Аргиллизиты торгашинского месторождения известняка

ДРГИЛЛИЗИТЫ ТОРГАШИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИЗВЕСТНЯКА1

ARGILLIZITES OF THE TORGASHiNO LIMESTONE DEPOSIT

C.C. Бон дина, C.A. Ананьев, Т.Д. Ананьева, P.A. Цыкин

S.S. Bondina, S.A. Ananyeva, T.A. Ananyeva, R.A. Tsykin

Торгашинская свита, кальцитовые известняки, гидротерма-литы, аргиллизиты, карбонатные ониксы, флюидолиты. Статья посвящена аргиллизитам, встречающимся в известняках торгашинского месторождения (южная окраина г. Красноярска), вскрытых карьерами на глубину до 200 м. Аргиллизиты изучены методами рентгеноспектрального элементного анализа (РСА); рентгенофазового анализа (РФА); синхронного термического анализа (СТА). Они относятся к железистому кварц-каолинитовому типу. Обосновывается их флюидизатно-эксплозивное происхождение. С ними связано образование тел жильного кальцитового оникса в процессе низкотемпературного гидротермального метасоматоза.

Torgashino suite, caleite limestones, hydrothermalites, argillizites, carbonate onyxes, fluidolites. The article is devoted to argillizites found in limestones of the Torgashino deposit (the southern suburb of Krasnoyarsk) intersected by the pits to the depth of down to 200 m. The argillizites were examined by the methods of X-ray spectral element analysis, X-ray phase analysis and synchronous thermal analysis. They are referred to the ferriferous quartz-kaolinite type. Their fluidisate-explosive origin is substantiated. The formation of vein calcite onyx bodies in the process of low-temperature hydrothermal metasomatosis is associated with them.

На правобережье р. Енисей, у южной окраины г. Красноярска, в пределах Торгашинского хребта (отроги Восточного Саяна), находится толща известняков карбонатной формации, относимая к торгашинской свите (£11х). Известняки являются цементным и, участками, флюсовым сырьем, используемым предприятиями Красноярска. Они вскрыты карьерами «Увал Промартели», «Цветущий лог», «Черный мыс».

Целью наших исследований является анализ процессов, наложившихся на толщу известняков торгашинской свиты, и изучение новообразованных продуктов. С этими процессами связано формирование жильных и трещинных пород - гидро-термалитов, таких как крупнокристаллические и друзовидные кальциты, кальцитовые ониксы. Кроме того, обнаружен новый для этой толщи тип горных пород - флюидолиты [Цыкин и др., 2012]. Еще один процесс, ярко проявившийся в известняках, - аргиллизация. Под аргиллизацией понимают низкотемпературный гидротерма льно-метасоматический процесс, выражающийся в полном или частичном замещении исходных пород глинистыми минералами [Волостных, 1972).

Научная новизна состоит в том, что в данной работе впервые дается характеристика аргиллизи-тов толщи известняков торгашинской свиты. Предлагаемая статья является продолжением ранее проведенных исследований [Цыкин и др., 2012].

Очень часто аргиллизация является рудосо-провождающим процессом. С этим типом метасоматоза связано образование разнообразных рудных месторождений - золото-серебряных, урановых, полиметаллических, меднопорфировых и многих других, а также месторождений нерудного сырья - каолина, огнеупорных глин, флюорита, кварца, барита, целестина. И хотя торга-шинские аргиллизиты являются нерудными, тем не менее, по мнению авторов, с ними тесно связано образование жильных тел кальцитового оникса. Этот камень обладает высокими декоративными свойствами и является высококачественным поделочным материалом.

Торгашинское месторождение находится в пределах Красноярского антиклинория в северозападной части Восточного Саяна и расположено в поле распространения торгашинской и шахма-товской свит нижнего кембрия, слагающих еди-

1 Исследования проведены на средства гранта Минобрнауки РФ № 14.В37.21.0602.

ную карбонатную толщу (рис. 1). Общая площадь распространения толщи на водоразделе рр. Енисей и Базаиха составляет около 50 км2. Она сложена в основном известняками с линзами и прослоями доломитовых известняков и доломитов, с единичными прослоями брекчированных известняков, алевролитов, песчаников. Рельеф местности здесь предгорный с высотными отметками вершин до 616 м и относительными превышениями до 400 м.

|е* | 1 |е,»ь| 2 [ДТ77] э ¡Р.РУ.1 4 -5 .......в .—— 7—8

Рис. 1. Геологическая нарта Торгашин-ской площади [Путеводитель..., 2010]: 1 - торгашинская свита; 2 - шахматовская свита; 3 - карымовская свита (нижнекарымов-ская подсвита); 4 - павловская свита (нижнепавловская подсвита); 5 - геологические границы; 6 - несогласия; 7 - контуры карьеров; 8 - дороги.

