Петрографические особенности кремнистых пород киевской свиты эоцена Ростовской области

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 552.55

ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД КИЕВСКОЙ СВИТЫ ЭОЦЕНА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

С.Ю. Харченко

Петрографическое изучение кремнистых пород имеет первостепенное значение для выявления их минерагенических особенностей, генетических особенностей и степени постседимен-тационных преобразований.

Непосредственное изучение петрографии кремнистых пород Ростовской области, в частности киевского яруса эоцена Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы, началось в 50-е годы XX века. Основоположниками научных исследований вещества кремнистых пород данной территории являлись С.Я. Орехов и А.И. Коханов-ский, выделившие опоки и диатомиты среди палеогеновой толщи [1]. В 60-е годы XX в. работы по изучению кремнистых пород продолжились коллективом геологов во главе с И.А. Шамраем. Они впервые приурочили кремнистые породы к верхам среднего эоцена и начали детальное их петрографическое изучение.

Также было высказано предположение об одновозрастности кремнистых пород киевской свиты Днепрово-Донецкой впадины с кремнистыми породами Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы [2]. В 70-80-е годы XX в. изучение кремнистых пород продолжилось сотрудниками Ростовского государственного университета под руководством В.И. Седлецкого. В этот период кремнистые породы были изучены под электронным микроскопом, впервые использовались рентгенометрический и другие методы исследований. Была установлена генетическая взаимосвязь с кремнистыми породами Скифской платформы и Северного

Харченко Станислав Юрьевич - аспирант кафедры минералогии и петрографии Южного федерального университета, 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Р. Зорге, 40, e-mail: stanislav_khr@mail.ru, т. 8(863)2225712.

Кавказа [3]. В постсоветский период можно выделить работу, посвященную общим вопросам эволюции осадконакопления и ми-нерагении осадочных пород, проведенную в конце 90-х годов XX в. сотрудниками ФГУП "ЦНИИгеолнеруд" под руководством У.Г. Дистанова, Е.М. Аксенова. В этой работе кремненакопление и минерагения кремнистых пород рассмотрена на примере этих пород Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы [4].

Несмотря на многолетние работы в области исследования кремнистых пород Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы, тема петрографических особенностей до конца еще не выяснена. Ранее при изучении петрографии силицитов применялись традиционные методы оптической микроскопии, что вряд ли давало истинную картину о породах. В исследованиях также находилось место методам аналоговой рентгенометрии, дифрактометрии и термическим исследованиям. На сегодняшний день открытыми остаются вопросы формы нахождения в породе кремнезема и микроструктурного строения, как индикаторов минерагенических и генетических особенностей, а также степени постседиментационных преобразований.

На территории Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы в отложениях киевской свиты установлены два типа кремнистых пород - диатомиты и опоки, которые имеют различные особенности вещественного состава и микроструктурного строения. Эти особенности в первую очередь зависят от тектонического режима и условий среды, в которой происходило об-

Stanislav Kharchenko - post-graduate student of the Mineralogy and Petrography Department at the Southern Federal University, 40, R. Zorge Street, Rostov-on-Don, 344010, e-mail: stanislav_khr@mail.ru, ph. +7(863)2225712.

разование кремнистых пород. Основываясь на фациальном анализе толщи, вмещающей изучаемые породы, и тектоническом строении территории исследования, были выделены структурно-фациальные зоны (СФЗ). Диатомиты распространены исключительно на территории южного крыла Воронежской антеклизы, где выделяется СФЗ южного крыла Воронежской антеклизы [2]. В пределах Восточного Донбасса выделяются Тузловская СФЗ, СФЗ Погруженного Донбасса и СФЗ южного обрамления Восточного Донбасса [2], на территории которых встречаются только опоки.

Для изучения вещественного состава кремнистых пород использовались рентгенометрический метод. Рентгенометрические исследования выполнялись на цифровом приборе ДРОН-5,0 на медном излучении с медным фильтром в режиме 30 кУ - 14 шЛ. Скорость движения ленты 720 мм/час. Скорость вращения препарата составляла 2 градуса в минуту. Для контроля стабильности режима работы прибора периодически фиксировалась дифрак-тограмма эталонного образца.

Микроструктуры кремнистые породы изучались с помощью цифрового растрового электронного микроскопа (ЦРЭМ). ЦРЭМ представляет из себя источник электронов, систему их фокусировки в тонкий пучок, оборудование для развертки пучка в растр, набор соответствующих устройств для регистрации электронов излучаемых образцов, монитор для вывода изображения на экран [5]. Для просмотра изображения на ЦРЭМе необходимо было подготовить пробы. Для этого со свежего скола породы нужно сколоть небольшой кусочек породы и прикрепить на столик, покрытый специальным графитовым клеем (лак смешанный с графитовой крошкой). Столик с приклеенными кусочками пород помещают в вакуум и подвергают медному напылению для улучшения электропроводности, после напыления образцы устанавливаются в вакуумную камеру микроскопа, где их можно уже смотреть.

