Фации железосодержащих осадков

Наиболее важное звено в проблеме генезиса и распределения представляет задача определения первичных осадочных фациальных обстановок, устанавливаемых по преобразованию того или иного же­лезистого минерала: сульфида, карбоната, окисла или силиката.

Пластовые сульфиды железа. Породы в которых сульфиды железа занимают доминирующую часть редки.

Пласты пирита мощностью 15 см или немногим более 30 см, переслаивающиеся с черносланцами, обнаружены в ордовикских породах района Уобана (о. Ньюфаундленд) Пиритовые пласты состоят из мелких сферолитов, смешанных с пиритизованными и не пиритизованными обломками окаменелостей; все это сцементировано очень тонкозернистой кремнистой основной массой. Пирит составляет около 65% этих отложений.

В некоторых докембридских черн ых аспидных сланцах, ассо­циирующих со слоистыми кремне­выми железистыми карбонатами в районах Айрон-Ривер, ~ Кристаллфолз, мичиган, также вы­явлено переслаивание пластов пи­рита, мощность которых изменя­ется от толщины пленки до 2,5— 5 см. Однако Самым круп­ным скоплением осадочного пири­та в данном районе является пиритовая пачка Уосека, так на­зываемый «графитовый сланец» ле­жачего бока формации; мощность пачки составляет 1,5—6,1 м. Опре­деленное по нескольким образцам среднее содержание пирита состав­ляет около 38%. В этой породе пи­рит очень тонкозернистый, а отдель­ные кристаллы (0,003 мм) почти не­видимы невооруженным глазом. Пирит имеет тенденщ в определенных слоях и часто равномерно переслаива углистыми сланцами (рис. 11-14). Содержание сульфид обогащенных слоях достигает 75%. Валовой химичес породы представлен в табл. 11-3,А.

Пирит встречается также и в некоторых известия гелем таких известняков является пласт мощностью 1,2м формации Гринхорн (верхний мел), штат Вайоминг. он состоит из кальцита 45,4%; пирита 25,2%; гипса (частично вторич происхождения) 17,6%; окислов железа 6,1%; органическогс и костного фосфата 2%. Известняк тьюли (девон), шт NY ляется исключительно пиритовым и местами переход выдержанный по площади пиритовый пласт. Тьюли тесно ассоциирует с известковыми черными глинистыми и аспидными сланцами. из это следует что источником серы было орг вещество, была вост среда, шло восстановление.

Пластовые сидериты (кремневые железистые карбонаты, глини­стые железняки). Железистый карбонат — сидерит — встречается в ви­де тесного переслаивания с кремнем («кремневый сидерит») или в ви­де смеси во всех пропорциях с глинистым материалом (глинистые железняки). Типичные пластовые кремцевые карбонаты состоят из тонкозернистых светло- или темно-серого сидерита и плотных черных кремней. Компоненты в виде пропластков, мощность которых составляет 7,—10 см, ритмически чередуются. В менее бога­тых кремнем формациях он залегает в виде небольших желваквв. Про­порции бывают различными, но обычно от 1/4до 1/3 формации состав­ляют кремни, от 1/2До 2/3— сидерит. Местами мощность таких формаций достигает 100 м. Содержание железа в г породе в целом составляет 20—30% (50—70% сидерита),

Сидеритовые слои могутсодержать тончайшие пропластки железистых силикатов или сульфидов железа; они могут состоять из практически чистых карбонатов, в которых обычно отмечаются стилолиты. Формации железистых карбонатов обычно не содержат обломочного материала. В них Готсутствуют оолитовые структуры. Кремневые сидериты широко распространены в районе оз. Верхнего, в США Эту формацию обычно рассматривают как основные первично-осадочные отложения этого района, а большинство других типов железорудных формаций считаются постседиментационными модификациями этой породы. Если не считать настоящих метаморфизованных кремневых карбонатных пород, сейчас представляется очевидным, что другие типы железосодержащих формаций (силикаты и окислы) сами являются первично-осадочными фа­циями, а не окисленными (выветрелыми) или окремнелыми (метамор-физованными) железистыми карбонатными породами. Первично осажденные пластовые железистые карбонаты являются основным видом железосодержащих формаций в районе Кристалл-Фолз — Айрон-Ривер, в штате Мичиган. Они широко представлены также в районах Годжебик и Маркетт.

