Литогеохимическая характеристика метапесчаников четласской серии (Четласский Камень, Средний Тиман)

Автор: Н. Ю. Никулова, О. В. Удоратина, И. В. Козырева

Журнал: Вестник геонаук @vestnik-geo

Рубрика: Научные статьи

Статья в выпуске: 7 (319), 2021 года.

Бесплатный доступ

Исследованы литологические и геохимические особенности метапесчаников светлинской и визингской свит средне- позднерифейской четласской серии на Среднем Тимане, являющиеся субстратом редкометалльно-редкоземельного оруденения в нескольких рудопроявлениях Косьюского рудного узла. Интерпретация результатов традиционного весового химического и масс-спектрометрического с индуктивно связанной плазмой (ICP MS) анализов позволила выявить различия в вещественном составе метапесчаников, обусловленные главным образом изменением степени седиментационной зрелости поступающего из областей сноса терригенного материала. Установлено, что в составе метапесчаников в различных соотношениях участвуют как слабо выветрелые продукты разрушения вулканитов среднего/основного состава, так и измененные, в том числе в условиях коры выветривания, метатерригенные образования. Накопление отложений четласской серии проходило в мелководной прибрежно-морской обстановке с меняющейся гидродинамикой, влияющей на скорость разрушения пород на палеоводосборах.

Еще

Метапесчаники, обломочный материал, источники сноса, условия осадконакопления, геохимические характеристики, Средний Тиман, светлинская и визингская свиты

Короткий адрес: https://sciup.org/149135692

IDR: 149135692   |   DOI: 10.19110/geov.2021.7.1

Текст научной статьи Литогеохимическая характеристика метапесчаников четласской серии (Четласский Камень, Средний Тиман)

Косьюский рудный узел включает в себя Косьюское, Новобобровское, Верхнебобровское, Октябрьское, Мезенское, Нижнемезенское и Верхнещугорское рудные поля, расположенные в пределах Четласского Камня — наиболее высокого поднятия Тиманской гряды (рис. 1, А). Вмещающими породами комплексной рудной минерализации, локализованной в карбонатитах и связанных с ними породах — кварц-гетит-гематитовых и кварц-полевошпат-гетитовых жилах и фенитизированных песчаниках, для большинства проявлений являются метаосадочные образования сред-нерифейской четласской серии, а для Верхнещугорского проявления — верхнерифейской быстринской серии. Отсутствие палеонтологических характеристик пород, вмещающих редкометалльно-редкоземельное оруде- нение, обусловило необходимость проведения геохимических исследований, в том числе установление особенностей распределения и концентрации РЗЭ. Полученные результаты позволяют уточнить генетическую принадлежность, охарактеризовать палегео-динамические условия образования и источники обломочного материала. В настоящей работе использованы данные о составе пород четласской серии, приведенные в публикациях [7–9], дополненные новыми аналитическими данными.

Геологическое строение района

Самыми древними в разрезе Четласского Камня являются средне-позднерифейские осадочно-метаморфические образования, входящие в состав четлас-

ской серии: светлинской (RF2–3 sv ), новобобровской (RF2–3 nb ) и визингской (RF2–3 vs ) свит (рис. 1) [7]. Верхний рифей представлен быстринской серией, объединяющей аньюгскую (RF3an), ворыквинскую (RF3vr), павъ-югскую (RF3pv), паунскую (RF3pn) свиты. На породах фундамента с несогласием залегают верхнедевонские обломочные и вулканогенно-обломочные образования, перекрытые известняками и терригенно-карбо-натными породами каменноугольного возраста.

Магматические образования представлены позд-нерифейским метадолеритовым комплексом, венд- кембрийским комплексом гипербазитов, габброидов, карбонатитов, щелочных флогопитовых пикритов, кимберлитов, раннефранским комплексом долеритов.

Объект и методы исследования

Предметом нашего исследования являются отложения четласской серии (RF2čt) светлинской (RF2sv) и визингской (RF2vs) свит, опробованные в пределах Косьюского (образцы с литерой К), Новобобровского (G и А) и Октябрьского (ОМ) рудных полей (рис. 1, B).

Рис. 1. А. Схема тектонического строения Среднего Тимана (по [2]): 1 — Восточно-Европейский кратон; 2 — Тиман; 3 — Ижемская зона; 4 — выходы на поверхность комплексов фундамента; 5 — границы зон; 6 — район развития опробованных пород визингской и светлинской свит.

B. Схематическая геологическая карта (по [1]): 1–3 — каменноугольная система: 1 — средний отдел, московский ярус: известняки доломитизированные, известняки; 2 — средний отдел, башкирский ярус: известняки, доломитизированные известняки; 3 — нижний отдел, визейский и серпуховской ярусы: аргиллиты, алевролиты, известняки доломитизирован-ные, доломиты; 4–6 — девонская система, верхний отдел: 4 — пашийский горизонт и нижний подгоризонт кыновского горизонта: песчаники, алевролиты, аргиллиты; 5 — кыновский горизонт, верхний подгоризонт: песчаники, алевролиты, аргиллиты, 6 — кыновский горизонт, средний подгоризонт: туфы, туффиты; 7–13 — рифейский период: 7 — паунская свита: сланцы, алевролиты, известняки, доломиты; 8 — павъюгская свита: доломиты, известняки, часто со строматолитами; 9 — ворыквинская свита: доломиты, известняки, сланцы, мергели, редко алевролиты, и кварцитопесчаники; 10 — анъюг-ская свита: гравелиты, кварцитопесчаники, сланцы; 11 — визингская свита: кварцитопесчаники, сланцы, алевролиты, редко туффиты; 12 — новобобровская свита: сланцы, алевролиты; 13 — светлинская свита: кварцитопесчаники, алевролиты, сланцы, редко гравелиты; 14 — среднетиманский метадолеритовый комплекс: метадолериты, дайки; 15–18 чет-ласский кимберлит-пикритовый комплекс; 15 — кибрелиты, кимберлитоподобные породы, трубки, дайки; 16 — пикриты, дайки; 17 — щелочные базальтоиды, дайки; 18 — карбонатиты; 19–20 — канино-тиманский долеритовый комплекс: 19 — базальты, долериты, покровы, силлы; 20 — трахибазальты, дайки, силлы; 21 — границы между разновозрастными образованиями; 22 — тектонические контакты; 23 — точки отбора проб