Карьеры: 1 - «Увал Промартели»; 2 - «Цветущий лог»; 3 - «Черный мыс»; 4 - Химико-металлургического завода

Одной из особенностей торгашинских известняков является их многоцветность. Они имеют красновато-коричневую, коричневую, бурую окраску с вариацией цвета от светлого до темного разной интенсивности. Однако изучение обнажений показало, что известняк окрашен ожелезненным аргиллизитом, заполняющим все проницаемые пути от тончайших трещин до жильных тел, часть которых может содержать кальцитовые ониксы, и зоны дробления (рис. 2). Сами же известняки скрыто-мелкозернистые серые, с оттенками различных тонов от обычных светло-серых до более редких темно-серых. Текстура породы массивная, пятнистая, иногда брекчиевидная и довольно редко неотчетливо-слоистая. Такие текстуры характерны для известняков сложного рифогенно-хемогенного генезиса.

Рис. 2. Трещинная аргиллизация (1) торгашинских известняков

Для исследования аргиллизитов была отобрана 31 проба. Они были взяты во всех трех карьерах: «Увал Промартели», «Цветущий лог», «Черный мыс». Пробы представлены глинами либо сильно аргиллизированными породами. Отобраны они с бортов карьеров с поверхности известняка, из трещин, зон дробления, цемента флюидолитов, темноокрашенных ониксов, полостей кальцито-вых жеод. Все пробы для выделения аргиллизитов и удаления кальцита подверглись кислотному растворению. До и после обработки соляной кислотой проводился весовой анализ проб. Он показал, что содержания растворенного компонента - кальцита - варьируют от 5,26 до 98,68 % при среднем значении 66,65 %.

Подготовленные пробы аргиллизитов были проанализированы в Лаборатории рентгеновских методов исследований Центра коллективного пользования СФУ с применением следующих методов: рентгеноспектрального элементного анализа (РСА); рентгенофазового анализа (РФА); синхронного термического анализа (СТА). Съемка рентгенограмм для фазового анализа методом РФА осуществлялась на автоматизированном рентгеновском дифрактометрическом оборудовании фирмы БЫтаски ХРЮ-бООО и ХРЮ-70005 (излучение СиКа). РФА проводился с использованием информационно-поисковой системы рентгенофа-зовой идентификации материалов (ИПС ФИ), совмещающей качественный и количественный (по методу «корундовых чисел») анализы. Съемка рентгенограмм для элементного анализа методом РСА осуществлялась на автоматизированном волновом рентгенофлуоресцентном спектрометре фирмы

Shimadzu XRF-1800 с Rh-анодом. В связи с отсутствием стандартных образцов для элементного анализа использовался безэталонный метод фундаментальных параметров. Термический ТГ/ДТА анализ проводился на термическом анализаторе SDTQ600 ТА Instruments. Для обеспечения достоверности результатов РФА производилось сопоставление элементного состава образцов, рассчитанного из фазовых концентраций, сданными элементного анализа методом РСА и сданными СТА. Кроме этого, аргиллизация пород изучалась во время полевых исследований, петрографическими методами в прозрачных шлифах и полированных срезах.

Изучение минерального состава аргиллизи-тов методом количественного РФА показало, что во всех пробах присутствуют только два минерала (масс. %)- кварц (37,0-77,7) и каолинит (9,9-47,2), в 26 пробах есть мусковит (1,44—18,0) и анатаз (0,34— 1,40), в 25 пробах - гематит (0,49-7,61), в 22 пробах -иллит (1,14-9,22)- группа минералов, относимых к гидрослюдам, а также сидерит в 14 пробах (0,34-2,46). Остальные минералы встречены от одного до пяти случаев. Всего установлено, вместе с вышеуказанными, 28 минералов. Среди них магнетит в пяти пробах, рутил илизардит в четырех, в трех - нон-тронит, тосудит, клинохлор, в двух - анкерит и гиб-бсит, в одной - тальк, монтмориллонит, фаялит, ортоклаз, бертьерин, берналит, андрадит, авгит, арагонит, гояцит, диопсид, магнезиокафролит. Данный анализ показывает, что не все глинистые пробы следует относить к типичным для этих известняков аргиллизитам. Разнообразие минерального состава глин может быть вызвано разными причинами. Выделились три пробы светлых серовато-белых глин, которые были отобраны из трещин и полостей кальцитовыхжеод на горизонте 380 м карьера «Черный мыс». Они содержали до 30,0 % нонтрони-та, до 17,8 % тосудита и до 3,47 % клинохлора, которые в других пробах не обнаружены. Вероятно, это кольматированные образования продуктов кор выветривания по ультраосновным породам, тела которых имеются в этом районе.

