Глауконит из латорпского надгоризонта (Нижний ордовик) Ленинградской области

УДК 549.623.5

В. Б. Ершова

ГЛАУКОНИТ ИЗ ЛАТОРПСКОГО НАДГОРИЗОНТА (НИЖНИЙ ОРДОВИК) ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Введение. Маломощные платформенные отложения среднего-верхнего кембрия и нижнего — основания среднего ордовика северо-запада Восточно-Европейской платформы (Балтийская моноклиза) выходят на дневную поверхность в небольших, но многочисленных естественных и искусственных обнажениях, приуроченных к Балтийско-Ладожскому глинту. Латорпский надгоризонт нижнего ордовика объединяет породы, занимающие в последовательности палеозойских отложений интервал от основания «глауконитовых песков» назиевской свиты до поверхности регионального перерыва, представленной хардграундом с норками Gastrochaenolites oelandicus в кровле известняков леэтсеской свиты [1]. Этому стратиграфическому интервалу соответствуют различные по литологическим характеристикам породы — кварцевые, глауконит-кварцевые, кварц-глауконитовые песчаники, песчанистые известняки с зернами глауконита и кварца и биокластические известняки с различным количеством зерен глауконита. [1]

В основу статьи положен материал, собранный автором в результате изучения разреза латорпского надгоризонта в Путиловском карьере (п. Путилово, Ленинградская область).

Методика исследования. Нами была описана и опробована (более 40 проб) вся последовательность терригенных и карбонатных пород относимых к латорпскому над-горизонту. Глауконит широко распространен в терригенных породах и известняках латорпского надгоризонта. Из терригенных пород зерна глауконита извлекались под бинокулярным микроскопом, после предварительного отмучивания глин и получения рыхлой песчано-алевритовой фракции. Известняки растворялись в слабом растворе уксусной кислоты, после чего из нерастворимого остатка производился отбор зерен глауконита. При отборе зерен глауконита под бинокуляром изучались их форма и цвет.

Зерна глауконита из девяти проб были исследованы на трансмиссионном электроном микроскопе JEM 1200 (ТЭМ) и сканирующем электронном микроскопе (JEOL JXA-840A with Quantum Si(Li) detector) в Грейфсвальдском университете (Германия). Зерна глауконита, исследовавшиеся на ТЭМ, предварительно измельчались в агатовой ступке и далее в ультразвуковой ванночке, после чего кристаллы размером меньше 0,005 мм отделялись от более крупных в водной среде. При изучении на ТЭМ из каждой пробы были получено от 70 до 100 химических анализов отдельных кристалликов глауконита, полученные по каждой пробе результаты усреднялись. Зерна из проб № 3, 8, 9 были исследованы также на ДРОН 2 (Со Ка) в рентгеновской лаборатории геологического факультета СПбГУ

Результаты исследования. 1. Морфология зерен глауконита. В исследованных пробах встречаются различные по форме и размеру зерна глауконита (рис. 1). В терри-генных породах (песчаники с различным содержание глауконита) глауконит представлен

© В. Б. Ершова, 2008

Рис. 1. Различные по морфологии зерна глауконита:

1. Замещенная глауконитом спикула губки. 2. Замещенная глауконитом стеблевая часть иглокожего. 3. Замещенное глауконитом биоморфное зерно (вероятно, фрагмент шипа трилобита). 4. Глобулярное зерно глауконита близкое к изометричной форме. 5. Глобулярное зерно глауконита неправильной формы. 6. Хорошо окатанное зерно глауконита, изометричной формы

зернами темно-зеленого цвета, преимущественно округлой и изометричной формы, от средне- до хорошо окатанных.

Зерна глауконита из карбонатных пород более разнообразны по размерам, форме и цвету. В первом приближении их можно подразделить на несколько типов:

а) изометричные, округлые зерна средне- и плохо окатанные, обычно мелкопесчаной размерности;

б) биоморфные зерна глауконита: замещенные глауконитом спикулы губок, раковины остракод, ядра гастропод, таблички и членики иглокожих, трубочки и иголки (вероятно замещенные шипы мелких шипастых трилобитов);

в) неправильной формы, разлапистые, бугристые зерна, как правило от средне-до крупно- и гигантозернистой песчаной размерности. В одном образце могут встречаться различно окрашенные от светло- до черно-зеленого цвета.

2. Химический состав глауконита. Химический состав определялся в отдельных пластинках глауконита на ТЭМ, результаты исследования представлены в табл. 1. Все изученные зерна глауконита являются неупорядоченными смешеннослойными образованиями слюды и смектита.

