М. А. Данилов, Н. П. Юшкин первая находка олигоценовой лавы с самородным железом на севере русской платформы

УДК 552.323.4+552.323.3-1-551.781.53+549.261 (470.11) ПЕТРОГРАФИЯ

М.А. ДАНИЛОВ, Н.П. ЮШКИН

ПЕРВАЯ НАХОДКА ОЛИГОЦЕНОВОЙ ЛАВЫ С САМОРОДНЫМ ЖЕЛЕЗОМ

НА СЕВЕРЕ РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ

(Представлено академиком Д.С. Коржинским 19 VI1979)

В 1978 г. при бурении скважины для целей водоснабжения в пос. Выяж Плесецкого р-на Архангельской обл. непосредственно под четвертичными отложениями в интервале глубин 43–70 м была вскрыта стекловатая лава андезит-базальтового состава, содержащая выделения самородного железа. Она залегает на терригенно-карбонатной толще ассельско-сакмарского (?) ярусов нижней перми и перекрывается четвертичными глинами и валунными суглинками. K-Ar возраст эффузивной породы составляет 27 ± 1,6 млн. лет, что соответствует позднему олигоцену и хорошо согласуется с положением лавового покрова в геологическом разрезе. Эта находка открывает район с неизвестной ранее магматической деятельностью и устанавливает новый кайнозойский этап магматизма на Русской платформе.

Лава, состоящая главным образом из стекла, имеет кайнотипный облик и светло-серый, местами бутылочно-зеленый цвет. Зеленые участки характеризуются стеклянным блеском, и в них отчетливо наблюдается флюидальная текстура. Порода сильно пористая. Поры имеют правильную сферическую форму размером до 5 мм и, как правило, полые. Объем пор 10–18%.

В вулканическом стекле, составляющем основную массу породы, заключены многочисленные вкрапленники самородного железа (феррита), кварца и других минералов. Большинство из них имеет кластогенную природу. Размер вкрапленников – от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Благодаря наличию вкрапленников структура породы и под микроскопом выглядит как псевдопорфировая, текстура миндалекаменная. Структура основной массы витрофировая с элементами интерсертальной.

Минеральный состав породы, определенный на основе минералогического анализа протолочек, следующий (г/т): стекло – 829980, кварц^ – 70636, железо самородное* – 57472, плагиоклаз измененный* – 36 544, гранат* – 590, медь самородная* – 485, амфиболы – 330, барит* – 81, дистен – 32, сфен – 2, сфалерит* – 2, апатит – 1, ильменит – ед. зн., циркон – ед. зн., пирит* – ед. зн., магнетит* – ед. зн., эпидот – ед. зн., потери при подготовке проб – 3850 (или 0,38%) . В прозрачных шлифах, кроме перечисленных минералов, отмечен стильпномелан.

Породообразующее стекло неоднородно по цвету, степени прозрачности и составу. Выделяются три главные его разновидности – зеленое, серое и коричневое. Преобладает стекло бутылочно-зеленого цвета, прозрачное, в проходящем свете почти бесцветное (содержание его в среднем 441480 г/т). По величине показателя преломления (п = 1,551—1,556) этот тип стекол можно классифицировать как лейцито-нефритовый (может быть нефелиновый ?? – В.А. Первов) или базальтовый. Серое стекло (264900 г/т) имеет ноздреватое строение, непрозрачно или полупрозрачно, содержит многочисленные пылевидные включения рудного минерала. Коричневое стекло (88300 г/т), как и

серое, характеризуется низкой прозрачностью, замутнено и насыщено бурым криптокристаллическим веществом. Оно подвержено изменению типа пелитизации.

Зеленое стекло рентгеноаморфно. Серое дает дебаеграмму измененного плагиоклаза, возможно – в сростках с пироксеном. Раскристаллизация серого стекла наблюдается и под микроскопом.

Химическое различие зеленого и серого стекла исследовалось на основе данных приближенного количественного спектрального анализа и по данным лазерного микроспектрального сканирования вкрест направления зон, сложенных разным стеклом. Устанавливается сложный химический состав стекол, обусловленный большим числом элементов-примесей (Be, Sc, Mn, Pb, W, Ga, V, Cu, Zn, Ti, Zr, Cr, Ba, Y и др.). При этом серое стекло характеризуется более высоким содержанием следующих примесных элементов: P, W, Mo, Cu, Zn, Co, Ni и др. Для Mn, Cr, Ba, иногда V, Al, Mg наблюдается противоположная тенденция.

На рис. 1 приведены спектры термического газовыделения стекол, полученные с помощью вакуумной декрепитационной установки. Начальная температура застеклования лавы, по данным изучения включений, оценивается в 860°С.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что зеленое и серое стекла различны по химическому составу, текстуре, характеру и количеству включений, степени раскристаллизации и представляют собой результат локальной дифференциации лавы в еще жидком виде и в начальные моменты остывания.