Некоторые отобранные породы имеют алеврито-псаммитовую структуру, среди них встречены конкреции и породы слоистой текстуры. В пробах таких пород обнаружены минералы магнетит, рутил, андрадит, диопсид, магнез и окаф-ролит, лизардит, тальк, монтмориллонит, гиббсит.

Мы предполагаем, что данный материал является водным продуктом карстовых полостей, которые встречаются в карьерах, содержащих как переотложенные аргиллизиты, так и привнесенный материал. В пяти пробах установлены содержания фосфора и стронция, а в одной из них, отобранной с внешней стороны борта карьера «Увал Промартели», присутствует собственная минеральная фаза -гояцит с формулой БгА13(Р04)(Р030Н)(0Н)6.

Вероятно, причина появления таких минеральных фаз связана с экзогенными процессами, в частности с эоловым привносом. Карьеры «Увал Промартели» и «Цветущий лог» превращены взолоот-валы, и существует ветровой разнос этих техногенных продуктов. Кроме этого, нужно учитывать вероятностный характер присутствия некоторых минералов, так как содержания их низкие, от 0,56 до первых процентов, и близки к пределам обнаружения фазового состава.

Термический ТГ/ДТА анализ проб выявил присутствие во всех пробах каолинита по наличию эндотермических пиков в диапазоне 530,70-572,13 °С со средним значением потери массы 5,3 %. В некоторых пробах установлено присутствие кальцита и сидерита.

Анализы позволили выбрать 18 проб, которые можно считать типичными аргиллизитами торгашинской толщи. Они отобраны из аргиллизирован-ных известняков, кальцитовых ониксов и цемента аргиллизит-известняковых флюидолитов. Данные рентгеноспектрального элементного анализа (РСА) этих аргиллизитов выявляют следующий состав в% масс, (п/хггип-хтах/хсред.): О - (18/52,30-58,76/56,01); - (18/23,50-33,05/27,59); А1 -(18/5,63-11,47/8,83); Ре - (18/0,83-4,85/2,59); С- (17/1,44-3,32/2,52); К- (18/0,04-1,64/0,75); Г\-(18/0,11-0,76/0,44); Са - (18/0,03-1,64/0,45); М§-(18/0,01-0,56/0,21); N8- (13/0,03-0,08/0,05); Мп -(13/0,01-0,04/0,02); Р - (1/0,03); Бг - (1/0,02).

В некоторых пробах РСА установлены содержания хлора, а методами РФА и СТА выявлено присутствие кристаллогидратов хлоридов железа и кальция. Появление их связано с кислотной обработкой проб и недостаточно тщательной промывкой их, поэтому значения содержаний хлора из анализов проб удалены.

Данные элементного анализа обработаны методами математической статистики. Выявлены

уровни корреляционных связей между химическими элементами. При уровне значимости 1л05=0,49 значимые отрицательные корреляционные связи установлены между кислородом и Ре, Са, Мп, а также кремнием и А1, Ре, "Л, Са. Положительные значимые связи установлены между железом и Са, Мп, и очень сильная - между К и М£.

Кластерный анализ выявляет три положительно связанные группы элементов: Р-Бг-О-Б!; К-М§-С-№; Ре-Мп-Са-И-А1, имеющие между собой отрицательные связи, значимой из которых является связь последней группы элементов с двумя первыми (рис. 3). Исключив из рассмотрения элементы-примеси, можно утверждать наличие значимых отрицательных корреляционных связей между минералообра-зующими Ре-"П и 0-Б1, а также между и А1.