Результаты трансмиссионной электронной микроскопии

Элементы/номера проб 9 8 7 б 5 4 з 2 1

Межслоевые катионы

Ca2+ 0,01 0 0 0,01 0,02 0,01 0 0,01 0

Mg2+ 0,02 0,0з 0,01 0,05 0,0з 0,0з 0,02 0,01 0,04

Na+ 0,01 0,01 0,02 0,01 0 0 0,01 0 0,0б

K+ 0,59 0,5з 0,б0 0,5з 0,59 0,58 0,55 0,54 0,50

Октаэдрический слой

Al3+ 0,45 0,52 0,36 0,40 0,59 0,52 0,б2 0,бб 0,б3

Fe3+ 1,23 1,14 1,30 1,30 1,06 1,15 1,00 0,90 1,00

Mg2+ 0,28 0,31 0,32 0,27 0,34 0,29 0,3б 0,43 0,33

Ti4+ 0,0з 0,03 0,03 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,04

Тетраэдрический слой

Al3+ 0,3б 0,29 0,39 0,37 0,41 0,37 0,29 0,25 0,33

Si4+ 3,64 3,71 3,61 3,б3 3,59 3,б3 3,71 3,75 3,б7

O2- 10 10 10 10 10 10 10 10 10

OH- 2 2 2 2 2 2 2 2 2

В соответствии с методикой, разработанной Srodon et. а11 [2] по результатам ТЭМ были рассчитаны соотношения смек-тита и слюды в отдельных кристаллах (рис. 2). При этом количество смектито-вой составляющей в глауконитах увеличивается с увеличением карбонатной составляющей в породах. Также на ТЭМ были исследованы светло-зеленые и темно-зеленые зерна глауконита, отобранные из одной пробы (обр. 9, 8, 7, 6). Оказалось что количество смектитовой составляющей и соответственно степень зрелости глауконита примерно одинаковы у разных по цвету зерен, а более светлые оттенки зеленой окраски связаны с уменьшенным содержанием Fe и соответственно с увеличенным содержанием A1 (табл. 2). Зерна глауконита из терригенных пород характеризуются увеличением количества Al и уменьшением Fe по сравнению с глауконитом из карбонатных пород (табл. 2).

Дифрактометрический анализ подтвердил общую тенденцию — увеличение смектитовой составляющей в глауконитах из известняковой части разреза. Но результаты РФА отличаются от полученных на ТЭМ. Так для образца № 9 по данным ТЭМ содержания смектита 50 % — по данным РФА 10-15 %, для обр. № 8 по данным

8

с.з

Условные

обозначения:

[яд і--1

Рис. 2. Соотношение глауконита и смектита в изученных зернах из разреза латорпского надгоризонта Путиловского карьера Условные обозначения: 1 — глауконитовый глинистый биотурбированный песчаник; 2 — кварцевый глинистый песчаник; З — кварц-глауконитовый и гла-уконит-кварцевый глинистый биотурбированный песчаник; 4—глина, S — кварцевый песчаник, б— известняк с зернами глауконита; 7 — различные по морфологии поверхности твердого и уплотненного дна, 8 — соотношение — а) глауконит, б) смектит; 9—номер образца, 10—а) темно-зеленые зерна, б) светлозеленые зерна

Соотношение Al и Fe по данным ТЕМ

№ обр. 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Л№е 0,37 0,45 0,27 0,30 0,56 0,45 0,62 0,73 0,63

ТЭМ содержания смектита 35 % — по данным РФА 15-20 %. Такое различие, вероятно, связано, с размерностью частиц: для ТЭМ отбираются частички размером менее 0,005, тогда как в рентгеновской дифракции участвуют частицы более крупного размера.

Обсуждение результатов. Морфология зерен глауконита из терригенных пород свидетельствует о том, что они прошли стадию окатывания после своего образования, которое по современным представлениям происходило внутри слоя донных осадков [3]. Возможно, эти зерна были переотложены при размыве осадков, сформированных на близлежащих участках дна бассейна, либо претерпели перемыв, отмучивание и окатывание на месте. Вряд ли транспортировка была значительной, поскольку глауконит является малоустойчивым минералом и его зерна могут быть перенесены максимум на первые десятки километров от места их образования [4].

Для зерен из известняков можно предположить следующие обстановки образования:

• зерна изометричной формы, как и зерна из терригенных пород образовывались при переотложении, их округлая форма является результатом их окатывания.