Fig. 1. A. Tectonic map of the Middle Timan (after: [2]): 1 — East European craton; 2 — Timan; 3 — Izhma zone; 4 — basement outcrops; 5 — borders of zones; 6 — area of Early Permian magmatites.

B. Schematic geological map (after: [1]): 1–3 — Carboniferous system. 1 — middle section, Moscovian stage: dolomitized limestones, limestones; 2 — middle section, Bashkirian stage: limestones, dolomitized limestones; 3 — lower section, Visean and Serpukhovian stages: argillites, clays, aleurolites, dolomitized limestones, dolomites; 4–6 — Devonian system, upper section: 4 — Pashian horizon and Kynovian horizon, lower subhorizon: sandstones, aleurolites, argillites; 5 — Kynovian horizon, upper subhorizon: sandstones, aleurolites, argillites, clays; 6 — Kynovian horizon, middle subhorizon: tuffs, tuffites; 7–13 Riphean period: 7 — Paunskaya suite: shales, aleurolites, limestones, dolomites; 8 — Pavyugskaya suite: dolomites, limestones, often with stromatolites, 9 — Vorykvinskaya suite, dolomites, limestones, shales, marls, rarely aleurolites, and quartzite sandstones; 10 — Anyugskaya suite, gravelstones, quartzite sandstones, shales; 11 — Vizingskaya suite: quartzite sandstones, schists, aleurolites, rarely tuffites; 12 — Novobobrovskaya suite: schists, aleurolites; 13 — Svetlinskaya suite: quartzite sandstones, aleurolites, shales, rarely gravelstones; 14 - Middle Timan metadoleritic complex: metadolerites, dikes; 15-18 Chetlas kimberlite-picrite complex; 15 — kimberlites, kimberlite-like rocks, pipes, dikes; 16 — picrites, dikes; 17 - alkaline basaltoids, dikes; 18 — carbonatites; 19–20 — Kanin-Timan dolerite complex: 19 — basalts, dolerites, nappes, sills; 20 — trachybasalts, dikes, sills; 21 — borders between heteroaged structures; 22 — tectonic contacts; 23 — sampling points

Светлинская свита (RF2–3sv) сложена темно-серыми кварц-хлорит-серицитовыми и биотит-хлорит-кварц-серицитовыми, иногда известковистыми, сланцами, незакономерно переслаивающимися с разнозернистыми кварцитами и кварцитопесчаниками с прослоями гравелитов и мелкогалечных конгломератов. По преобладанию сланцев в нижней части разреза и кварцитопесчаников — в верхней свита разделена на нижнюю и верхнюю подсвиты. Мощность отложений рассматриваемой свиты 600–620 м. Они согласно, местами с размывом перекрываются породами новобобровской свиты.

Новобобровская свита (R2–3nb) представлена однообразной толщей темно-серых глинисто-серицитовых и углеродисто-глинистых филлитовидных сланцев и алевросланцев с подчиненными прослоями кварцитов и кварцитопесчаников. Граница со светлинской свитой проводится по кровле линзовидных прослоев гравелитов и конгломератов в кварцитопесчаниках последней. Подразделяется на три подсвиты: нижнюю, представленную чередованием алевролитов, алевро-кварцитов и глинисто-слюдистых алевритистых сланцев (около 150 м); среднюю — существенно алевро-кварцитовую с подчиненным развитием сланцев (300– 350 м) и верхнюю, представленную монотонной толщей переслаивающихся сланцев и алеврокварцитов (до 200 м). Общая мощность свиты 500–550 м.

Визингская свита (R2–3vs) . Отложения ее согласно перекрывают песчано-сланцевую толщу новобобровской свиты. По литологическому составу делится на три подсвиты: нижнюю — алеврокварцитопесчани-ковую с подчиненным распространением глинистых и серицит-кварцевых сланцев; среднюю — существенно сланцевую, с редкими прослоями метаалевролитов и кварцитопесчаников и верхнюю — с преобладанием алевропесчаников, кварцитопесчаников и гравелитов и подчиненными прослоями слюдистых алевролитов и алевритистых сланцев. Общая мощность визингских отложений 1800–2000 м.

Описание и опробование метапесчаников визинг- ской и светлинской свит проведено в пределах Косьюского и Новбобровского рудных полей в 2015 г., Октябрьского — в 2016 г.

Петрографический состав песчаников изучался в прозрачных шлифах. Содержания породообразующих оксидов в породах определялись традиционным весовым химическим методом в лаборатории химии минерального сырья, содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) — методом ICP MS в ЦКП «Геонаука» ИГ Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар). Интерпретация результатов химических анализов проводилась с использованием индикаторных соотношений и коэффициентов, применяющихся для уточнения условий образования отложений.

