К вопросу о третичной коре выветривания на Южном Урале

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 65, в. 2 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1950 г.

К ВОПРОСУ О ТРЦТИЧНОЙ КОРЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ

НА ЮЖНОМ УРАЛЕ

(

А. Г. БАКИРОВ

В этой статье рассматривается проявление третичного выветривания на территории Кемпирсайского гипербазитового массива (Новороссийский и Степновский районы Актюбинской области, Каз. ССР, в 70 км к югу от г. Орска, Чкаловской области).

Массив пространственно приурочен к Орь-Илекскому водоразделу, являющемуся южным продолжением Губерлинских гор Южного Урала. Сам водораздел представляет собой горстовый выступ древней метаморфической толщи Урала, со средней абсолютной отметкой в 320 м.

Гипербазитовый плутон сложен апоперидоитовыми и аподунитовыми серпентинитами, отороченными по периферии габброидами. Вмещающие толщи: метаморфические породы докембрия и кембрия, сланцы и эффу- . зивы силура и девона.

В районе исследований довольно широко распространены рыхлые отложения морских и континентальных фаций. Первые из них представлены различными глауконитосодержащими песками, песчаниками, опоками, глинами и фосфоритовыми конгломератами верхнего мела и палеоцена. Континентальные фации представлены рыхлыми образованиями доюрской коры выветривания, красноцветными отложениями юры—нижнего мела, эоцена и четвертичного времени, а также олигоценовыми» неогеновыми и четвертичными песчано-глинистыми отложениями.

Характеристика коры выветривания гипербазитов

Кора выветривания распространена не на всей площади гипербазитового массива: она встречается лишь на сохранившихся возвышенных участках расчлененного доюрского пенеплена.

Эта кора имеет зональное строение. В разрезе нормального профиля коры мы видим (сверху вниз) охры, нонтрониты и выщелоченные серпентиниты; в разрезе силицифицированного профиля—окремненные и выщелоченные серпентиниты. Последние в обоих профилях постепенно переходят в обычные серпентиниты.

В соседних районах, по данным П. Л. Безрукова и А. Л. Яншина [2] и А. В. Хабакова [7], кора выветривания перекрывается континентальной юрой (Лг-з). В районе наших исследований морские верхнемеловые отложения залегают на размытой поверхности коры выветривания.

В охрах встречается в небольшом количестве в виде пленок и жилок псиломелан-вад, затем байделлит и галлуазит. Изредка констатируются опал и халцедон.

Из новообразований в нонтронитах встречаются псиломелан-вад и галлуазит, которые локализуются преимущественно в верхних горизонтах нонтронитов и образуют тонкие пленки и прожилки. В нижних горизонтах нонтронитов встречаются опалы, а также никелевые силикаты.

2вЗ

*

В выщелоченных серпентинитах констатирован комплекс вторичных минералов, образующий две основных зоны минерализации: верхнюю— окремненную и нижнюю—карбонатную.

В окремненной зоне широко развиты опалы, халцедоны и кварц. В ас-1 социации с последними встречаются никелевые силикаты (гарниерит и ревдинскит).

В карбонатной зоне выделяются верхняя арагонитовая подзона, среж-зшя—кгльцито-доломитовая и нижняя—магнезитово-керолитовая„ Карбонати обычно образуют сетчатые жилы, прожилки и линзообразные скоплениж. Наличие карбонатной сетчагости довольно ^типично для выщелоченных серпентинитов.

Брасноцветные отложения

С корой выветривания пространственно и генетически тесно связаны рыхлые красноцветные отложения.

Нижняя серия этих отложений представлена бокситами, оолитовыми эурыми железняками, пестрыми каолиновыми глинами и переотложеннычи охрами. Для пород этой нижней серии характерно отсутствие известко-вистых образований.

Средняя мощность пород нижней серии равна 8 м. Эти породы по литологическим особенностям несколько напоминают собой однотипные шы9 описанные П, Л. Безруковым н А, Л. Яншиным [1], в Зирен-агачской свите.

