Геохимия древних кор выветривания и осадочных пород Беларуси

15.3.Геохимия древних кор выветривания и осадочных пород Беларуси

15.3.1.Древние коры выветривания

Коры выветривания в процессе преобразования обогащаются глинистыми минералами: латериты, гиббсит-каолиновая минерализация, каолин, бокситы. Наиболее мощные коры на западе и юге Беларуси, где тектонические условия благоприятствовали их сохранности.

Процессы выветривания приводят к окислению железа и его накоплению в виде рудопроявления с содержанием до 50% Fe. Отмечены повышенные и аномальные содержания Ti, V, Ni, Co, Zr, Y, La. Например, коры выветривания Микашевичско-Житковичского выступа достигают местами до 300 г/т иттрия и до 200 г/т лантана.

В пределах Белорусского массива имеются предпосылки для концентрирования россыпных ильменита, лейкоксена, рутила, циркона. На юге Беларуси возможно выявление оловянных и комплексных олово-редкометальных россыпей (бассейн р. Уборть с мезозойскими корами выветривания).

Коры выветривания кристаллического фундамента обладают коллекторскими свойствами. В ряде районов Беларуси к ним приурочены пресные и минерализованные воды с мощностью водоносного горизонта в несколько десятков метров. По химическому составу пресные воды преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией 0,2-0,4 г/л.

Коры выветривания, развитые на породах платформенного чехла. На осадочных породах они выражены слабее, чем на кристаллическом фундаменте, так как материнский субстрат сложен преимущественно продуктами разрушения выветрелых пород фундамента, в которых отдельные соединения находятся в термодинамическом равновесии с обстановкой гипергенеза.

На породах платформенного чехла коры содержат преимущественно каолинит с высокоокристаллизованными разностями, по сравнению с породами материнского субстрата (песчаники, алевролиты, глины, известняки, доломиты, мергели, базальты, нефелиниты, лейцититы, эффузивы трахидацитового состава). На породах вулканогенной толщи елецкого горизонта верхнего девона формировался монтмориллонит, темноцветные минералы замещаются карбонатами. Слабо выветриваются породы карбонатного состава – известняки, доломиты, мергели.

Коры выветривания платформенного чехла перспективны на алюминий, являются источником формирования россыпных концентраций ильменита, магнетита, лейкоксена и др. В отдельных случаях концентрация тяжелых минералов достигает 5-8% от всей породы.

15.3.2.Геохимия осадочных пород

• 
  доордовикский (рифей, венд, кембрий) – первая фаза накопления терригенного материала;
  
• 
  ордовикско-каменноугольный – первая максимальная фаза карбонатонакопления;
  
• 
  пермско-среднеюрский – вторая фаза накопления терригенного материала;
  
• 
  верхнеюрско-нижнепалеогеновый – вторая фаза карбонатообразования;
  
• 
  среднепалеогеново-неогеновый – третья фаза накопления терригенного материала.
  

По В.Е. Бордон, Л.И. Матрунчик (1990), геохимическая модель осадочного чехла Беларуси представлена в табл. 28.

Содержание элементов в осадочной толще колеблется в широких пределах. По сравнению с фундаментом, наблюдается более высокое содержание Cu, Ti, V, Mn, Ga, Zr, Ba, Pb и дефицит Ni, Co, Be, Cr, Sr, Y, Yb.

В осадочной оболочке выделены три группы пород по концентрации химических элементов:

• 
  карбонатные – Ca, Mg, S, P;
  
• 
  глинистые – Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Ga, Sr, Pb, Al, Fe, K, Na;
  
• 
  песчано-алевритовые отложения – Li, Be, Y, Rb, Zr, Ba, Yb, Hg, Si.
  

Таблица 28

Для Припятского прогиба характерны:

• 
  карбонатные и карбонатно-глинистые подсолевые и межсолевые отложения;
  
• 
  терригенные подсолевые и межсолевые отложения;
  
• 
  соленосные отложения и их фациальные аналоги;
  
• 
  надсолевые отложения.
  

Терригенные породы подвергнуты постседиментационным изменениям с образованием аутигенных цементов, трасформировались полевые шпаты, биотит, незначительно изменены кварц и мусковит.

Глинистые минералы подвержены каолинитизации и гидрослюдизации.

В подсолевой и надсолевой толще формировались карбонатный, сульфатный и галитовый цементы. Среди межсолевых и подсолевых песчаников встречаются галитовый цемент, доломит и ангидрит.

Соленосные породы отличаются высокой растворимостью. Галогенные осадки изначально высоко обводнены (каменная соль, сильвинит, карналлит и прослой карбонатов, сульфатов и соляных глин – галопелитов). На диагенетической стадии происходила перекристаллизация галогенных пород, особенно солей галита. Рассеянная разгрузка менее минерализованных рассолов из уплотняющихся галопелитовых и галитовых горизонтов в сильвинитовые и карналлитовые пласты приводила к замещению сильвина и карналлита галитом, карналлита сильвином.

Для Припятского прогиба характерно выщелачивание солей водами зоны активного водообмена. Вначале выносятся CaCl₂, MgCl₂, затем KCl и в конце NaCl. При выщелачивании карналлита удаляется MgCl₂ и образуется сильвин.

В надсолевых отложениях широко развита гипсовая минерализация. Зафиксирована известковая цементация в песчаниках и гравелитах. Отмечена барит-целестиновая минерализация в глинисто-карбонатных породах.