• биоморфные и разлапистые зерна глауконита, вероятно, образовались псевдоморф-но на месте захоронения и не подвергались перемыву, так как они сохраняют сложную форму первичного материала с выступающими бугорками, тонкими щитками и т. д. при переносе или длительном перемыве были бы разрушены.

В соответствии с моделью образования глауконита, разработанной Г. Одином и А. Мат-тером [5], образование глауконита начинается в порах материнского осадка размером 5-10 цш или происходит при замещении первичных минералов. В начале образуются обогащенные железом и калием смешаннослойные образования ряда смектита-глауконит, рост кристаллов происходит перпендикулярно субстрату [5]. При дальнейшем диагенезе смектит-глауконит перекристализовывается в глауконит и достигает максимального содержания К2О около 9 %. При полном заполнении пор глауконит-смектитом дальнейшие диагенетические преобразования приведут к значительному содержанию железа, при этом количество калия увеличится незначительно. Степень зрелости глауконита увеличивается по мере постепенного перехода смектита в глауконит. Первичные минералы, по которым может развиваться глауконит, могут быть представлены глинистыми минералами, кальцитом, слюдой, кварцем, полевыми шпатами и т. д. [6, 7].

По данным ТЭМ и РФА количество смектитовой составляющей в исследованных зернах глауконита из известняков выше, чем в терригенных породах. Данная тенденция может свидетельствовать об уменьшении степени зрелости зерен глауконита в карбонатных породах, что может быть вероятно связано, как с большей скоростью седиментации при их накоплении, чем при накоплении терригенных пород, так и с тем, что пористые тер-ригенные породы подвержены более интенсивным постседиментационным процессам.

Заключение. Исследованные зерна глауконита из нижнеордовикских отложений Ленинградской области разнообразны по морфологии и химическому составу и представлены смешаннослойными образованиями с различным соотношением слюда-смектит.

Зерна глауконита из терригенных пород характеризуются увеличением количества А1 и уменьшением Fe и смектитовой составляющей, по сравнению с глауконитом из карбонатных пород. Зерна глауконита, различные по цвету, содержат примерно одинаковые

количество смектитовой составляющей и, соответственно, степень зрелости глауконита примерно одинакова у разных по цвету зерен, а более светлые оттенки зеленой окраски связаны с пониженным содержанием Fe.

Автор благодарит доктора Касбома Й. (Грейфсвальдский университет, Германия), профессора Гойло Э. А. (Санкт-Петербургский Государственный Университет), доцента Федорова П. В. (Санкт-Петербургский Государственный Университет) за всестороннюю помощь и научные консультации.

Summary

Ershova V. B. Glauconite from Latorpian Regional Stage (Lower Ordovician) from Leningrad district.

Glauconite from Latorpian Regional Stage was investigated. Glauconite grains have globular (rounded, oval) and biomorphic (only in limestone) shapes and show a wide range of green hues.

The chemical and mineralogical composition of the glauconite grains were investigated using TEM and XRD methods. X-ray data by DRON- 2 (Co Ka radiation), TEM data were obtained by JEM 1200. The TEM data were calculated based on the method, developed by Srodon et all (SRODON et all, 1992).

The studied glauconite grains are represented by mixed layered glauconite-smectite. TEM investigations recognize the increase of smectites from 25 to 40-45 % from sandstones to limestones. XRD investigations of the same samples reveal the less amount of smectite — from 10 to 20 %. Difference in TEM and XRD measurements may result from the usage of particles less then 5 ^m size in TEM investigation.The amount of smectite in light- and dark-green grains is similar, but the quantity of Fe decreases in light colored grains.

Литература

1. Ершова В. Б., Федоров П. В. Литофациальная зональность латорпского надгоризонта (нижний ордовик) российской части Балтийско-Ладожского глинта // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология и география, 2006. Вып. 2. 2. Srodon et al. Chemistry of illite-smectite inferred from TEM measurements of fundamental particles // Clay Minerals, 1992, 27. 3. Meunier A. and Abderrazak A. The glauconite — Fe-illite — Fe-smectite problem: a critical review // Terra Nova, 2007. 19. 4. Шванов В. Н. Петрография песчаных пород. Л., 1987. 5. Odin G. S., Matter A. De glaueoniarum origine // Sediment, 1981, 28. 6. Odin G. S., Morton A. C. Authigenic green particles from marine environments. In: Chilin-garian G. V., Wolf K. H. (Eds.). Diagenesis, Amsterdam, 1988. vol. II. 7. Odin G. S., Fullagar P. D. Geological Significance of the Glaucony Facies. In: Odin G. S. (Ed.). Green Marine Clay, Amsterdam, 1988.