Рис. 3. Кластерный анализ элементного состава аргиллизитов

Минералогический анализ данной выборки из 18 проб аргиллизитов по результатам РФА выявляет следующий состав в весовых % (п/хггнп-хтах/ хсред.): кварц (18/43,7-71,1/58,2), каолинит (18/9,9-47,2/29,5), мусковит (17/1,44-8,13/4,16), иллит (15/1,14-9,22/4,65), гематит (18/0,54-4,65/2,55), ана-таз (18/0,38-1,06/0,71), сидерит (11/0,34-1,85/0,65), кальцит (5/0,18-1,26/0,74), рутил (4/1,23-2,32/1,59), лизардит (2/1,20-1,52/1,36), магнетит (2/0,28-0,59/0,44).

Статистическая обработка этих данных в виде расчета корреляционной матрицы выявляет значимые корреляционные связи: отрицательные между кварцем и каолинитом, гематитом и анатазом, каолинитом и мусковитом и положительные между каолинитом и гематитом, гематитом и сидеритом. Это же находит подтверждение в диаграмме кластерного анализа (рис. 4).

Рис. 4. Кластерный анализ минерального состава аргиллизитов

Данный анализ минерального состава выявляет тесную связь железосодержащих минералов - гематита и сидерита, конкурентные отношения кварца с другими оксидами - гематитом и анатазом, а также кварца с каолинитом. Нашла объяснение сильная отрицательная связь между и А1 (К=-0,63), что противоречит совместному нахождению этих элементов в породообразующих минералах- каолините, мусковите, иллите. Причина заключается в сильной отрицательной корреляционной связи двух главных породообразующих минералов- кварца и каолинита (К=—0,83). Разное поведение и А1 в аргиллизитах отмечалось и обсуждалось ранее в работах многочисленных исследователей, что отражено в обзорах М.В. Борисова на страницах «Геовикипедии» (wiki.web.ru).

Вышеприведенные исследования показывают, что глинистые продукты в торгашинских известняках являются типичными железистыми аргилли-зитами кварц-каолинитового парагенезиса. Однако необычен механизм аргиллизации. Традиционно аргиллизация осуществляется путем метасома-тического замещения пород. В нашем случае известняки не замещаются, а импрегнируются глинистыми продуктами, хотя присутствующие в них одиночные дайки метабазальтов сильно изменены и имеют красно-коричневый цвет.

Аргиллизация торгашинских известняков связана с этапом среднепалеозойской (01-Б2) тектоно-магматической активизации региона и имеет стадийный характер. Тектоническая деформация и дробление карбонатной толщи сопровождались внедрением напорных низкотемпературных гидротерм, содержащих аргиллизитовую массу. Этот процесс носил флюидизатно-эксплозивный характер и привел к появлению флюидолитов [Цыкин и др., 2012]. По механизму образования аргиллизиты мож-

но считать особым типом флюидолитов, которые как формируют самостоятельные тела, так и выступают в качестве цемента псаммито-псефитовых известняковых флюидолитов. В прозрачных шлифах последних обломочное строение имеют не только карбонаты, но и зерна кварца (рис. 5).

Рис. 5. Шлиф цемента оргиллизированного флюидолита В центре окатанно-осколочный обломок кварца (1). Поляроиды +

Как было отмечено выше, с аргиллизацией связано образование такого нерудного полезного ископаемого, как жильные кальцитовые ониксы. Концентрация и распределение ожелезненных глинистых продуктов обусловливают цвет и красивый полосчатый рисунок этого декоративного материала. Образование оникса связано с карбонатным метасоматозом в аргиллизитовом матриксе, заполняющем полости в известняке. Встречены породы, которые отражают начальный этап зарождения карбонатного оникса в жильных телах аргиллизита (рис. 6).

Рис. 6. Аргиллизит с зарождающимся кальцитовым ониксом Карьер «Цветущий лог», гор. +330 м [Задисенский и др., 2008]

Изучение прозрачных шлифов кальцитовых ониксов, отобранных из разных жил, выявляет единый механизм формирования полосчатых агрегатов. Рост агрегатов кальцита в аргиллизитовой массе начинается от какой-то поверхности (стенка трещины, аргиллизитовый прослой) с формирования зоны субпараллельных тонкошестоватых зерен, а завершается вследствие геометрического отбора появлением более крупных поперечно-шестоватых кристаллов. Их рост кончается формированием идиоморфных головок, которые деформируют аргиллизитовый субстрат (рис. 7). При сохранении части аргиллизитового субстрата в виде прослоя рост кальцитового агрегата повторяется. В результате мы наблюдаем ритмичный агрегат с четким вектором его развития.