В некоторых участках нашего района породы нижней серии красно-цветных отложений перекрываются морским верхним мелом (р. Джангмз-згач, Донские месторождения хромитов).

Нами породы нижней серии красноцветных отложений, с некоторой условностью, отнесены к юре—нижнему мелу.

В породах средней серий красноцветных отложений выделяем два горизонта: нижний—пестроцветных глин и верхний—краснобурых песчаных глин. Характерными особенностями пород средней серии является наличие линз кварцевых песков с флорой эоцена в средней части нижнего горизонта, а также мергелей, приурочивающихся приблизительно к границе двух горизонтов. Как те, так и другие глины в отдельных участках несколько карбонатизированы. Краснобурые глины и значительно реже пестроцветные содержат бобовые стяжения песчаного бурого железняка. Мергели, а также кварцевые пески местами окремнены. В верхних горизонтах средней серии встречаются гипсоносные разности глин, содержащие и арагонит. Своей обизвествленностыо, окремненностью, гипсонос-ностью, а также несколько своеобразным характером бобовин бурого железняка породы средней серии красноцветных отложений отличаются от пород нижней серии.

Верхняя серия красноцветных отложений представлена красновато-бурыми, красновато-коричневыми известковистыми песчаниками, глинами н суглинками, залегающими с большим несогласием на третичных, меловых, а также более древних породах.

Последовательность минералообразования в коре выветривания гинербазитов и в красноцветных отложениях

При изучении минералов и их взаимоотношений в коре выветривания гмпербазитов Кемпярсайского массива и в красноцветных отложениях, ¡перекрывающих кору, удалось выявить следующую последовательность в минералообрззовании (рис. 1).

При анализе этой схемы нельзя не обратить внимания на наличие довольно четко выделяющихся трех этапов минералообразования.

Для первого этапа в профиле коры характерно обилие карбонатов, а для второго—наоборот, распространенность халцедона и кварца при подчиненном значении карбонатных образований.

Заслуживает внимания сравнение последовательности выделения минералов в профиле коры в первую и вторую эпохи минерализации. В первой—минералообразование начинается карбонатами, а во второй—халце-

Î минералы ЭПОХИ МИНЕРАЛИЗАЦИИ

1

Первая Вторая Третья

Î 1 { Керолит •

иагиеаит

Доломит • ! •

1 * Кальцит • щ

1 * Арагонит m ш

о s Опал • * î | «А

а Халцедон •

«и Кбарц m

аз Гарниерит • ш

«В РебдинСкит m

<0 Гune *

о Галлуазит Г

ж Б ей дел пит m •

Пси поме панба ды и асболаны • • . . .

Ионтранит • - ...... ^

Оолигпобьгй и

_ боЬобый бу-

I рый железняк т>

»- 5 0 0) Боксит •

/ /силомелан- оа ды и асболань/ m

J о о с; Доломит tx. -_________

I о Гипс 4»

Л Опал *

о. Халцедон «

** Арагонит m

Рис. 1. Схема последовательности выделения минералов в коре выветривания серпентинитов Кемпирсайского гипер-базитового массива и в красноцветных отложениях.

довом и кварцем. Для первой эпохи характеоно опаловое окремнение яри явном преобладании карбонатов, для второй—халцедоно кварцевое окрек-яение при подчиненном значении карбонатов.

Красноцветные отложения, перекрывающие кору выветривания, имеют также свои особенности в характере минерализации. Для первой эпохи иинералообразования характерны оолитовый бурый железняк и бокситы, для второй— псиломелан-вады, асболаны, бобовый бурый железняк, доломит, гипс, никелевые опалы, окремненные доломиты и мергели. Третья эпоха минерализации вообще бедно представлена минералами. С ней связаны гипс, доломит и халцедон третьих генераций.

Особенности эпох минералообразования проливают свет на историю формирования коры выветривания серпентинитов, о которой речь будет лтти ниже.