В последокембрийских железняках сидерит может образовывать основную массу, в которую включены и лимонитовые оолиты, которые обычно значительно диагенетически замещены. Он может встречаться в виде тонкозернистых сидеритовых литифицированных илов или образовывать матрикс и частично замещать обломки раковин и кальцитовые ооиды, может также замещать кальцитовый матрикс. Он также встречается в виде желваковых стяжений, «сферосидеритов», в шамозитовых и каолинитовых железняках. Только мелкозернистые си-деритовыё литифйцированные илы являются первичным осадком; все другие' считаются диагенетическими.

Термин глинистый железняк применяется к глинистым сидеритовым конкрециям и пластам, встречающимся в угленосных разрезах как в Великобритании, так и в США. [280]. Глинистый железняк залегает либо в виде прослоев желваков, многие из которых обнаруживают септариевое; строение, либо образует более или менее выдержанные маломощные пласты. Они имеют темно-серый или бурый, реже черный цвет. Глинистые железняки тонкозернистый. Глины от 1 до 30%. Чаще всего желваки или пласты железняка перекрывают угольные пласты, в них часты окаменелосты.

Пластовые окислы железа (включая болотный железняк). Неко­торые железистые кварциты состоят в основном из окиси железа. Сре­ди них наиболее распространенным является, вероятно, гематит. Луч­шим примером осадочного гематита являются железосодержащие силу­рийские породы Клинтон. Эти несколько пластов прослеживаются по всему Аппалачскому региону и образуют крупные залежи железной руды в районе Бирмингема, в штате Алабам. Большинство железосодержащих пород представлено оолитовым гема­титом и «рудой с окаменелостями». Местами тон­кие пласты оолитового шамозита залегают вместе с глинистыми слан­цами. Ооиды гематита имеют ядра, сложенные обломочным кварцем и зернами окаменелостей. Зерна окаменелостей обычно частично заме­щены гематитом, и их внутренние пустоты заполнены железистыми минералами. Все оолитовые гематиты сцементированы кальцитом и до­ломитом. То, что гематиты либо являются первично осажденными, либо про­дуктом раннего, возможно, почти одновременного с осадкообразовани­ем замещения, доказывается непрерывностью их разреза; их распреде­лением (не связанным ни с обнажениями, ни с несогласиями); нали­чием обломков руды в вышележащих пластах известняка той же фор­мации; присутствием гематитовых оолитов в известковых пластах, в которых матрикс состоит из доломита и кальцита, а также известко­вых окаменелостей, оболочку которых составляют концентрические слои гематита.

Руды Уобана (ордовик) на о. Ньюфаундленд имеют сложный со­став и содержат гематит, шамозит и реже сидерит [139]. Гематит име­ет оолитовое строение (рис. 11-18); некоторые оолиты сами являются составными и сложены чередующимися слоями гематита и шамозита. Шамозит залегает в виде чистых оолитов и присутствует также в мат-риксе оолитовых пород. Средний железняк содержит от 50 до 70% ге­матита; 15—25% шамозита; 0—50% сидерита; 4—5% фосфата кальция; 0—1% кальцита и 0—10% обломочного кварца. Хейс приводит ряд признаков, указывающих на первичное морское происхождение гематитовых оолитов. О таком про­исхождении свидетельствуют сортированность; следы ряби и косая сло­истость оолитовых слоев; тесная связь с морскими окаменелостями; следы сверлений морских организмов в оолитовых слоях, которые за­полнены илом и содержат редкие оолиты; наличие внутриформацион-пых конгломератов, содержащих гальку гематит-шамозитовых пластов.

Пдастовые оолитовые гематиты встречаются также и в докембрий-ских железистых кварцитах в районе оз. Верхнего и в Лабрадорской впадине. Оолитовая структура легко прослеживается в некоторых яш­мах, в которых ооиды состоят главным образом из кремнезема (рис. 11-20). Присутствуют также оолиты, содержащие большое количество гематита; несомненно то, что многие гематитовые слои были когда-то оолитовыми. Однако чаще гематитовые слои не являются оолитовыми. Ритмически переслаивающиеся яшма и стально-серый гематит обра­зуют одну из,самых эффектных разновидностей пород в районе,оз. Верхнего. Джеспилит, как его называют, встречается в районах,. Маркетт, Меномини и Годжебик в щтате Мичиган и в районе Вермильон в штате Миннесота. Когда то он считался продуктом дометаморфического выветривания кремневого сидерита. Однако Джеймс [159] считал его первично-осадочным. Сохранность очень тонкой слоисто­сти и резкие контакты между гема­титом и яшмой нехарактерны для выветрелых пород. Кроме того, при­сутствие выдержанных, хотя и ма­ломощных прослоев гематита в не-окисленной карбонатной формации является еще одним свидетельством первичной природы гематита. Тес­ная связь оолитовой текстуры боль­шинства гематитов с зернами квар­цевого песка и отсутствие таких особенностей в других фациях же­лезистых кварцитов также являют­ся доказательствами первичного происх гематита в турбулентной среде.