Рис. 7. Шлиф кальцитового оникса (+) и его схематическая зарисовка: 1 - аргиллизит; 2 - кристаллы кальцита

В данном случае мы наблюдаем карбонатный метасоматоз в форме ритмообразования, являющегося закономерной повторяющейся дискретностью в отложении вещества в пористом теле. Это связано с волнообразным изменением концентрации карбонатного вещества в процессе диффузионного переноса. В соответствии с экспериментальными исследованиями подобных процессов Д.И. Царева [Царев, 2002] нам представляется, что быстрое

массовое осаждение кальцита связано с достижением предельного пересыщения участвующих в реакции компонентов на фронте диффузионного потока. Кристаллизация их сопровождается падением химического потенциала данных компонентов в растворе. Образуется зона «оттяжки» компонентов в ар-гиллизитовом субстрате перед фронтом диффузионного потока. Следующая полоса кальцитизации начинается за пределами зоны «оттяжки», и процесс повторяется многократно, что приводит к формированию ритмичного метасоматического агрегата.

Стадийность процессов аргиллизации проявляется втом, что на первом этапе образования флюидизатно-эксплозивных пород в обломках не встречаются ониксы, жильный идрузовый кальцит. На втором этапе в телах аргиллизитов, как было показано выше, образуются кальцитовые ониксы. Геологические наблюдения позволяют утверждать, что и впоследствии в процессе тектонических деформаций и дробления пород пластические аргил-лизитовые массы перемещались и перераспределялись. Позднее дробление сопровождалось заполнением свободного пространства пластичной массой аргиллизитового материала, содержащего обломки оникса, кристаллов кальцита и известняка (рис. 8).

Наблюдаемая в карьерах многоцветность известняка свидетельствует о повторявшейся смене состава примесей в напорных гидротермах, что проявилось в телах оникса и во всей карбонатной толще.

Рис. 8. Примеры дробления пород с поглощением аргиллизитовой массой обломков оникса, кристаллов кальцита и известняка

Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что гидротермалить! торгашинской карбонатной формации представлены двумя типами флюидоли-тов - карбонатными флюидолитами и аргиллизитами, а также жильными кальцитовыми телами. Наиболее

интересными из них являются кальцитовые ониксы, имеющие метасоматическое происхождение. Данный тип пород может иметь промышленное значение в качестве декоративно-поделочного камня.

Можно утверждать, что спусковым механизмом для формирования гидротермалитов вторга-шинских известняках послужила тектоническая активизация. В результате декомпрессии многочисленных трещинных структур и зон дробления произошло внедрение напорных низкотемпературных гидротерм, обогащенных аргиллизитовой массой. Этот процесс носил флюидизатно-эксплозивный характер по механизму, напоминающий грязевый вулканизм. Его развитие привело к формированию различных типов гидротермалитов. Аргиллизацией затронута значительная по масштабам толща тор-гашинских известняков. Однако обращает на себя внимание тот факт, что карбонатные породы нижележащей унгутской (eiun) и перекрывающей шах-матовской (G2sh) свит совершенно не затронуты подобными процессами. Это может быть объяснено тем, что толща торгашинских известняков слагает тектоническую пластину, что находит подтверждение в наличии надвиговых структур, на которые ранее в своих работах [Путеводитель..., 2010; Цыкин и др., 2012] указывали авторы данной публикации.

Библиографический список

1. Волостных Г.Т, Аргиллизация и оруденение. М.: Недра, 1972. 240 с.

2. Задисенский Ю.А., Миронюк Г.В. и др. Отчет по теме: «Ревизионно-оценочные работы на выделение участков недр, содержащих коллекционный геологический материал (Красноярский край)». Красноярск: КГУ: «Музей геологии Центральной Сибири», 2008.

3. Путеводитель по геологическим маршрутам в окрестностях г. Красноярска / А.М. Сазонов, P.A. Цыкин, C.A. Ананьев, О.Ю. Перфилова, М.Л. Махлаев, O.B. Сосновская, Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2010. 212 с.

4. Царев Д.И. Метасоматизм. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2002.315 с.

5. Цыкин P.A., Бондина C.C., Ананьев C.A. Флюидо-литы и другие гидротермалиты Торгашинской карбонатной формации нижнего кембрия (Восточный Саян) / Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева. 2012. № 3 (21). С. 332-339.