Кварц (содержание в породе 7–25%) представляет собой главным образом терригенную примесь в лаве. Полевые шпаты – плагиоклаз (40–45% An), редко калиевый полевой шпат – также имеют преимущественно кластогенную природу. Гранаты представлены двумя разновидностями. Первая – это относительно крупные, сильно окатанные зерна светло-розового цвета, прозрачные. По параметру ячейки (a₀ = 11,529 ± 0,003 Å) эта разновидность соответствует близпироповому члену пироп-альмандинового ряда. Вторая – мелкие угловатые слабо окатанные зерна с густой красно-бурой окраской (а₀ = 11,570 ± 0,005 Å). Дистен, сфен, сфалерит, ильменит, циркон, эпидот также являются кластогенными минералами. Они захвачены лавой при ассимиляции ею вмещающих пород. Барит, образующий белые рыхлые включения, вероятно, кристаллизовался из остаточных растворов последних этапах застывания лавы. Магнетит, встречающийся в виде мелких пылевидных включений в сером стекле, и пирит также аутигенны. Стильпномелан встречается в виде сферолитов, насыщающих (местами довольно густо) зеленую и особенно бурую стекловатую массу.

Специфической особенностью породы является присутствие самородного железа и самородной меди.

Самородное железо составляет 5–10 до 30% породы. Оно встречается в виде округлых, иногда удлиненных зерен размером около 1 мм, иногда до 3–5 мм. По составу относится к никелевой разновидности (ферриту). Состав: Fe – 98,5–99,1%; Cu – 0,05; Mn – 0,03–0,50; Ni – 0,05%. Параметр элементарной ячейки а₀ = 2,860 ± 0,001 Å. Вместе с самородным железом присутствует когенит, минералогическая диагностика его подтверждена термомагнитными исследованиями к химическим определением углерода в металле.

Самородная медь содержится в количестве около 0,05%. Она встречается в виде корочек на поверхности частиц железа, мелких чешуек и хлопьев неправильной формы, проволочек и пластинок, шариков. Встречаются чешуйки меди, включенные в стекло. Выделяются по цвету три разновидности меди: красная, золотисто-медно-желтая, черная. По структурным параметрам различия не устанавливаются: а₀ = (3,610–3,612) ± 0,002 Å. Как показали исследования методом Лауэ, медь во всех типах выделений, в том числе и в шариках, является поликристаллической. Черный цвет шариков объясняется присутствием Cu₂O, диагностируемой рентгенографически. По составу самородная медь относится к высокоцинкистой разновидности. Содержание цинка лишь немного уступает или вообще не уступает содержанию меди, а в желтой разновидности цинка даже несколько больше. Микропримеси – Mg, Ca, Fe, Al, Ni, Mn, Ti, Co.

Химический состав породы (%) вычислен по основе 9 анализов, исправленных с учетом искажающих факторов (терригенная примесь, обогащение проб ковким железом и др.): SiO₂ 53,16; TiO₂ 0,46; Al₂O₃ 10,13; Fe₂O₃ 2,34; FeO 15,91; MnO 0,26; MgO 4,15; CaO 9,71; Na₂O 1,56; K₂O 1,62; P₂O₅ 0,17; H₂O- 0,13; H₂O+ 0,40 (Σ 100,00). Петрохимические индексы, по Заварицкому:a = 5,6; c = 3,8; b = = 31,4; S = 59,2; f’= 53,8; m’ = 21,8; с’ = 24,4; п’ = 59,5: t = 0,7; φ = 11,4; Q = 3,4; а/с= 1,5; α = 40,4. Среднее содержание (%) элементов-примесей (данные спектральных анализов): Be сл.; Sc 5•10^-4; Mn 0,5–0,8; Pb сл.–0,002; Nb 1•10^-3; W 0,001–0,05; Ga сл.–0,001; Мо 0,001–0,004; V 0,001–0,01; Cu 0,005–0,03; Zn 0,001–0,01; Ti 0,05-0,2; Co сл.–0,02; Ni 0,006; Zn 0,04; Cr 0,02–0,03; Sr сл.–0,001; Ba 0,1; Sn 0,005; Y сл.; Yb 0,0001. При расчетах не удалось, однако, точно определить содержание элементарного железа, и содержание FeO является на самом деле суммой FeO + Fe°.

Исследованная порода по составу соответствует в системе α–Q, по Д.С. Штейнбергу, андезито-базальту. Отличия ее от среднего типа нормальной известково-щелочной серии (в сходных условиях кислотности) выражаются в меньшем содержании щелочей и глинозема (поэтому порода характеризуется низкими значениями нормативной алюмосиликатной части а + с, т.е. полевошпатовой, особенно плагиоклазовой) и в более высоком содержании FeO. Порода обогащена CO₂ в результате ассимиляции осадочных карбонатов.

Характерно разнообразие элементов-примесей, среди которых обращает на себя внимание относительно высокое содержание вольфрама. Вопрос о его природе остается пока открытым. Вариант искусственного загрязнения породы при разрушении буровых коронок, армированных твердыми сплавами ВК-6, ВК-8 с составом 92–94% WC и 6–8% Co отпадает, поскольку W обнаруживается и при микроанализе срезов зерен не только из приповерхностных, но и из внутренних частей керна.

По петрохимическим характеристикам изученная порода наиболее близка к туфам, шлакам, базальтам, палагонитам и другим породам четвертичной палагонитовой формации Исландии.