Магнетит, присутствующий во многих железистых кварцитах, мо­жет быть продуктом метаморфизма. Он известен так же, как и основ­ной компонент черных песков — концентрации магнетита типа россы­пи. Магнетит, содержащийся во многих железистых кварцитах, имеет иное происхождение. Обилие магнетита в породах, по существу неметаморфизованных, о чем свидетельствуют тонкозернистость кремней и присутствие низкотемпературных железистых силикатов, должно слу­жить критерием отличия конседиментационного магнетита от магнети­та, образовавшегося в результате более позднего метаморфизма высо­кой ступени. Магнетит необломочного происхождения обнаружен в современных осадках [20, 100]. Он содержится даже в зубах моллюс­ков полиплакофор [194]. Магнетит многих докембрийских железистых кварцитов встречается в виде загрязненных примесями слоев, череду­ющихся с кремнем. Джеймс [161], как и Димрот [72], считает магне­тит диагенетическим. Магнетитсодержащие полосчатые породы часто, а точнее, почти всегда ассоциируют с фацией железистых силикатов; можно проследить все переходы между этими двумя фациями.

«Лимонит» (гётит) встречается в форме оолитов в некоторых же­лезняках, главным образом мезозойского и кайнозойского возраста; исключение составляют ордовикские отложения Мейвилл в Висконси­не [137]. Эта фация представлена оолитовыми или пеллетовыми зер­нами лимонита, ядром для которых служит обломочный материал, в шамозитовом или кальцитовом матриксе. Некоторые породы содержат смесь шамозитовых и лимонитовых ооидов, при этом шамозит может или частично превратиться в лимонит или содержать лимонит в изме­ненных слоях шамозита. Сидерит, присутствующий в количестве 40% или более, по-видимому, имеет диагенетическое происхождение..

Болотная руда является в оснрвном землистой смесью желтых и темно-коричневых гидроокислов железа [131, 161]. Такие руды отлагаются вдоль берегов некоторых озер и в болотах. Озерные руды состоят главным образом из уплощенных, дисковидных или неправильной фор­мы конкреционных стяжений гидроокиси железа мощностью 0,3—0,6 м или из слоев разной твердости пористого, желтого, слоистого лимонита или представлены лимонитовым цементом в песке. Собственно болот­ные руды встречаются в болотах или маршах в виде губчатой массы, перемешанной с торфом. Одни имеют трубчатую форму, другие — пизолитовые, а третьи образуют желваковые или конкреционные тела. Некоторые из них образуют твердые тела, обычно имеющие небольшие размеры и содержащие песчаные и глинистые примеси. Болотная руда встречается в изобилии в ледниковых районах Северной Америки и Ев­ропы. Железо, растворенное при дрейфе ледников, осаждается либо химическим, либо биологическим путем. Хотя это достаточно мелкие по размеру скопления, но они представляют интерес, так как их относят к железосодержащим осадкам, образующимся в настоящее время.

Пластовые железистые силикаты (без глауконита). К фации си­ликатов относятся те породы, в которых преобладают первичные сили­каты— шамозит, гриналит и глауконит, а также породы, в которых, присутствуют миннесотаит, стильпномелан, и рибекит (вероятно, диагенетического или метаморфического происхождения).

Фация, шамозитового железняка является наиболее характерной силикатной. фацией после докембрийских железняков. В некоторых районах железняки тесно ассоциируют с лимонитовыми известняками; в других — они ассоциируют с сидеритовыми породами или постепенно переходят в них.

Шамозитовые железняки обычно оолитовые. Шамозитовые оолиты обнаружены, например, в железняках Клинтон (силур) в регионе Ап­палачей. Шамозитовые ооиды представлены преимущественно богатыми железом септехлоритами с межплоскостным расстоянием 7 А. Ооиды шамозита, как и ооиды гематита, в качестве ядра содержат об­ломки раковин; они имеют концентрическое строение и характеризуют­ся крестом погасания. Они ассоциируют с обломками окаменелостей и сцементировацы кальцитом. Кроме железняков Клинтон в Северной Америке известны такие отложения, как железняки Уобана (ордовик) на о. Ньюфаундленд и маломощные железосодержащие пласты формации Монтебелло (девон) в штате Пенсильвания. Шамозитовые железняки часто встречаются в юрских извест­няках Великобритании, Франции и Швейцарии.