При изучении кремнистых пород Восточного Донбасса и южного крыла Воронежской антеклизы было установлено, что основными породообразующими минералами, слагающими породу более чем в половину, являются полиморфные модификации кремнезема, представленные рентгеноаморфным опалом (опал-А), и особой минеральной фазой - опал-кристобалитом (опал-К), которая

характерна для кремнистых пород осадочного происхождения [6].

Диатомиты СФЗ южного крыла Воронежской антеклизы серые, серо-зеленные, желтовато-серо-зеленые, легкие породы с землистым обликом, легко растираются пальцами. Текстура их тонкослоистая, обусловленная в разной степени обогащением глинистым материалом. Структура органогенно-пелитовая.

Изучение вещественного состава выявило полиминеральный характер диатомитов. На типовой дифрактограмме этих диатомитов (см. рис. 1) выделяется гало, характерное для рентгеноаморфного опала (5.0-3.5). Глинистые минералы представлены монтмориллонитом (4.44 и др.), гидрослюдой (10.03) и каолинитом (7.14 и 3.56). К кварцу относятся наиболее интенсивный рефлекс 3.34, рефлексы 4.24, 2.45, 1.81 и другие. По рефлексам 2.56, 1.97 фиксируется мусковит, а по рефлексу 2.21 - сидерит.

Элктронно-микроскопическое исследование диатомитов показало, что основная масса их сложена створками диатомей различной степени сохранности (60-90 %), а стенки этих створок выполнены опалом-А (см. рис. 2, а, б). Среди диатомитов выделяются два вида микроструктур [7].

В биогенной разновидности микроструктур (см. рис. 2, а) диатомитов поверхности сколов пород отнесены к биоморфному и ло-пастевидному типам. Сложены практически целиком разрушенными и растертыми створками диатомовых водорослей, с единичными створками хорошей сохранности, а также с редкими включениями чешуек глинистых минералов, зерен угловатого кварца алевритовой размерности и спикул губок (не более 10 %). Биогенно-алевро-пелитовая микроструктура характеризуется сочетанием биоморфной, лопасте-видной и в меньшей степени субпланарно-мел-кобугорковой типов поверхности (см. рис. 2, б). Они сложены створками диатомей различной степени сохранности, от целых с четко видным рельефом до перемятых и размазанных, и обломочной массой, представленной слабо окатанными и не окатанными зернами кварца и чешуйками глинистых минералов. Также в породе встречаются обломки кремнистых губок и их спикул.

Кремнистые породы Восточного Донбасса всех СФЗ характеризуются единообразием микроструктур и отличаются лишь минеральным составом, что обусловлено сочетанием разного количества терригенной компоненты и полиморфных модификаций кремнезема в разных пропорциях.

Рис. 1. Типовая дифрактограмма СФЗ Южного крыла Воронежской антеклизы

Опоки Восточного Донбасса имеют серую, желтовато-серую и голубовато-серую окраску, являются неяснослоистыми и массивными, средней крепости породами. Микротекстура - слоистая за счет параллельной ориентации составляющих компонентов и неравномерной сортировки терригенной примеси алевритовой размерности. Структура опок органогенно-алевро-пелитовая.

Проведение анализа вещественного состава кремнистых пород Восточного Донбасса установило их полиминеральный характер. Опоки СФЗ Погруженного Донбасса и СФЗ южного обрамления Восточного Донбасса отмечаются практически одинаковым вещественным составом. Опоки Тузловской СФЗ отличаются от них вещественным составом и степенью кристалличности полиморфной модификации кремнезема, слагающего породу.

На типовой дифрактограмме опок СФЗ Погруженного Донбасса и СФЗ южного обрамления Восточного Донбасса (рис. 3) выделяется гало (5.0-3.5), осложненное кристо-балитовым рефлексом (4.10). Такое сочетание аморфного гало и кристобалитового рефлекса

характерно для опала-К. При этом кристоба-лит в породе находится также и в свободной форме. Присутствие терригенной примеси кварца фиксируется рефлексами 4.25, 3.33, 2.45 и др. Второй по интенсивности рефлекс 3.02 указывает на присутствие кальцита. На него также указывают рефлексы 2.48, 2.28 и др. Глинистые минералы представлены монтмориллонитом и гидрослюдой. Они диагностируются по рефлексам 4.98, 4.46 и 9.97, 2.57, соответственно. В опоках отмечается присутствие минералов группы цеолитов. Гей-ландит фиксируется по рефлексам 9.97 и 3.94, а клиноптилолит по рефлексу 8.9. Среди других минералов в породе присутствует сидерит (2.78 и 2.12) и мусковит (1,98).

Типовая дифрактограмма опок Тузлов-ской СФЗ (рис. 4) свидетельствует о меньшем разнообразии вещественного состава. Характерное сочетание аморфного гало (5.0-3.5) и кристобалитового пика (4.10) указывает на опал-К. В породе присутствует кварц (4.25, 3.34 и др), кальцит (3.03 и др), гидрослюда фиксируется по рефлексам 9.87 и 2.56. Из цеолитов в породе отмечаются только следы клиноптилолита (8.95).