Литогеохимическая характеристика песчаников и обсуждение результатов

Изученные метапесчаники представлены тремя литологическими типами: мелкозернистые полево-шпат-кварцевые с гранобластовой структурой, разнозернистые с бластопсаммитовой структурой и квар-цитопесчаники [9]. Мелкозернистые полевошпат-квар-цевые метапесчаники с гранобластовой структурой и поровым хлорит-серицитовым цементом (обр. К 1/15, К 2/15) сложены зернами кварца и полевого шпата различной окатанности, часто с регенерационными каймами. Количество кварца минимальное для исследованных образцов, а полевых шпатов и гематита — максимальное. Разнозернистые метапесчаники (обр. К 1/15, G 12/15, G 5/15) характеризуются бластопсаммитовой структурой, сланцеватой текстурой, обусловленной ориентировкой слюдистых минералов в цементе порового и базального типов, участками сложенного буроватым колломорфным веществом, корродирующим обломочные зерна. Обломочная часть метапесчаников представлена разноокатанными обломками кварца, пелитизированного калиевого полевого шпата, плагиоклаза и единичными чешуйками обломочного мусковита. Кварцитопесчаники с гранобластовой структурой и массивной текстурой (обр. К 2-1/15, G 1/15, G 11/15, G 11а/15, G 11b/15) на 80–95 об. % сложены кварцем, в трех образцах рассчитан нормативный пирофиллит. Цемент порового и регенерационного типов, кварцевый и кварцево-слюдистый, микрозерни-стый и буровато-коричневый, коломорфный. В межзерновом пространстве отмечаются пойкилобласты и зерна новообразованного турмалина, по размерам сопоставимые с обломочными зернами [9].

Содержания главных породообразующих оксидов, литохимические модули и индикаторные соотношения, использованные для характеристики отложений и реконструкции условий образования, приведены в табл. 1 и 2.

Все фигуративные точки метапесчаников визинг-ской и светлинской свит на диаграмме K2O–Na2O [3] находятся в поле аркозов (рис. 2, а). На диаграмме log(Fe2O3общ/K2O)–log(SiO2/Al2O3) [15] лишь одна точка метапесчаников, обр. 83 Октябрьского рудного поля, попала в область кварцевых аренитов (рис. 2, b), остальные распределились в полях лититов, сублити-тов и железистых песчаников, что отражает относительно высокую железистость метапесчаников с широко развитым хлоритовым цементом (табл. 1).

Точки, расположенные в поле сублититов, соответствуют образцам метапесчаников, в цементе которых преобладает серицит. В поле лититов попали метапесчаники предположительно первого цикла выветривания, содержащие обломки слабоизмененных магматических пород.

По величине гидролизатного модуля (ГМ), в соответствии с классификацией Я. Э. Юдовича и М. П. Кетрис [10], все изученные метапесчаники относятся к типу силитов — бедных глиноземом и железом существенно кварцевых пород и незначительно различаются по содержанию щелочей, что может быть обусловлено степенью седиментационной зрелости осадка и в меньшей степени условиями его накопления (рис. 3, а). Большая часть изученных псаммитов имеет показатель нормированной щелочности (НКМ) больше 0.3 (рис. 3, b), являющегося, по данным Я. Э. Юдовича и М. П. Кетрис, критерием присутствия в породе неизмененного калиевого полевого шпата [7]. В пяти образцах метапесчаников светлинской свиты, отличающихся наиболее хорошей сортировкой обломочного материала, значения нормированной щелочности меньше 0.3 свидетельствуют о присутствии в их составе слюд.

Таблица 1. Химический состав метапесчаников, мас. %

Table 1. Chemical composition of metasandstones, wt. %

N п/п

№ обр.