Мезо-кайнозойская история района

% .

В конце палеозоя и начале мезозоя Южный Урал был пенепленизи-рован. После пенепленизации создались исключительно благоприятные условия для формирования коры выветривания.

Длительность континентального выветривания в условиях пенеплена н благоприятные климатические условия способствовали образованию мощной рыхлой коры выветривания на всех породах материнского субстрата независимо от их состава.

Рыхлые продукты коры выветривания на гранитах представлены каолинами, на габброидах—охрами и каолинами, на серпентинитах—охрами и нонтр нитами.

Формирование коры выветривания происходило в условиях кислой среды и достаточно влажного климата. О первом свидетельствует большое развитие каолинов на полевошпатовых породах (каолины по последним данным Седлецкого и других исследователей образуются при вывет* ривании в кислой среде), а о втором—значительная мощность рыхлой толщи коры, которая в этом виде могла образоваться лишь при длительном и постоянном увлажнении.

Зональное строение и мощность коры выветривания серпентинитов определялись двумя факторами; глубиной залегания уровня грунтовых вод и величиной рН среды выветривания.

Рыхлая охро нонтронитовая толща коры являлась своеобразным чехлом, предохранявшим от выветривания нижележащие выщелоченные серпентиниты. По мере увеличения ее мощности происходило ослабление интенсивности процессов выветривания коренных пород. И примерно к концу нижней юры наступил период прекращения образования рыхлой нонтронитовой толщи.

С начала средней юры в геологической истории Южного Урала довольно отчетливо выявились две тенденции, наметившиеся еще в нижней юре: общее погружение континента, увлажнение и похолодание климата. Опускание континента повлекло за собой поднятие уровня грунтовых вод, затопление и консервацию зоны выщелоченных серпентинитов и нонтро-нитов. Получили развитие озера и болота.

Увлажнение климата привело к развитию растительности и изменению рН среды выветривания в сторону повышения кислотности. Все это вместе взятое обусловило изменение характера течения процессов поверхностного выветривания. В связи с изменением рН среды стал возможным переход в растворимое состояние полуторных окислов и их перенос с по-следующим осаждением и образованием бокситов и бурых железняков. Получил значение физический (механический) перенос рыхлых продуктов доюрской коры выветривания.

В этих условиях как раз и формировались породы нижней серии красно-цветных отложений, представленные переотложенными охрами, каолинами, оолитовыми железняками и бокситами.

Морская трансгрессия верхнемелового моря, захватившая значительные районы Южного Урала, явилась исторической неизбежностью в геологической жизни этих районов, которые с юры начали испытывать погружение. Верхнемеловое море наступало на поверхность, уже выравненную в процессе предшествующего континентального выветривания триаса, юры и нижнего мела, не производя большого размыва. Об этом свидетельствуют сохранившиеся охры и нонтрониты, вскрытые из-под верхнемеловых отложений в ряде районов Южного Урала, а также перекрытие Морским мелом рыхлых отложений коры выветривания на участках Шет' лектинского месторождения никеля и Донских месторождений хромитов.

' /

С отложением галечников, фосфоритов, глауконитовых песков и глик верхнего мела, перекрывших собой частично размытую кору выветривания серпентинитов, в жизни последней начался новый период—период подводной консервации Он продолжался и в течение всего палеоцена, когда произошло еще большее погружение континента под уровень мрря.

Образование третичной корн выветривания

В начале эоцена произошел подъём страны. Морские условия сменились континентальными. В процессе эрозии на значительных участках Южного Урала были смыты морские отложения верхнего мела и палеоцена, вскрыг и расчленен доюрский пенеплен с его корой выветривания. В эоцене открылась новая страница в истории доюрской коры—эпоха ее третичного развития: размыва, преобразования и подновления.

