мучнистый или щеб-нисто-мучнистый элювий, обычно доломитовый, в разной степени алевритово-глинистый или кремнистый. Иллювий представлен жилами оникса, селенита, зонами вторичной кальцитизации и окремнения. Конгломераты и песчаники при выветривании преобразуются в рыхлые пески и ПГМ;
4. Цеолитосодержащие кремнисто-карбонатные опоко-видные породы верхнего мела, фосфориты юры и мела испытывают преимущественно физическое выветривание, воздействие которого облегчает проведение горных работ;
5. Циркуляция подземных вод в карбонатных толщах приводит к формированию маломощных горизонтов ок-ремнения и вторичной кальцитизации, положение которых контролируется местными водоупорами. Локальный характер окремнения не оказывает влияния на свойства карбонатных пород;
6. Процессы выветривания, с одной стороны, формируют специфические виды полезных ископаемых - карбонатную муку, карбонатный щебень, мраморный оникс, селенит, ПГМ, однако отрицательно влияют на физико-механические свойства выветрелых пород, используемых в качестве бутового камня, дорожного щебня и наполнителя бетонов, что необходимо учитывать при проведении геологоразведочных и эксплуатационных работ;
7. Выявление залежей ПГМ, сформированных в результате выветривания пермских конгломератов и гравелитов, открывает новые перспективы обеспечения строительной индустрии высокопрочными наполнителями бетонов и, одновременно, имеет благоприятные экологические последствия, поскольку может способствовать снижению добычи ПГМ в руслах рек и, тем самым, ослабить испытываемые ими техногенные воздействия.
Уже первые полученные результаты дают основание полагать, что дальнейшие исследования процессов, продуктов и среды гипергенеза целесообразно развивать в союзе с геоморфологами, экологами, специалистами по четвертичной геологии, почвоведами. Комплексное изучение позволит выявить полифункциональное их влияние на среду обитания человека и несомненно будет полезным для рационального использования природных ресурсов.
Литература
Баранова З.К., Волосова Р.И., Воронкевич Б.А. и др. Изменение пермских глин в зоне выветривания в связи с их инженерно-геологической оценкой. Сов. геология. 1959. № 5. 114-121.
Бушинский Г.И. Петрография и некоторые вопросы генезиса Егорьевских фосфоритов Московской области. БМОИП. т. XV (5). 1937.
Быков В.Н. Роль карбонатной муки в строении карбонатных нефтегазоносных толщ. Мат-лы по гидрогеологии и карстове-дению. Вып.6. Пермь. Изд-во ПГУ. 1975. 5-20.
Горелов С.К. Основные закономерности и этапы развития поверхностей выравнивания и кор выветривания. Поверхности выравнивания и коры выветривания на территории СССР. М. Недра. 1974. 318-371.
Гудошников В.В. Кора выветривания мезозойских окремнелых известняков западного склона Урала. Геол. Наука — 99-я межведомств. научн. конф. Тез.докл. Саратов. 1999.
Даровских НА., Кудряшов А.И. Геология и поиски месторождений поделочного гипса. Пермь: ГИУрО РАН. 2001.
Дедков А.П. Геоморфологические предпосылки и признаки. Методическое руководство по поискам, оценке и разведке месторождений твердых нерудных полезных ископаемых Республики Татарстан. Изд-во Казанского университета. 2000. 22-36.
Евсеева В.И. Перспективы гидрогеохимических поисков стронциевого оруденения в пределах юго-западного борта Московской синеклизы. Теологический вестник центральных районов России. М., 1999. № 4. 16-23.
Изучение и картирование зон гипергенеза. СПб.:Недра. 1995.
Кротов Б.П. К вопросу о татарском ярусе. Татарский ярус - кора выветривания. Зап. Российск. минерал. о-ва. 1931. Вып.1. 35-50.
Миропольский Л.М. О зоне и корах выветривания Татарии. Изв. Каз. ФАН. Казань. 1950. Вып.1. 47-55.
Ферсман А.Е. Избранные труды. ТЛИ. М., Изд. АН СССР. 1955.
Шишкин А.В., Васянов Г.П. Мраморный оникс — новый вид минерального сырья в Республике Татарстан. Разведка и охрана недр. 1996. № 2. 2-8.
Simon D.E., Elreell J.H., Sendlein L.V.A., Lemish G. Measurement of physical and chemical changes induced during weathering of a carbonate rock unit. Proc. Jowa Acad. Sci. 1969. Vol .76. Iowa. 1970.
Казань: Изд-во НПО «Репер», 2007. - 135 с.
МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО по каротажу гидрогеологических скважин
Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан
В документе дана регламентация геофизических исследований скважин при производстве геологоразведочных работ на подземные воды. Рассмотрены общие положения, характеризующие цели и задачи ГИС. Приведены методика и техника осуществления геофизических измерений: каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации, каротаж сопротивлений, резисти-виметрия, гамма-каротаж, кавернометрия, термометрия, расходометрия. Представлена методика контроля технического состояния скважин: определение искривления ствола, оценка качества обсадных труб и цементирования скважин, определение мест притока и затрубной циркуляции вод. Рекомендованы способы интерпретации материалов ГИС: определение литологи-ческого состава пород, корреляция разрезов, выделение коллекторов. Изложены требования, предъявляемые к методике и технике выполнения ГИС, оформлению и оценке качества получаемых материалов. Для инженерно-технических и руководящих работников, занимающихся вопросами применения геофизических исследований скважин в гидрогеологии, инженерной
геологии, геоэкологии.
научно-технический журнал ^-г-^ш
Георесурсы Щ&Щ
