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

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

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 (RF_2–3 sv ), новобобровской (RF_2–3 nb ) и визингской (RF_2–3 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 (RF_2–3sv) 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 (R_2–3nb) 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 (R_2–3vs) . 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

Рис. 2. Классификационные диаграммы для метапесчаников: а — K₂O–N₂O (по: [3]); b — log(Fe₂O_3общ/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

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 2^O3общ^/ 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).

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

О c о oO

o °6 _e

О_Д ^ °

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

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