Прежде чем разобрать конкретное проявление третичного выветривания, коснемся истории вопроса о третичной коре. Этот вопрос является одним из дискуссионных и недостаточно освещенных в мезозойской истории Южного Урала, несмотря на то, что на Среднем Урале проблема третичной коры решается более определенно и положительно (работы И. М. Крашенинникова [4], Е П. Щукиной [8] и других теологов).

Защитником третичной коры выветривания на Южном Урале является А. Н. Алешков. Его взгляды н сколько своеобразны. Признавая третичную кору, он отрицает доюрскую, полагая, что ее рыхлые продукты не могли сохраниться во время трансгрессии верхнемелового моря. Вместе с тем он придает большое значение в формировании коры гидротермальным процессам, связанным по его мнению с альпийским тектогенезом

Следует заметить, что до сих пор никто из исследователей Южного Урала, в том числе и А. Н. Алешков, не привел достоверных данных, свидетельствующих о третичной коре выветривания. Если и приводят, то обычно ограничиваются ссылками на окремненные эоценовые песчаники (А. В. Хабаков, И. И. Гинзбург [3], А. Н. Алешков) и на благоприятные для выветривания климатические условия эоцен олигоцена. Никем ббстоя-тельно не разобран также и вопрос о возможной третичной минерализации в коре выветривания гипербазитов.

Некоторые исследователи (В. Н. Разумова и Н. П. Херасков) отрицают третичную кору выветривания на Южном Урале. Л. Н. Формозова [6] на основании изучения химического состава глауконита в породах верхней юры, мела и палеогена Южного Урала также отрицательно решает вопрос о третичной коре.

На морских меловых и палеоценовых отложениях до сих пор еще никто не констатировал коры выветривания. Этот аргумент является главным и достаточно серьезным у противников третичной коры выветривания.

Остановимся детальнее на этом вопросе.

Судя по флоре, эоцен и олигоцен на Южном Урале характеризовались жарким климатом, благоприятствующим формированию коры выветривания. По сравнению с доюрской эпохой (триас-нижняя юра) период времена эоцен-олигоцена был относительно менее длительным, но все же достаточным для образования рыхлых толщ коры.

Если климат и длительность процессов выветривания,в эоцен-олигоцене несколько напоминали собой таковые в доюрскую эпоху, то геоморфологические условия являлись резко противоположными. Доюрская кора выветривания формировалась на пенеплене в условиях выравненного рельефа. Отсюда ее большая мощность и лучшая сохранность. Третичная же кора образовалась в условиях расчлененного эрозией рельефа, когда параллельно с образованием коры менее мощной, чем доюрская, прбис-

ходил ее смыв. А отсюда—слабая сохранность третичной коры и малая вероятность ее встречи. Бэлее развитая и широко распространенная доюрская кора во многих случаях моглд маскировать третичную, что еще больше усложняет выявление последней.

Мы полагаем, что для выявления третичной коры выветривания нужне итти другим путем, выбрать другой метод, по сравнению с тем, которым пользовались предшествующие исследователи.

На серпентинитах кора выветривания образовывается гораздо легче, чем ца других породах, и в профиле этой коры довольно отчетливо запечатлеваются все этапы минерализации, связанные с процессами вы-зетривания. Поэтому для решения проблемы третичной коры выветривания, учитывая специфические условия формирования последней, мы попытаемся воспользоваться анализом последовательности образования минералов в коре выветривания серпентинитов и породах красноцветных отложений.

Проведем сейчас сопоставление доюрской коры выветривания и процессов минералообразования с третичной корой и минерализацией. Посмотрим также, что произойдет в случае наложения третичной коры на доюрскую.

Доюрская кора выветривания образовалась в условиях выравненного рельефа. Все процессы минералообразования локализовались в рамках профиля коры, так как господствовала в профиле коры выветривания вертн-

в кальная миграция элементов; горизон-

__тальная в пределах поверхностных учжс-

' 1 " г | л тков была незначительной (рис. 2а).