Рис. 2. Микроструктуры кремнистых пород Восточного Донбасса и Южного крыла Воронежской антеклизы: а - биогенная; б - биогенно-алевро-пелитовая; в - биогенная глобулярная; г - агрегатно-глобулярно-кристаллическая; д - хлопьевидно-глобулярная; е - глобулярная

Рис. 3. Типовая дифрактограмма СФЗ Погруженного Донбасса и СФЗ Южного обрамления Восточного Донбасса

3.34

4.2 5 .10

\ 987 \ 3' 3.0 ¡.18 ву 3 1

"Ч а } 2.50 2.45 2-2?|21197Н 911 85 1 1.37 1.54 I 1 66 I Ш 125 1 -191 -18

Рис. 4. Типовая дифрактограмма Тузловской СФЗ

Опоки Восточного Донбасса характеризуются широким разнообразием микроструктур (см. рис. 2, в-е). Изучение опок позволило выделить среди сколов этих пород сочетания биогенной, глобулярной, агрегатно-глобуляр-ной и хлопьевидной микроструктур [4]. Биогенная глобулярная микроструктура выделяется наличием сколов пород с псевдобиоморф-ным, бугорковым и субпланарно-мелкобугор-ковым типами поверхности (см.: рис. 2, в). Породы сложены глобулярным опалом-К (до 60 %), который образовался за счет перекристаллизации остатков кремнистых микроорганизмов (диатомовые водоросли, губки, радиолярии), участками опоки выполнены карбонатным детритом и коколитофарида-ми, а также чешуйками слюд. Бугорковый и друзовый типы поверхности, отнесены к специфической агрегатно-глобулярно-кри-сталлической микроструктуре и обусловлены сочетанием леписфер опала-К и кристаллов кристобалита (см. рис. 2, г). Наличие карбонатного детрита позволяет выделить хлопьевидно-глобулярную микроструктуру опок (см. рис. 2, д) с бугорковым, лопастевидным и субпланарно-мелкобугорковым типами поверхностей сколов. Местами внутренние полости спикул кремнистых губок замещены леписферными агрегатами, которые плотно прилегают друг к другу, образуя покровы, что характерно для глобулярной микроструктуры с субпланарным типом поверхности (см. рис. 2, е). [4].

Петрографическое изучение кремнистых пород с помощью рентгенометрического метода и растрового электронного микроскопа показало, что породы сложены тремя фазами аутигенного биогенного кремнезема в ряду полиморфных модификаций - опалом-А, опалом-К и кристобалитом. Диатомиты сложены скелетными остатками диатомитовых водорослей вещество которых представлено опалом-А. Опал-К и кристобаллит являются породообразующими для опок. Образование опала-К и кристобалита происходит из опала-А путем его раскристаллизации в процессе диагенеза, когда стенки скелетных остатков микроорганизмов с кремнистой функцией растворялись и тут же кристаллизовались. В результате кристаллизации

образовывались леписферы [6], характерные для опала-К и кристобалита.

Необходимо также отметить, что все опоки являются породами с биогенной микроструктурой и все остальные микроструктуры, выделенные здесь, лишь осложняют биогенную, так как первоначально осадок был сложен створками диатомей, спикулами губок и скелетами радиолярий и силикоф-лагеллат, опаловое вещество которых было замещено другими фазами полиморфных модификаций кремнезема. Приведенная петрографическая характеристика кремнистых пород позволит наметить как ряд общих особенностей для каждой породной группы, так и тенденции изменения аутигенного кремнезема в целом, что необходимо будет при определении условий образования силицитов и перспектив их возможного использования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кохановский П.П., Орехов С.Я. Третичные сили-циты Восточного Донбасса и Юго-Востока Воронежского кристаллического массива // ДАН СССР. 1987. Т. 106. № 3. С. 236-240.

2. Шамрай И.А. Палеоген восточного Донбасса и Северного крыла Азово-Кубанской впадины. Ростов н/Д: Изд-во Рост. гос. ун-та, 1972. 236 с.

3. Агарков Ю.В., Бойко Н.И., Седлецкий В.И. Кремнистые породы Северного Кавказа и перспективы их практического использования. Ростов н/Д: Изд-во Рост. гос. ун-та, 1991. 208 с.; Рышков М.М. Кремнистые породы палеоцен-эоценовой плат-формной формации Восточного Донбасса, Западного и Центрального Предкавказья: Автореф. дис. ... канд. геол.-мин. наук. Ростов н/Д, 1980. 19 с.

4. Дистанов У.Г., Аксенов Е.М., Ведерников Н.Н. и др. Фанерозойские осадочные палеобассейны России: проблемы эволюции и минерагении неметаллов. М.: ЗАО "Геоинформмарк", 2000. 212 с.

5. Reed S.J.B. Electron microprobe analysis and scanning electron microscopy in geology.pdf. Published in the United States of America. N.Y.: Cambridge University Press, 2005. 216 p.

6. Murata K.I., Norman M.B. An Index of cristallinity for quarts // Amtr. Journ. Sci. 1996. Vol. 276. № 9. P. 1115-1125.

7. Хворова И.В., Дмитрик А.Л. Микроструктуры кремнистых пород // Труды Геол. института АН СССР. Вып. 246. М.: АН СССР, 1972. 50 с.

9 апреля 2012 г.