SiO 2

TiO 2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MnO

MgO

CaO

Na2O

K 2 O

P 2 O 5

п.п.п. Loi

Сумма Total

1

К1/15

75.06

0.53

10.72

2.98

1.57

0.0760

1.23

0.17

1.49

2.97

0.08

2.55

99.42

2

К1-1/15

81.81

0.50

8.72

1.10

0.62

0.0009

0.62

0.17

1.81

3.06

0.06

1.44

99.91

3

К2/15

86.44

0.26

5.51

1.96

1.14

0.0820

0.64

0.20

0.87

1.60

0.05

1.31

100.06

4

К2-1/15

95.82

0.12

1.73

0.18

0.49

0.0050

0.30

0.40

0.02

0.56

0.02

0.55

100.19

5

G1/5

97.15

0.08

2.00

0.16

0.20

0.0009

0.06

0.11

0.05

0.28

0.01

0.01

0.40

6

G12/15

89.52

0.21

4.56

1.05

0.96

0.0009

0.55

0.23

0.71

1.18

0.05

1.33

100.35

7

G2/15

94.82

0.16

2.30

0.08

0.14

0.0050

0.30

0.40

0.01

0.37

0.02

0.93

99.54

8

G4/15

90.88

0.23

3.67

1.25

0.17

0.0050

0.53

0.20

0.06

1.08

0.03

0.93

99.04

9

G5/15

92.94

0.14

3.03

0.22

0.20

0.0050

0.20

0.62

0.13

1.40

0.02

0.86

99.77

10

G11/15

88.86

0.16

4.15

1.16

0.40

0.0050

0.75

0.40

0.82

1.14

0.02

1.18

99.05

11

G11а/15

90.48

0.09

5.47

0.35

0.17

0.0050

0.20

0.40

0.10

1.13

0.02

1.58

99.99

12

G11б/15

92.98

0.11

3.92

0.14

0.18

0.0050

0.30

0.20

0.03

0.59

0.02

1.48

99.96

13

361/01

94.62

0.05

2.04

0.77

0.28

0.5300

0.08

0.06

0.06

0.57

0.04

0.54

99.67

14

361/05

91.07

0.15

3.07

2.13

0.00

0.8000

0.20

0.06

0.13

0.76

0.07

1.07

99.49

15

361/06

93.50

0.17

2.16

1.48

0.84

0.0010

0.08

0.10

0.10

1.01

0.07

0.07

100.08

16

361/07

94.10

0.04

2.18

0.96

1.01

0.0010

0.01

0.40

0.09

0.98

0.05

0.40

100.13

17

360/3

89.76

0.01

4.62

0.64

0.26

0.0050

0.10

0.30

0.28

2.97

0.22

0.62

99.80

18

A10-15

93.10

0.01

2.26

0.05

1.50

0.1000

0.20

0.30

0.18

1.17

0.04

0.72

99.79

19

А10-16

93.33

0.13

2.52

0.07

1.76

0.0270

0.40

0.20

0.20

1.25

0.04

0.44

100.51

20

A14-8

93.28

0.09

2.19

0.09

0.90

0.0050

0.56

0.18

0.17

1.50

0.02

0.09

99.17

21

A14-10

91.98

0.11

2.56

0.83

0.91

0.0120

0.17

0.12

0.28

1.66

0.03

0.31

99.07

22

А14-34

90.18

0.31

3.54

0.68

1.71

0.0150

0.20

0.20

0.17

1.46

0.09

0.83

99.78

23

A15-4

93.60

0.15

3.06

0.07

0.91

0.0050

0.13

0.12

0.15

1.73

0.02

0.34

100.38

24

ОМ9/16

91.26

0.01

3.26

0.22

1.13

0.0090

0.17

0.40

0.59

0.97

0.02

0.37

98.12

25

ОМ10в/16

90.36

0.13

4.70

0.17

1.10

0.0100

0.56

0.15

0.87

1.26

0.01

0.67

100.00

26

ОМ10д/16

92.48

0.01

3.26

0.23

1.13

0.0090

0.17

0.40

0.59

0.97

0.02

0.37

98.12

27

ОМ10е/16

92.27

0.05

3.31

0.01

1.50

0.0100

0.33

0.01

0.68

1.30

0.01

0.60

100.00

28

834

92.24

0.09

1.37

0.70

3.27

0.0900

0.22

0.27

0.29

0.61

0.02

0.30

99.80

a

Рис. 2. Классификационные диаграммы для метапесчаников: а — K2O–N2O (по: [3]); b — log(Fe2O3общ/K2O)–log(SiO2/ Al2O3) (по [15]). Условные обозначения: 1–3 метапесчаники: 1 — визинской свиты, Косьюское рудное поле; 2 — светлин-ской свиты, Новобобровское рудное поле; 3 — светлинской свиты, Октябрьское рудное поле

b

Fig. 2. Classification diagrams for metasandstones: a — K2O–N2O (after: [3]); b - log (Fe2O3gen/K2O) –log (SiO2/Al2O3) (after [15]). Legend: 1–3: 1 — Vizinskaya suite, Kosyusskoe ore field; 2 — Svetlinskaya suite, Novobrovskoe ore field; 3 — Svetlinskaya suite, Oktyabrskoe ore field

Таблица 2. Индикаторные соотношения и модули Table 2. Indicator ratios and modules

№ п/п

№ обр.

log (Na2O/ K 2 O)

log (SiO 2 / Al 2 O 3 )

log (F e 2O3общ/ K 2 O)

