Применение геохимических индикаторов для определения генезиса сильвинитов Тюбегатанского месторождения

Следует отметить три главных направления современной геохимии. Первое из них, как отмечал В.И. Вернадский, охватывает проблемы поисков различных видов полезных ископаемых в целях расширения минерально-сырьевой базы; второе связано с наиболее актуальной проблемой современности – охраной окру- жающей среды; происхождения нашей планеты.

Кроме того, третье – с проблемой

химического

состава

геохимические

методы

позволяют уточнить генезис многих полезных ископаемых, установить генетические типы различных осадочных пород, в том числе выделить первичноседиментационные и вторичные процессы кристаллизации солей.

Изоморфное замещение микроэлементами макроэлементов в природных соединениях можно использовать как эффективный и чувствительный индикатор, позволяющий решать некоторые вопросы условий образования и истории развития отдельных минералов. К таким микроэлементам относятся бром и рубидий в минералах солей хлоридного состава. Бром изоморфно замещает хлор, а рубидий – калий в сильвине и карналлите.

В геологии калийных и калийно-магниевых солей геохимия брома и рубидия применяется весьма широко как отечественными исследователями, так и за рубежом [13, 14]. Многолетний опыт работы в данном направлении отражен в работах М.Г. Валяшко и его последователей, в том числе в тематическом сборнике статей [2], посвященном закономерностям

распределения брома в соляных месторождениях, где обобщен мировой опыт.

В настоящей работе рассматривается применение геохимических показателей распределения брома и рубидия в калийных отложениях Тюбегатанского месторождения и их сравнительная характеристика с аналогами из других месторождений для решения генетических задач.

Характеристика месторождения

Тюбегатанское месторождение калийных солей расположено на границе Узбекистана и Туркменистана и относится к Среднеазиатскому соляному бассейну. В тектоническом отношении территория месторождения приурочена к северозападному крылу Тюбегатанской брахи-антиклинали. Калийные породы Тюбега-танского месторождения содержатся в составе трех горизонтов галитовой (соленосной) подсвиты гаурдакской свиты (J3gd) киммеридж-титонского возраста (рис. 1) и относятся к верхнеюрской галогенной формации.

Соляные отложения сложены каменной солью и сильвинитом и перекрыты верхнеюрскими, нижнемеловыми и четвертичными терригенными (с редкими пачками известняков) породами. Промышленные содержания KCl установлены

Рис. 1. А - обзорная карта Средней Азии, Б - схематическая карта Тюбегатанского месторождения в контуре подсчета запасов, В - геологический разрез месторождения (условные обозначения снизу вверх: пласт Нижний 2, верхнеюрские отложения гаурдакской и карабиль-ской свит киммириджского-титонского ярусов; нижнемеловые отложения валанжинского, готтеривского, баррем-аптского и альбского ярусов)

во втором пласте (Нижний 2) нижнего горизонта и составляют от 15,6 до 50,5 % (среднее – 34,3 %) при мощности 0,8 до 12,8 м (среднее – 5,65 м) [11]. Запасы калийных солей по категориям A+B+C 1 составляют порядка 400 млн т, а по категории С 2 – 286 млн т [10].

Продуктивный подгоризонт подразделяется на два пласта Нижний 2а и Нижний 2б. Соляные породы представлены сильвинитом, каменной солью, галит-ангидрит-карбонатной и галит-карбонат-ной породами [7]. Отложения перекристаллизованы, для них характерны круп- но- и гигантокристаллические структуры и неяснослоистые текстуры, годовые слои не выделяются (рис. 2, а,б). Окраска пород неравномерная, обусловлена распределением гематита и глинисто-карбонатного материала, концентрирующегося в межзерновом пространстве (рис. 2, в,г). Содержание нерастворимого остатка невелико: по данным опробования разведочных скважин колеблется от 0,6 до 3,6 %. Минералы нерастворимого остатка представлены в основном ангидритом, доломитом, магнезитом, кварцем, хлоритом, иллитом [8].

Рис. 2. Фото образцов: а – сильвинит, б – каменная соль; микрофотографии пород в шлифе (увеличение 50 раз): в – ксеноморфные кристаллы сильвина и микровключения ангидрита по контуру зерен, г – глинисто карбонатное вещество между кристаллами галита в каменной соли

Считается, что познеюрский солеродный бассейн был связан с открытым морем, а эвапориты верхнеюрской формации являются глубоководными образованиями и их мощность отражает глубину соле- родного бассейна. Отмечается также, что депрессионные структуры, в которых происходило накопление хлоридных солей, приурочены к зонам приразломных прогибов [1].

По данным геохимического изучения солей Среднеазиатского бассейна, соляные породы верхнеюрской галогенной формации сильно обеднены бромом [12]. Это связано, по мнению исследователей, с изначально низкими содержаниями брома в рассолах в результате воздействия на них вод континентального стока, десцен-дентных (образовавшихся за счет ранее разрушенных древних солей и выщелачивания) рассолов и эпигенетических процессов.