За пределами Припятского прогиба (Белорусская антеклиза, Оршанская впадина, Латвийская и Жлобинская седловина) нижне-среднедевонская толща представлена карбонатными породами, в которых преобладают минералы – кальций и гипс. Кальцит сформировался при значительном участии пресных подземных вод. Гипсовый цемент оолитовых доломитов поровый, реже базальный. В породах городокского горизонта среди гипса и кальцита иногда встречаются пирит, марказит, сфалерит, галенит, халькопирит, барит и кварц.

Верхнедевонская толща за пределами Припятского прогиба сложена доломитами, в меньшей степени доломитовыми известняками. Взаимоотношения доломитовых кристаллов с продуктами окисления сульфидов указывает на то, что доломитизация осуществлялась в окислительных условиях. Иногда в карбонатных породах проявляются следы дедоломитизации и кальцитообразования. Доломитовые породы содержат карстовые пустоты с образованием доломитовой муки.

Каменноугольные отложения имеют сложное строение, условия залегания и полифациальный состав. Наиболее полно изучены давсонитовая минерализация, зоны пластового окисления и конкреции пирита.

По количественным соотношениям минералов глинозема выделены в разрезе чередующиеся пород: давсониты, бокситы и глины. В породах с давсонитовой минерализацией встречаются новообразования кальцита, доломита, сидерита, гематита, гетита, пирита и др.

В песчано-алевритовых отложениях, перекрывающих пласты угля, широко развиты процессы пластового окисления, которые способны обеспечить формирование концентраций химических элементов с переменной валентностью. На отдельных участках угленосных отложений с пластово-инфильтрационными процессами связаны повышенные концентрации редкоземельных элементов, U, Th, Be и Mo.

В угленосных отложениях бобриковского горизонта Лельчицкой площади отмечаются конкреции пирита, содержание серы в углях достигает 1,5-3,5%. Изотопный состав серы (³⁴S 19,4-9,3‰) указывает на формирование пирита под действием морской воды, насыщавшей торфяные залежи, в результате сульфат-редукции.

Процесс кремнеобразования протекал в диагенезе с включением скелетов кремневых губок, радиолярий и диатомей, карбонатных раковин. После регрессии моря желваки разрушались, карбонаты растворялись в условиях слабощелочной реакции среды.

Отложения палеогена представлены преимущественно на юге Беларуси. Сводный стратиграфический разрез, составленный Л.И. Мурашко, указывает на распространение в палеоцене разнообразных отложений: опок, глин и песков с гравием кварца, кремния и фосфоритов в основании. В эоцене преобладают пески и алевриты глауконитово-кварцево-слюдистые с прослоями мергеля. В олигоцене отложения включают глины, алеврит, скопления угля и железистого песка, местами песчаника.

Неогеновая система изучена на разрозненных островных участках на юге и западе Беларуси.

В миоцене бриневский горизонт характеризуется углистыми песками с прослоями бурых углей, углистыми глинами и алевролитами общей мощностью до 6 м. Вышезалегающие отложения представлены глинами, алевритами, углистыми черными песками. В плиоцене продолжали накапливаться пески, глины, алевриты.

Глинистые минералы формируются в результате вермикулитизации (монтмориллонитизации) слюдистых минералов. Образуются смешаннослойные хлорит-вермикулитовые, гидрослюдисто-вермикулитовые минералы, источниками глин служат полевые шпаты, слюды, хлориты, амфиболы, пироксены. В полугидроморфных условиях слюда превращается в гидрослюду, затем в монтмориллонит и вермикулит. При выносе растворенного вещества из глинистой фракции в ней увеличивается содержание Ni, Co, Cr, V, Cu, Ti, Mn, Pb, Zr.

В четвертичных отложениях Беларуси установлены минеральные образования: бурые оксиды железа, пирит, опал, карбонаты, марганцовистые соединения, фосфаты (вивианит), и редко оксиды титана и др.

Происходит разрушение первичных минералов. В мелкопесчанистой фракции рыхлого материала с глубины 2 м за 110 тыс. лет разрушилось более 22% полевых шпатов, 40 – гранатов, 30 – циркона, рутила, турмалина, 70 – метаморфических минералов, 42 – эпидота, 70 – амфиболов, 75 – пироксенов, 70% лейкоксена.

Для породообразующих элементов в четвертичных отложениях Беларуси рассчитаны региональные кларки на основании анализов выполненных в 1400 образцах пород (табл. 29).

Таблица 29

Региональные кларки макроэлементов четвертичных отложений, % (В.Е. Бордон и др., 2003)

Типы отложений	Элементы
	Si	Al	Fe3+	Fe2+	Mg	Ca	Na	K	S6+
Моренные (52%)	31,4	7,1	3,9	0,4	1,2	2,6	0,3	2,5	0,02
Водно-ледниковые (31%)	37,1	4,6	2,1	0,23	0,36	0,4	0,4	1,2	0,008
Озерно-ледниковые (5%)	32,0	4,2	2,4	0,23	1,15	2,5	0,3	0,9	0,03
Аллювиальные, эоловые и др. (12%)	36,4	3,6	1,8	0,16	0,38	1,9	0,5	1,0	0,096
Покровные отложения	34,2	5,4	2,8	0,3	0,8	1,8	0,4	1,6	0,02
Четвертичная толща в целом	33,8	5,8	3,0	0,31	0,84	1,83	0,4	1,8	0,026

Наиболее высокий региональный кларк по Al, Fe³⁺, Fe²⁺, Mg, Ca, K в моренных отложениях, Si – в водно-ледниковых, аллювиальных и эоловых, S⁶⁺ – в озерно-ледниковых, Na – в аллювиальных. Покровные отложения и четвертичная толща в целом по содержанию макроэлементов практически сходны.