F1

F2

K 2 O /

Na2O

SiO2/ Al 2 O 3

Al2O3/ SiO2

CIA

CIW

ICV

K 2 O/ Al2O3

ГМ

HM

Na2O+ Ka2O

НКМ SPM

1

К1/15

–0.30

0.85

0.17

–2.43

–0.82

7.00

1.99

0.14

64

80

1.1

0.28

0.21

4.46

0.42

2

К1-1/15

–0.23

0.97

0.16

–2.19

–1.22

9.38

1.69

0.11

57

73

1.1

0.35

0.13

4.87

0.56

3

К2/15

–0.26

1.20

0.44

–3.24

–0.26

15.69

1.84

0.06

61

75

1.2

0.29

0.10

2.47

0.45

4

К2-1/15

–1.45

1.74

0.90

–3.82

0.66

55.39

28.00

0.02

56

69

1.4

0.32

0.03

0.58

0.34

5

G1/5

–0.75

1.69

1.20

–3.97

0.87

48.58

5.60

0.02

77

88

0.5

0.14

0.03

0.33

0.17

6

G12/15

–0.22

1.29

0.58

–2.98

0.12

19.63

1.66

0.05

61

74

1.1

0.26

0.08

1.89

0.41

7

G2/15

–1.57

1.62

1.08

–3.81

1.87

41.23

37.00

0.02

67

76

0.9

0.16

0.03

0.38

0.17

8

G4/15

–1.26

1.39

0.61

–3.92

1.39

24.76

18.00

0.04

69

89

1.1

0.29

0.06

1.14

0.31

9

G5/15

–1.03

1.49

0.50

–3.65

–0.14

30.67

10.77

0.03

51

69

1.2

0.46

0.04

1.53

0.50

10

G11/15

–0.14

1.33

0.59

–3.15

1.23

21.41

1.39

0.05

56

67

1.5

0.27

0.07

1.96

0.47

11

G11а/15

–1.05

1.22

0.59

–3.57

0.19

16.54

11.30

0.06

72

86

0.5

0.21

0.07

1.23

0.22

12

G11б/15

–1.29

1.38

0.88

–3.71

1.37

23.72

19.67

0.04

79

90

0.5

0.15

0.05

0.62

0.16

13

361/01

–0.98

1.67

0.89

–5.38

2.59

46.38

9.50

0.02

71

91

0.8

0.28

0.04

0.63

0.31

14

361/05

–0.77

1.47

0.77

–6.27

4.14

29.66

5.85

0.03

73

90

1.0

0.25

0.07

0.89

0.29

15

361/06

–1.00

1.64

0.64

–3.68

–0.17

43.29

10.10

0.02

60

86

1.3

0.47

0.05

1.11

0.51

16

361/07

–1.04

1.64

0.66

–3.47

–1.06

43.17

10.89

0.02

53

71

1.2

0.45

0.04

1.07

0.49

17

360/3

–1.03

1.29

0.17

–1.98

–1.50

19.43

10.61

0.05

52

82

1.1

0.64

0.06

3.25

0.70

18

A10-15

–0.81

1.61

0.58

–3.40

–0.99

41.19

6.50

0.02

52

73

1.2

0.52

0.04

1.35

0.60

19

А10-16

–0.80

1.57

0.55

–3.20

–1.45

37.04

6.25

0.03

55

78

1.3

0.50

0.05

1.45

0.58

20

A14-8

–0.95

1.63

0.47

–3.45

–0.49

42.59

8.82

0.02

49

78

1.7

0.68

0.04

1.67

0.76

21

A14-10

–0.77

1.56

0.43

–3.57

–1.05

35.93

5.93

0.03

51

79

1.4

0.65

0.05

1.94

0.76

22

А14-34

–0.93

1.41

0.48

–3.05

–0.79

25.47

8.59

0.04

61

85

1.0

0.41

0.07

1.63

0.46

23

A15-4

–1.06

1.49

0.41

–3.63

–1.72

30.59

11.53

0.03

57

87

1.0

0.57

0.04

1.88

0.61

24

ОМ9/16

–0.22

1.45

0.66

–2.97

–0.42

27.99

1.64

0.04

54

66

1.0

0.30

0.05

1.56

0.48

25

ОМ10в/16

–0.16

1.28

0.55

–2.90

–0.57

19.23

1.45

0.05

60

73

1.0

0.27

0.07

2.13

0.45

26

ОМ10д/16

–0.22

1.45

0.66

–3.02

–0.94

28.37

1.64

0.04

54

66

1.0

0.30

0.05

1.56

0.48

27

ОМ10е/16

–0.28

1.45

0.53

–2.99

–1.47

27.88

1.91

0.04

57

74

1.0

0.39

0.05

1.98

0.60

28

834

–0.32

1.83

0.86

–3.23

–2.26

67.33

2.10

0.01

46

59

2.0

0.45

0.06

0.90

0.66

Примечания / Notes:

F1=0.303–0.447SiO2–0.972 TiO2+0.008Al2O3–2.67Fe2O3+0.208 FeO+3.082MnO+0.14MgO+0.195CaO+0.719Na2O–

0.032K2O+7.51P2O5;

F2=43.57–0.421SiO2+1.988TiO2–0.526Al2O3–0.551Fe2O3–1.61FeO+2.72MnO+ 0.881 MgO –0.907CaO–0.177Na2O–

1.84K2O+7.244P2O5.

ГМ=Al2O3+TiO2+Fe2O3+FeO+MnO)/SiO2; НКМ=N2O+K2O/Al2O3, ТМ=TiO2/Al2O3; ФМ=(Fe2O3+FeO+MnO+MgO)/SiO2;

ЖМ=(Fe2O3+FeO+MnO)/(Al2O3+TiO2).

CIA=100Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O), ICV+ (Fe2O3+K2O+Na2O+Ca2O+ Mg2O=TiO2)/Al2O3, CIW=100Al2O3/ (Al2O3+CaO+Na2O) (молекулярные количества / molecular quantities).

a

Рис. 3. Модульные диаграммы: а — ГМ – (Na2O + K2O); b — ГМ – НКМ (по [10]). Условные обозначения на рис. 2

Fig. 3. Modular diagrams: a — hydrolisates module — (Na2O + K2O); b — hydrolisates module — sodium-potassium module

(after: [10]). Legend in Fig. 2

b

О c о oO

A

A

A

o °6    e

ОД   ^      °

Значения индекса химического выветривания CIA [17] для пород визингской свиты составляют 69–80 и соответствуют средней выветрелости обломочного материала на палеоводосборах (табл. 2). В метапесчаниках светлинской свиты минимальное значение этого индекса (59) отмечено в образце Октябрьского рудного поля. Однако для большинства изученных образцов он превышает соответствующее средневыветрелым породам значение (70), в отдельных случаях достигая 90, что характерно для высокой степени разложения исходных пород.

Индекс изменения состава ICV [13] для метапесчаников визингской свиты и большинства образцов светлинской превышает пороговое значение 1, характерное для незрелого обломочного материала (табл. 2). Для трех образцов метапесчаников светлинской свиты Новобобровского рудного поля (G2/15, G11а/15, G11б/15) индекс ICV = 0.5, что характеризует породы как однородные, сложенные обломочным материалом высокой степени переработки.

На диаграмме ICV–CIA [16] фигуративные точки метапесчаников образуют ряд, направление которого отражает изменение степени зрелости обломочного материала (рис. 4). Метапесчаники визингской и большинство образцов светлинской свиты Новобобровского рудного поля занимают промежуточное положение между линиями, соответствующими составам размываемых основных и кислых пород, а точки метапесчаников Октябрьского рудного поля по этим параметрам наиболее близки к свежим базальтам и гранитам.

Индексы выветривания CIW [14] для большинства образцов метапесчаников визингской и светлинской свит (табл. 2) соответствуют низкой и средней степени разложения исходных пород. В метапесчаниках светлинской свиты Новобобровского рудного поля установлены максимальные значения этого индекса (86–91), указывающие на развитые процессы выветривания на палеоводосборах.