Геохимические исследования

Экспериментальными исследованиями М.Г. Валяшко, Т.В. Мандрыкиной и Н.С. Петровой [4, 5] было установлено, что изменение величины бромхлорного (Br/Cl∙103) и рубидий-калиевого отношений (Rb/K∙104) может служить показателями условий кристаллизации и преобразования солей в период диагенетических и катагенетических процессов, протекающих при формировании главных породообразующих минералов соляной толщи.

Для сильвина установлена прямая связь между содержаниями брома и рубидия в процессе кристаллизации из морской воды, а для карналлита характерна обратная корреляция элементов, так как концентрация рубидия снижается от первых кристаллов к последним. Поведение элементов при прогрессирующем осоло-нении схематически показано на рис. 3.

Рис. 3. Концентрация брома и рубидия в эвапоритах при прогрессирующем осолонении бассейна [9]

Существует несколько путей образования сильвина [5].

• 1.    Из сгущающейся морской воды, лишенной сульфат-иона (метаморфизованной). В этом случае от начала до конца кристаллизации содержание брома в кристаллах сильвина будет изменяться от 0,13 до 0,20 мас. %, Br/Cl∙10³ составит 2,9 – 4,2. Содержание рубидия в таком сильвине будет колебаться в пределах 0,0017 –

  0,0053 мас. %, а отношение Rb/K∙10⁴ составит 0,32 – 1,02.

• 2.    Выделение сильвина за счет растворения первичных карналлитов. Для сильвина будут характерны содержания брома в два раза ниже относительно количества этого элемента в исходном карналлите. Количество рубидия в сильвине может достигать 0,0542 мас.% и более.

• 3.    Вторичная кристаллизация сильвина из рассолов, возникших при растворении

первично-седиментационных сильвинитов. При таком способе образования сильвин будет характеризоваться минимальными содержаниями брома и рубидия, при этом количество рубидия может снизиться до следов.

Для сравнения геохимических показателей соляных пород Тюбегатанского месторождения были использованы результаты рентгенофлуоресцентного анализа, выполненного на приборе S8 Tiger (Bruker). Были рассчитаны бромхлорные коэффициенты и рубидий-калиевые от- ношения для 16 проб, в которых были определены содержания рубидия. Показатели нанесены на соответствующие диаграммы для сопоставления с литературными данными по калийным месторождениям хлоридного типа (рис. 3), а также с ранее полученными результатами по сильвинитам Верхнекамского месторождения [9]. Расчеты проведены для сильвинитов из всех слоев пласта Кр-II, полосчатых разностей пласта «А» и пестро-окрашенных из пласта «Б».

Рис. 3. Шкала нормальных величин геохимических показателей для сильвинитов, выделившихся из морской воды в процессе её сгущения. Геохимические показатели сильвинитов: А -бромхлорные коэффициенты; Б - содержание рубидия [4, 5]: 1 - Тюбегатанское месторождение, пласты н11а и н11б; 2 - Карлюк, Средняя Азия; 3 - Верхнекамское месторождение, пласты Кр-II и А; 4 - Верхнекамское месторождение, пласт «Б». Г1-С0 - кривая, характеризующая начало кристаллизации сильвина, Г2-С1 - значения показателя к концу формирования сильвина

На диаграмме область значений геохимических показателей, характерных для образования сильвинитов из сгущающейся морской воды (первый случай), ограничена кривыми Г1-С0 и Г2-С1. Отчетливо видно, что большая часть фигуративных точек бромхлорных коэффициентов сильвинитов пласта Нижний 2 попадает в область с пониженными от нормальных условий кристаллизации сильвина. Содержания рубидия, напротив, являются повышенными. Такая ситуация характерна для второго пути образования сильвина – из растворившихся карналлитов. Показатели являются наиболее близкими к сильвинитам Карлюкского месторождения, для которого ранее указывалось формирование сильвинитов из первичных карналлитов [5]. Сильвиниты продуктивных пластов «Кр-II» и «А» Верхнекамского месторождения относятся к первичноседиментационным образованиям: их геохимические показатели попадают в поле нормальных значений. Исключение составляет пестро-окрашенный сильвинит из пласта «Б», который по распределению рассчитанных показателей сходен тюбега-танским сильвинитам. Примечательно также сходство сильвинитов пласта «Б» с отложениями пластов подгоризонта Нижний 2 по структурно-текстурным особенностям:     крупно-     и     гиганто кристаллические структуры, неоднородные, часто пятнистые текстуры.

Таким образом, использование геохимических индикаторов показало, что образование сильвинитов продуктивного пласта Тюбегатанского месторождения происходило в том числе и за счет перекристаллизации их из первичных карналлитов. Это значит, что сгущение морской воды на начальном этапе формирования месторождения происходило до садки ка-лийно-магнезиальных солей, которые затем были растворены под воздействием вторичных процессов. Наличие карналлитовых пластов в Карлюкском и ряде других месторождений Среднеазиатского бассейна, и отсутствие их в Тюбегатан-ском обусловлено тектоническим фактором, а именно положением и глубиной депрессионных структур, в которых накапливались толщи калийных солей, а также благоприятными условиями для их сохранения при постседиментационном преобразовании пород.