т Формирование третичной коры про-

ч ^ исходило в условиях расчлененного

«> . рельефа. Здесь имели место два парал-

Рис. 2 лельно идущих, но пространственно

разобщенных процесса миграции элементов: один из них (А) в вертикальном направлении, другой (Б)—в направлении стока подземных и поверхностных вод по склону (рис. 26).

При вертикальной миграции (А) минерализация ограничивалась рамкамк ярофиля коры выветривания. При миграции же в направлении (Б) элементы в своей значительной части давали начало минералообразованию в рыхлых городах, образовавшихся за счет смыва продуктов коры выветривания и накапливавшихся в западинках и понижениях склонов и у подножий возвышенностей.

Геохимические особенности элементов и условия среды (величина рН) являлись двумя факторами, определившими характер и ассоциацию минеральных комплексов, образовавшихся в процессе выветривания.

Что мы можем ждать в случае наложения третичной коры выветривания на доюрскую, применительно к ультраосновным породам?

Во-первых, появление двух минеральных комплексов, разделенных перерывом во времени своего образования (один—доюрский, а другой— третичный); во-вторых, образование рыхлых красноцветных отложений, пространственно и генетически тесно связанных с корой выветривания; в-третьих, некоторую сдвоенность во втором минеральном комплексе ^третичном) за счет одновременных и паралельио идущих процессов минералообразования в профиле коры и в красноцветных отложениях.

Эту картину как раз мы и наблюдаем в коре выветривания серпентинитов Кемпирс^йского массива 1).

*) На Батамшинском месторождении, в выемках, отчетливо заметен и хорошо выражен переход от карбонатов выщелоченных серпентинитов к доломитам и мергелям средней серии красноцветных отложений.

На основании всего вышеизложенного мы можем в следующем виде яредставить себе третичную историю коры.

Процессы выветривания в третичный период наложились на доюр^куш кору и привели к преобразованию и подновлению последней. На ранних стадиях они ознаменовались обохриванйем нонтронитов, выщелачиванием серпентинитов, образованием охр и возможно—нонтронитов.

В процессе выветривания переводились в растворимое состояние кальций, магний, никель, кобальт, кремнезем, железо и алюминий. В профиле коры в основном задерживались кремнезем, никель и частично кальций магний и железо. Основная же масса кальция, магния, железа, кобальта и марганца выносилась дальше грунтовыми водами и поверхностными водотоками и отлагалась вместе с песчано-глинистым материалам в за м-квутых бассейнах в понижениях рельефа склонов.

В третичной минерализации обращают на себя внимание две особенности:

1) пространственное разобщение кремнезема от кальция й магния, важное для понимания генезиса силицифицированных серпентинитов;

2) обогащение пород средней серии красноцветных отложений кобальтом и марганцем (псиломелан-вады и асболаны), имеющее большое значение для изучения кобальтоносности коры, направлении и постановки поисково-разведочных работ на кобальт.

Основная масса кремнезема „улавливалась* карбонатной зоной выщелоченных серпентинитов с образованием так называемых силицифицированных серпентинитов. Кальций и магний мигрировали дальще, так как условия расчлененного рельефа не давали возможности образовываться е коре выветривания застойным грунтовым водам, имеющим такое рН, при котором возможно было бы вымадение карбонатов кальция и магния. Последние отлагались в запядинках рельефа, понижениях и бессточных •падинах склонов, где в щелочной среде застойных вод образовались красноцветные породы с псиломелан-вадами и асболанами.

Как видим, характер минерализации в профиле коры и в красноцчет-ных отложениях несколько отличались друг от друга как с количественной, так и с качественной стороны. В коре главным сбразом происходило; образование халцедона, кварца и частично никелевых силикатов. Резко подчиненное положение занимали карбонаты и минералы гидратных окислов железа, алюминия, марганца и кобалыа. В красноцветных отложениях, наоборот, преимущественное распространение получили процессы карбс-натизации, образования железистого бобовника, псиломелан-вада и асбо-ланог. Подчиненное значение имели процессы окремнения, избирательно яриурочивающиеся к карбонатным породам или же к кварцевым пескам и остаткам эоценовой флоры.