Значения калиевого модуля K2O/Al2O3 [12] для метапесчаников визингской свиты составляет 0.28–0.35 (табл. 2), для светлинской они изменяются в очень широком диапазоне — от 0.14 до 0.68, что соответствуют породам, сформированным как за счет рециклированного, так и за счет обломочного материала первого цикла выветривания. Колебания значений калиевого модуля, указывающие на изменение степени перера-

Рис. 4. Положение фигуративных точек изученных песчаников на диаграмме ICV – CIA (по [16])

Fig. 4. Position of figurative points of sandstones on the ICV–CIA diagram (after [16])

ботки материала в области размыва, отражают, вероятно, локальные изменения гидродинамического режима — в наиболее активные периоды разрушались слабо затронутые процессами химического выветривания участки развития магматических пород.

На диаграммах SiO2–K2O/Na2O [18] и F1–F2 [11], разграничивающих предполагаемые области осадконакопления на основании соотношений различных петрогенных оксидов, все фигуративные точки метапесчаников попали в область пород, образованных в условиях пассивных континентальных окраин (рис. 5, а, b). Наиболее близко к линии разграничения пассивных и активных континентальных окраин находятся точки, соответствующие образцам метапес-чанков визингской свиты Косьюского рудного поля и светлинской свиты Октябрьского рудного поля, что косвенно указывает на формирование вещественного состава отложений, в том числе за счет разрушения магматических образований.

Содержание редких и редкоземельных элементов и их индикаторные соотношения, использованные при реконструкции условий формирования, приведены в таблице 3 и на рис. 6.

Суммарное содержание РЗЭ в песчаниках изменяется от 43 до 267 г/т (табл. 3). Во всех изученных образцах отмечается преобладание легких лантаноидов — графики распределения содержаний РЗЭ, нормированные по хондриту, имеют чуть более крутой наклон в области легких лантаноидов, характерный для метатерригенных пород, не связанных с вулканизмом (рис. 6).

На графиках, отражающих распределение РЗЭ в метапесчаниках визингской свиты, хорошо выражен европиевый минимум (рис. 6, a). Минимальное значение соотношения Eu/Eu*, нормированого по хондриту, для этих пород составляет 0.32 (обр. К 1/15), а для трех образцов находится в диапазоне 0.49–0.65, что близко к средним значениям этого коэффициента в осадочных породах фанерозоя, образованным за счет разрушения кислых магматических пород [6].

Распределение РЗЭ в метапесчаниках светлинской свиты характеризуется различными формами кривых (рис. 6, b, c). Выделяется три вида спектров распределения — с ярко выраженным европиевым минимумом, с европиевым максимумом и со сглаженным европиевым минимумом и пологим наклоном кривых. В двух образцах (360/1 и 361/05), спектры распределения которых имеют европиевый максимум, отмечаются минимальные для всех изученных образцов содержания щелочей и ураганные содержания марганца, а на диаграмме ICV–CIA [16] фигуративные точки этих метапесчаников расположены практически вблизи линии базальтового тренда.

Спектры распределения РЗЭ метапесчаников Октябрьского рудного поля имеют характерный для метатерригенных пород наклон и слабо проявленную европиевую аномалию для двух образцов, отличающихся низкой щелочностью, железистостью и при этом слабой степенью гипергенного изменения исходного материала (табл. 1 и 2).

Графическое отражение спектров распределения нормированных на хондрит содержаний РЗЭ демонстрирует сходство большинства спектров распределения метапесчаников визингской и светлинской свит.