В.докембрийских железистых кварцитах силикаты представлены не шамозитом, а граналитом или каким-либо диагенетическим силика­том: миннесотаитом, стильпномеланом или рибекитом. Джеймс выделил два главных типа силикатных железистых кварцитов. В одних из них силикатный минерал присутствует в виде гранул или оолитов; в других 77- силикат не зернистый, а обычно тонкослойчатый или листо­ватый. Особенностью, гриналита, как и глауконита, является зернис­тость. Хотя.. внутренняя часть некоторых гранул имеет микрокристаллический и бесструктурный характер, в других проявляется неясная пятнистость в шлифах (рис. 11-23), Типичные гранулы силикатов име-ют диаметр около 0,5 мм и в шлифе имеют форму, приближенную, к эллипсу. Они могут быть заключены в матриксе, состоящем из.кремня или других силикатных материалов. Ко второму типу силикатных же­лезистых кварцитов — негранулярному — относятся тонкослойчатые или листоватые породы. Характерно то, что мощность этих пропла-етков мо­жет составлять лишь миллиметр или доли миллиметра. Ве­личина соотношения FеО/Fе₂О₃ в породах, состоящих из стальпномелана, судя по показателю преломления, указывает на то, что слои, по существу, представлены первичным минералом.

Состав железисто-силикатной фации изменяется в широких преде­лах главным образом из-за того, что наряду с силикатами, имеющими изменчивый состав, в этих породах присутствуют в различном коли­честве примеси карбонатов и окислов железа. Негра­нулярные железисто-силикатные породы, по-видимому, содержат зна­чительную долю обломочного материала. В молодых отложениях они соответственно описываются как хлоритовые аргиллиты, шамозитовые аргиллиты и т. п.

Силикатные железистые кварциты очень широко распространен­ный тип железосодержащих осадков. Глауконитовые песчаники и из­вестняки характерны для кембрийских и более молодых отложений. Некоторые из них, такие как зеленые пески Нью-Джерси (мел), на 50% или более состоят из глауконита и содержат 20% или более РеО и Ре₂О₃ (см. табл. 7-11, А, Б и В) и, следовательно, являются в какой-то степени железняками. Содержащие шамозит пласты встречаются в юрских железняках в Великобритании, Франции и Швейцарии. Шамо­зит— второстепенный компонент силурийских отложений свиты Клин­тон и ордовикских (Уобана). Они, по-видимому, не представлены в разрезах района оз. Верхнего, где из железистых силикатов распрост­ранены гриналит, стильпномелан и миннесотаит. Гриналит считается первичным; остальные могут иметь диагенетическое или метаморфи­ческое происхождение. Стильпномелан железистых кварцитов (Брок-ман) в Австралии, по-видимому, образовался из вулканического пепла.

 

Вопрос 36. Наиболее распространённые минералы морских эвапоритов. Формы проявления в морских и континентальных обстановках.

Эвапориты (от англ. evaporation - выпаривание) – химические осадки, выпавшие из пересыщенных растворов.

Основные минералы эвапоритов относятся к классам:

ü Хлориды – галит(NaCl), сильвин(KCl), гидрогалит (NaCl^.2Н₂О), бишофит(MgCl₂^.6Н₂О), карналлит (MgCl₂^.KCl^.6H₂O) и многие другие;

ü Сульфаты – ангидрит(CaSO₄), гипс(CaSO₄*2Н₂О);

ü Карбонаты – доломит(CaMg(CO₃)₂), кальцит, сода(Na₂CO₃), сидерит(FeCO₃) (насчёт последнего не уверен) и др.;

ü Бораты – бораты Ca и Mg.

Хлориды образуют кристаллы, часто растворённые, а также сливные массы. Бораты образуют вытянутые кристаллы, чаще землистые массы. Сульфаты иногда образуют кристаллы, чаще друзы (например «гипсовая роза»), а также зернистые и сплошные массы.