Нельзя не обратить внимания на некоторую литологическую невыдержанность пород средней серии красноцветных отложений, свидетельствующую об изменчивости климатических условий в период формирований третичной коры выветривания. Последнему способствовало и само положение Южного Урала, находившегося 3 эоцене-оли! оцене на границе двух различных ботанико-географических областей: „вечнозеленой полтавской и листопадной тургайской, имеющей все признаки умеренного кли* мата" (Криштофовнч).

Наличие карбонатов (мергелей и доломитов), сульфатов (гипса), сливных кварцевых песчаников, переотложенных нонтронитов, сохранившихся остатков засухоустойчивой флоры свидетельствует о щелочном выветривании в условиях полупустынь или" жарких степей. Охры же, бобовые &урые железняки, пестроцветные глины характеризуют нам увлажненные климатические условия и кислую среду вывегриёания, благоприятствующих миграции железа.

В последовательности минералообрззования в коре выветривания серпентинитов довольно отчетливо выражены две эпохи минерализации: до-горская, связанная с формированием коры, и третичная, связанная с преобразованием и подновлением доюрской коры в условиях континентального выветривания эоцена-олигоиена

На Аккермановском и Халиловском месторождениях никеля (данные Д. Г. Ульянова, Г. С. Грицаенко и Г. А. Крутова) намечаются также две эпохи минералообразования. Упомянутые авторы в 1932 г. и М. А. Цибуль-чик в 1938 г. пытались связать первую эпоху минерализации с гидротермальной деятельностью, а вторую—с процессами выветривания. По нашему мнению, в вышеуказанных месторождениях, так же как и в Кемпирсай-ских, мы имеем дело с доюрским и третичным минералообразовзнием. Общность геологической истории, пережитой этими месторождениями, н сходство в характере минерализации дают возможность проводить такую аналогию.

литература

К Вез рук ов П. Л. и Яншин А. Л.—Юрские отложении и месторождения бокситов ч*а Южном Урале, Тр. Научно-исслед. инст. геол огии и минералогии, вып. 7, 193?.

2. Безруков П. Л. и ЯншинА. Л.—Юрские отложения и месторождения алюминиевых руд в Примугоджарских степях, Гр. Научно-исслед. инст. минерального сырья, т. I, ч. I, вып. 110, 1937.

,3. Гинзбург И. И.—Древняя кора выветривания на ультраосновных породах Урала, ч. Типы и морфология древней коры выветривание. Тр. Инст. геолог, наук СССР, вып. 80 (i), 1946.

4. Крашенинников И. М-—Древняя кора выветривания лесостепного Зауралья, Известия Докучаевского почвенного комитета № 3, .1915.

5. Ульянов Д. Г. и Ш и ш у л и н а М. Г., Г р и ц а е н к о Г. С., К р у т о в Л. Л., Петрова А. С. - Месторождения силикатн »- никелевых руд " Орско-Халиловского района,Тр. Науч-исслед. инсг. минера 1ьного сырья, вып. 117, 1у37.

6. Формозова Л. н.—К вопросу о во расте древней коры выветривания на Южном Урале, Бюллетень Московского общества испытателей природы, отдел геолог., т. XXII (2), 1947.

7. Хабяков А. В.—Доюрскин рельеф и древняя кора выветривания в южной части Южного Урала, Изв. Гос. географ, общества, 67, вып 2, 193 ч

Щукина Ё. Н.—Геология и геоморфология коры выветривания Среднего Урала, Бюллетень Моск. общества испытателей природы, Отдел геолог. XXI, 5, 1946.

*) Наличие в коре выветривания серпентинитов Кемпирсайского массива двух минеральных комплексов, связанных с доюрской и третичной минерализацнями, отмечен» нами еще в 1941 г. в работе .Кора выветривания и месторождения никеля".