Таблица 3. Содержание (г/т) РЗЭ в метапесчаниках

Table 3. REE contents (g/t) in metasandstones

N п/п

N обр,

La

Ce

Pr

Nd

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

LREE

HREE

∑ REE

LREE/ HREE

Eu/Eu*

Ce/Ce*

Th/U

Ce/La

Th/U

1

К1/15

25.17

49.56

5.38

20.23

3.81

0.80

3.57

0.56

2.97

0.61

1.85

0.27

1.94

0.32

104.94

12.10

117.04

8.67

0.32

3.74

3.57

1.97

3.57

2

К1-1/15

22.37

45.39

5.18

21.27

4.76

1.00

5.89

0.58

3.08

0.62

1.85

0.26

1.85

0.30

99.98

14.42

114.40

6.93

0.65

0.98

5.55

2.03

5.55

3

К2/15

13.00

28.35

3.10

11.98

2.32

0.46

3.58

0.30

1.47

0.28

0.84

0.12

0.89

0.18

59.21

7.66

66.87

7.73

0.58

0.98

3.31

2.18

3.31

4

К2-1/15

37.85

76.22

8.51

32.04

6.12

1.28

5.67

0.85

4.63

0.96

2.89

0.44

3.21

0.70

162.02

19.36

181.38

8.37

0.49

1.04

3.52

2.01

3.52

5

G1/15

5.66

12.62

1.43

5.34

0.99

0.21

1.27

0.10

0.41

0.07

0.21

0.03

0.25

0.04

26.25

2.38

28.63

11.04

0.58

0.98

4.08

2.23

4.08

6

G12/15

75.88

20.80

2.51

9.88

2.53

0.63

3.50

0.34

1.65

0.29

0.82

0.11

0.77

0.13

112.23

7.60

119.84

14.76

0.57

1.04

6.36

0.27

6.36

7

G2/15

11.42

20.93

2.57

9.57

1.76

0.38

2.80

0.17

0.65

0.12

0.31

0.05

0.38

0.07

46.64

4.54

51.17

10.28

0.65

0.19

6.27

1.83

6.27

8

G11б/15

6.50

16.33

2.35

11.07

3.16

0.92

1.84

0.51

2.60

0.47

1.28

0.17

1.12

0.16

40.33

8.15

48.48

4.95

0.52

0.89

70.86

2.51

70.86

9

361/01

8.00

19.00

2.00

7.50

1.50

1.30

1.70

0.18

0.80

0.15

0.43

0.06

0.42

0.07

39.30

3.81

43.11

10.32

1.08

1.00

4.48

2.38

4.48

10

361/05

6.00

16.00

1.90

8.70

2.30

2.30

2.20

0.31

1.70

0.35

1.10

0.17

1.30

0.23

37.20

7.36

44.56

5.05

2.48

1.11

9.08

2.67

9.08

11

361/06

11.00

26.00

3.10

12.00

2.20

0.70

2.20

0.24

0.97

0.17

0.56

0.08

0.57

0.10

55.00

4.89

59.89

11.25

3.08

1.13

19.35

2.36

19.35

12

361/07

9.60

25.00

3.20

14.00

3.20

0.95

2.80

0.29

1.10

0.18

0.53

0.07

0.49

0.08

55.95

5.54

61.49

10.10

0.96

1.06

19.67

2.60

19.67

13

360/3

46.90

178

40.20

240

103

38.70

127

24.40

128

20.90

49.30

6.48

36.90

4.84

125.80

142.82

268.62

0.88

0.95

1.08

149.25

3.80

149.25

14

A10-15

7.79

16.80

2.14

9.42

2.26

0.56

1.90

0.29

1.56

0.33

0.90

0.13

0.86

0.13

38.97

6.10

45.07

6.39

1.03

0.92

7.92

2.16

7.92

15

А14-34

11.00

26.40

3.93

17.60

3.11

0.70

2.00

0.27

1.47

0.29

0.93

0.14

0.97

0.16

62.74

6.23

68.97

10.07

0.81

0.97

13.02

2.40

13.02

16

A15-4

10.90

33.30

6.29

35.40

15.40

6.98

27.70

6.20

40.30

7.98

21.50

2.97

16.60

2.27

108.27

125.52

233.79

0.86

0.80

0.97

80.70

3.06

80.70

17

ОМ9/16

10.30

22.00

2.56

10.20

2.02

0.41

1.97

0.32

1.78

0.35

0.91

0.13

0.85

0.12

47.49

6.43

53.92

7.39

1.02

0.95

6.61

2.14

6.61

18

ОМ10д/16

10.80

23.40

2.81

11.30

2.67

0.69

2.37

0.34

1.65

0.30

0.86

0.13

0.88

0.15

51.67

6.68

58.35

7.74

0.62

1.00

92.50

2.17

92.50

19

834

8.66

19.00

2.24

9.24

3.00

0.73

2.45

0.32

1.86

0.35

0.99

0.14

1.03

0.14

42.87

7.28

50.15

5.89

0.82

1.00

23.85

2.19

23.85

a

b

Рис. 5. Положение фигуративных точек составов песчаников на диаграмме: a — SiO2 – K2O/Na2O (по:[18]); b — F1–F2 (по [11]). Условные обозначения на рис. 2

Fig. 5. Position of figurative points of sandstone compositions on the diagram: a — SiO2 – K2O/Na2O (after [18]); b — F1–F2 (after [11]). Legend in Fig. 2

Рис. 6. Нормированные на хондрит (по [6]) спектры распределения содержаний РЗЭ в метапесчаниках: а — визинг-ская свита, Косьюское рудное поле; b, c — светлинская свита: b — Новобобровское рудное поле; c — Октябрьское рудное поле

Fig. 6. Chondrite-normalized (after: [6]) distribution spectra of REE contents in metasandstones: a - Vizingskaya suite, Kosyusskoe ore field; b — c — Svetlinskaya suite: b — Novobobrovskoe ore field; c — Oktyabrskoe ore field

Для всех изученных образцов характерно повышенное относительно хондрита содержание легких лантаноидов, что объясняется доминированием в их составе кварца. Типичная для терригенных пород европиевая аномалия проявлена в большинстве образцов (рис. 6, табл. 2). Европиевый максимум на графиках распределения РЗЭ для двух образцов из верхней части светлинской свиты Новобобровского рудного поля коррелируется с присутствием в породах значительного количества марганца (табл. 1). Собственно минералы марганца в метапесчаниках не установлены, поэтому вопрос о концентраторах этого элемента пока остается открытым.

Максимальные значения соотношения Th/U отмечаются в образцах, в составе которых преобладают наи менее измененные обломки полевых шпатов. Соотношения Ce/La при невысоких значениях европиевого минимума характеризуют метапесчаники как не подвергшиеся гидротермальному воздействию.

Анализ индикаторных соотношений, петрохимических модулей и характера расположения фигуративных точек составов метапесчаников на различных диаграммах показал незначительные различия характеристик пород визингской и светлинской свит, а также вариации степени преобразования исходного терригенного материала, зависящие, на наш взгляд, от периодической смены гидродинамической обстановки, изменяющей в том числе и скорость разрушения магматических пород на палеоводосборах. На различных диаграммах фигуративные точки метапесчаников Октябрьского рудного поля выделяются максимальной щелочностью, наиболее слабой сортировкой и степенью гипергенной переработки обломочного материала, что связано с близостью разрушаемого источника, содержащего невыветрелые полевые шпаты, и со скоростью дезинтеграции материнских пород. На диаграммах, применяемых для реконструкции палео-геодинамических обстановок и отражающих изменение тектонического положения района на протяжении времени накопления осадочных толщ, фигуративные точки составов метапесчаников находятся в полях, соответствующих обстановкам пассивной континентальной окраины (рис. 5, а, б). На расположение фигуративных точек этих песчаников оказало влияние изменение их состава, зависящее от смены источников обломочного материала — уменьшения влияния древних метаморфических пород и вовлечения в область размыва слабо измененных процессами выветривания вулканитов. Фиксируемые увеличения доли существенно измененного на палеоводосборах обломочного материала свидетельствуют об изменениях в составе источников питания за счет вовлечения в область размыва территорий, сложенных метаосадочными поро дами с широко проявленными процессами выветривания.