Современное солеобразование происходит в бассейнах двух типов - морских и континентальных. Формирование первых происходит в результате отшнуровывания от моря участков (лиманов, лагун, прибрежных озер и т.п.) с морской водой; в обстановке сухого и жаркого климата, ограниченного притока воды, компенсируемого испарением, они засолоняются, превращаясь в соляные и солеродные бассейны (оз. Сиваш на побережье Азовского моря, Кара-Богаз-Гол - залив Каспийского моря). Континентальные бассейны (озера) появляются в котловинах с ограниченным стоком в областях сухого и жаркого климата; поступающие в них подземные и поверхностные воды выпариваются с осаждением растворенных в них солей (оз. Баскунчак, оз. Кучук, оз. Сёрлз и др.).

По фазовому состоянию солей в этих бассейнах различают рапные, сухие и подпесочные озера. В рапных озерах поверхностная рапа (рассол) сохраняется в течение всего года, а в сухих - лишь во влажный период; в подпесочных озерах поверхностная рапа отсутствует вообще: соляные отложения в них обычно перекрыты песчаными наносами. По составу рапы и солей выделяются хлоридные, сульфатные (сульфатно-натриевые и сульфатно-магниевые) и карбонатные озера.

Различают поверхностную и донную рапу. Первая перекрывает донные осадки, а вторая пропитывает их. Объем, концентрации и солевой состав поверхностной рапы подвержены значительным сезонным колебаниям. Донная рапа в отличие от поверхностной в большей степени насыщена солями, характеризуясь относительным постоянством концентрации и температуры; она заполняет поры и пустоты в пластах солей и пропитывает илы

Также для континентальных условий характерная такая обстановка под названием себха. Для тех, кто не помнит – себха – это прибрежно морская обстановка в жарком засушливом климате, характеризующаяся «плоским» равнинным рельефом. В результате просачивания морской воды и последующего её испарения в осадках такой прибрежной равнины откладываются эвапоритовые отложения (соли).

 

Вопрос 37. Условия образования эвапоритовых (сульфаты, хлориды) отложений: климатический палеогеографический и тектонический факторы.

 

Все обстановки накопления эвапоритовых отложений связаны с жарким резко континентальным засушливым (аридным) климатом. Наиболее крупные современные соленосные толщи находятся вдали от побережья в экваториальном, субэкваториальных, тропических, субтропических климатических поясах. Кроме температурного фактора значительную роль играет показатель среднемесячной (среднегодовой) нормы выпадения осадков (в смысле метеорологических). В некоторых местах, где образуются эвапориты (например пустыня Атакама в Южной Америке, пустынные районы предгорья Кордильер в Северной Америке и др.), осадки могут не выпадать год и больше!

Палеогеографический фактор тесно связан с климатическим, или точнее с палеоклиматическим. (Ничего вразумительного не нашёл, поэтому, уж извините, пишу отсебятину). Особенно это относится к континентальным обстановкам, т.е. осаждению из солёных озёр. То есть, отложения эвапоритов образовывались в зонах жаркого сухого климата, как правило, вдали от морских бассейнов. Также важную роль играет нахождение крупных горных цепей, препятствующих проникновению воздушных масс, несущих влагу с моря. Палеогеографический фактор играет важную роль и для морских обстановок (выпаривание из отшнурованных заливов, лагун). Он заключается (по моему мнению) в изменении береговой линии и уровня моря. С изменением уровня моря и количества поступления метеорологических осадков связана последовательность осаждения солей – от края бассейна к центру по мере высыхания: карбонаты, сульфаты+хлориды Na и K, отдельно хлориды Na и K, хлориды K, Mg и Ca (см вопрос 65).

Тектонический фактор заключается в наличии обстановок длительного постоянного прогибания. Все наиболее значительные скопления каменной, калийных и магниевых солей, гипса и ангидрита связаны с краевыми (Предуральский, Предкарпатский и др.) или синклинальными (Московский, Вилюйский, Северо-Германский и др.) прогибами платформ. Часто крупные скопления эвапоритов вызывают компенсационное прогибание (озеро Баскунчак). Кроме того к тектоническому фактору можно отнести горообразование, влияющее на перенос воздушных масс, описанный выше.

Стоит отметить, что в истории Земли наиболее значительный галогенез происходил в кембрийскую, силуро-девонскую, пермскую, верхнеюрско-нижнемеловую и третичную минерагенические эпохи. Наиболее значительные эвапоритовые отложения связаны с пермским периодом. Они наблюдаются во многих регионах. Во многом это связано с влиянием климатического факторы (расширение аридных зон во второй половине периода), палеогеографического (снижение уровня моря привело к отшнуровыванию морских бассейнов, иногда очень крупных) и тектонического (в общем пермский период характеризуется интенсивным поднятием и горообразованием, о чём также свидетельствуют значительные обломочные континентальные отложения).