Заключение

Литохимические особенности изученных метапесчаников светлинской и визингской свит имеют очевидное сходство и незначительно различаются по источникам и степени зрелости слагающего их обломочного материала. Исходные осадки образованы за счет размыва и переотложения преимущественно метатер- ригенных пород древнего фундамента при участии слабо измененных процессами выветривания продуктов разрушения вулканитов среднего и основного состава. Присутствие слабовыветрелых обломочных полевых шпатов указывает на близость их источников, а изменения количества обусловлены скоростью дезинтеграции магматических пород и поступления обломков в осадочную толщу.

Накопления терригенных толщ визингской и свет-линской свит проходило в условиях относительно стабильного тектонического режима, климата и при сохранении основных источников обломочного материала. В формировании состава метапесчаников нижней части светлинской свиты участвовали также слабоиз-мененные магматические породы кислого состава. В верхней части светлинской свиты присутствуют горизонты относительно высокоглиноземистых метапесчаников со слюдистым цементом, выше которых залегают содержащие слабоизмененную полевошпатовую составляющую метапесчаники визингской свиты. Петрохимические характеристики метапесчаников отражают изменения седиментационной зрелости осадка — от относительно железистых низкоглиноземистых, сложенных слабовыветрелым материалом, вероятно первого цикла выветривания, до слюдистых разновидностей с преобладанием обломков, существенно измененных в гипергенных условиях древнего континента. Песчаники формировались в мелководной прибрежно-морской обстановке с незначительно меняющейся гидродинамикой и периодическим вовлечением в область размыва магматических пород различного состава.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Республики Коми № 20-45-110-010.

Список литературы Литогеохимическая характеристика метапесчаников четласской серии (Четласский Камень, Средний Тиман)

  • Государственная геологическая карта Российской Федерации м-ба 1:200000. Лист Q-39-XXXIII–XXXIV (бараки–Бобровая) / В. М. Пачуковский, Х. О. Траат, Р. Я. Мищенко, Н. А. Довжиков Л.: ВСЕГЕИ, 1993.
  • Кузнецов Н. Б., Соболева А. А., Удоратина О. В. и др. Доуральская тектоническая эволюция северо-восточного и восточного обрамления Восточно-Европейской платформы. Ст. 1. Протоуралиды, Тиманиды и доордовикские гранитоидные вулкано-плутонические ассоциации севера Урала и Тимано-Печорского региона / Литосфера. 2006. № 4. С. 3–22.
  • Петтиджон Ф., Поттер П., Сивер Р. Пески и песчаники. М.: Мир, 1976. 536 с.
  • Розен О. М., Журавлев Д. З., Ляпунов С. М. Геохимические исследования осадочных отложений Тимано-Печорской провинции / Разведка и охрана недр. 1994. № 1. С. 18–21.
  • Страхов Н. М. Проблемы геохимии современного океанского литогенеза. М.: Наука, 1976. 300 с.
  • Тейлор С. Р., Мак-Леннон С. М. Континентальная кора: ее состав и эволюция. М.: Мир, 1988. 379 с.
  • Удоратина О. В., Бурцев И. Н., Никулова Н. Ю., Хубанов В. Б. Возраст метапесчаников верхнедокембрийской четласской серии Среднего Тимана на основании U-Pb-датирования детритных цирконов // Бюл. МОИП. Отд. геол. 2017. Вып. 5. С. 15–32.
  • Удоратина О. В., Никулова Н. Ю., Бурцев И. Н. Особенности распределения РЗЭ в породах Косьюского рудного поля (Четласский Камень, Средний Тиман) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении: Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского: Сб. науч. ст. / Отв. ред. И. И. Чай ковский. Перм. гос. нац. исслед. ун-т. Пермь, 2019. Вып. 22. С. 337–344. ISBN 978-5-7944-3249-7.
  • Удоратина О. В., Никулова Н. Ю., Губарев И. А. Характеристики метапесчаников светлинской свиты — субстрата щелочных рудных метасоматитов (Октябрьское рудное поле, Средний Тиман) / Вестник Пермского университета. 2020. Т. 19. № 2. С. 152–158.
  • Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Основы литохимии. СПб.: Наука, 2000. 479 с.
  • Bhatia M. R. Plate tectonic and geochemical composition of sandstones // The Journal of Geology. 1983. V. 91. № 6. P. 611–627.
  • Bostrom K. The origin and fate of ferromanganoan active ridge sediments / Stockholm Contrib. Geol. 1973. V. 27. No. 2. P. 148–243.
  • Cox R., Lowe D. R. Controls of sediment composition on a regional scale: a conceptual review / J. Sed. Res. 1995. V. 65. P. 1–12.
  • Harnois L. The CIW index: a new chemical index of weathering / Sed. Geol. 1988. V. 55. No. 3/4. P. 319–322.
  • Herron M. M. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log date // J. Sed. Petrol. 1988. V. 58. P. 820–829.
  • Lee Y. I. Provenance derived from the geochemistry of late Paleozoic-early Mesozoic mudrocks of the Pyeongann Supergroup, Korea // Sedimentary Geology. 2002. V. 149. P. 219–235.
  • Nesbitt H. W., Young G. M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites / Nature. 1982. V. 299. P. 715–717.
  • Roser B. P., Korsch R. J. Determination of tectonic setting of sandstone_mudstone suites using SiO2 content andK2O/Na2O ratio. The Journal of Geology. 1986, V. 94. № 5. P. 635–650.
Еще
Статья научная