Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ ВУЛКА
НИЧЕСКИХ ПОРОД - II
ГЛАВА II. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
Геологическое строение северо-западной части Днепровско-Донецкой впадины - 19
Распространение и главные типы разрезов черниговского вулканогенного комплекса - 28
ГЛАВА III. ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ВУЛКАНИЧЕСКИХ ПОРОД ЧЕРНИГОВСКОГО КОМПЛЕКСА
Петрографические разновидности - 43
Минералогический состав - 52
Петрохимическая характеристика - 59
ГЛАВА ІУ. ГЕОХИШЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Методика обработки геохимических данных ... - 75
Геохимия отдельных элементов (никель, кобальт, хром, ванадий, цирконий, барий,
стронций) - 79
Геохимическая специализация черниговского комплекса - 122
Сопоставление черниговского комплекса с ассоциирующими белоцерковским и дайковым вулканогенными комплексами - 151
ВЫВОДЫ - 157
ЛИТЕРАТУРА - 160
Введение к работе
Актуальность темы.
На современном этапе развития наук о Земле огромное значение в решении проблем петрологии и металлогении приобретает изучение распределения элементов-примесей (микроэлементов) в горных породах и минералах. Эти элементы и их индикаторные соотношения используются для контроля глубины и степени селективного плавления исходного субстрата, для определения комагматичности пород, для выяснения изменения кислотности-основности расплава при магматической дифференциации, для обоснования общих моделей развития магматических процессов.
Днепровско-Донецкая впадина является частью крупной субширотной континентальной структуры - Припятско-Днепровско-Донецко-го палеорифта. Палеозойский этап развития этой структуры ознаменовался интенсивным вулканизмом, максимумы проявления которого приурочены к дозднефранскому и позднефаменскому векам девонского периода.
Согласно многочисленным исследованиям [33,34,72,99, ЮО] в рифтовых зонах континентов отчетливо проявлена связь вулканических продуктов с глубинными разломами и веществом верхней мантии. Рифтовому вулканизму свойственен щелочной уклон магм, обилие пи-рокластического материала, центрально-вулканический тип извержений и широкий спектр пород, обогащенных элементами-примесями.
Среди вулканических образований Днепровско-Донецкой впадины (ДДВ), слагающих значительную часть глубокопогруженных девонских отложений, по геолого-структурным, минерало-петрографическим, петрохимическим и термобарометрическим критериям выделены три комплекса базальтоидов: I - белоцерковский, относящийся к щелочно-ультрамафатовой формационной группе; П - черниговский, принадлежащий трахибазальт-трахиандезит-трахилипаритовому виду группы ба-
- Ц. -
ізальтовых и габбровых формаций и Щ - дайковый недифференцированный комплекс базальт-долеритового вида группы базальтовых и габбровых формаций.
Наиболее широким площадным распространением пользуются вулканиты черниговского комплекса, занимающие около трети территории северо-западной части впадины. Основные поля развития вулканогенных образований белоцерковского комплекса находятся за пределами изучаемой нами территории на Белоцерковском выступе и некоторых других площадях. В пределах северо-западной части впадины их развитие ограничено узкой полосой, простирающейся вдоль северной прибортовой зоны.
Малые субвулканические тела дайкового комплекса пространственно сочетаются с полями развития вулканитов двух дифференцированных комплексов, а во вторичном залегании их проявление локализовано солянокупольными структурами.
Основным объектом наших исследований являются вулканические образования черниговского комплекса. Их геохимическая изученность носит схематический, фрагментарный характер, поэтому систематизация геохимической информации, полученной нами в процессе изучения вулканических пород ДЦВ, является целесообразной и актуальной.
Цель и задачи исследования.
Цель настоящего исследования - индивидуализировать геохимически черниговский комплекс и определить его место в ряду формаций континентального рифтового режима.
В соответствии с этим исследования автора были, в основном, сосредоточены на следующих вопросах: уяснение геохимической специализации исходных базальтов комплекса; изучение поведения элементов-примесей в процессе эволюции магматического расплава, сформировавшего комплекс; сопоставление черниговского комплекса
с эталонной серией умеренной щелочности Воеточно-Африканского рифта; установление геохимических критериев для целей формацион-ного анализа; сравнение характера обогащенности элементами-примесями сопряженных разноформационных базальтовых комплексов Дне-провско-Донецкой впадины; прогнозирование рудной специализации комплекса.
Фактический материал и методика исследований.
Материалом для наших исследований послужил керн опорных, параметрических и поисково-разведочных скважин, бурившихся производственными организациями для изучения геологического строения территории и поисков залежей нефти и газа. Сбор каменного материала для минерало-петрографических, петрохимических и геохимических исследований проводился сотрудниками ИГГГИ АН УССР, в числе которых был автор, в летние периоды 1972-1982 гг.
В основу настоящей работы положены данные петрографических, минералогических, химических, спектральных и др. видов исследований пород, отобранных более чем по 50 скважинам, вскрывшим вулканогенный разрез трахибазальт-трахиандезит-трахилипаритовой формации в северо-западной части впадины. Проведению силикатного и спектральных анализов предшествовало минерало-петрографиче-ское описание шлифов, включающее определение оптических констант минералов на столике Федорова и частично в иммерсионных препаратах. Всего было описано для целей работы более 500 шлифов и просмотрено около 100 иммерсионных препаратов. Силикатный анализ был проведен в 250 образцах, однако вследствие высокой степени замещенности пород удалось использовать результаты 100 анализов.
Спектральные исследования были выполнены в два этапа. На первом этапе в 500 образцах полуколичественным спектральным методом был определен широкий спектр элементов. Второй этап спектроскопических исследований заключался в количественных определе-
- б -
[ниях наиболее распространенных элементов-примесей. Такими элементами, частота встречаемости которых в пробах достигала практически 100%, оказались сидерофильные (никель, кобальт, хром, ванадий) и некоторые литофильные (барий, стронций, цирконий) элементы-примеси.
Всего было получено около 2000 данных о содержании А/і ,Со, ]/, Сг и 2г и 170 о содержании & ъЗг . В 20 пробах спектрофо-тометрическим методом было определено содержание циркония. Сходимость определений содержания циркония различными методами удовлетворительная.
В работе мы использовали результаты количественных спектральных определений содержания элементов-примесей в главных породообразующих минералах базальтов черниговского комплекса, приведенные в работах А.И.Марушкина [88] и А.И.Марушкина, З.М.Ляшке-вич, С.А.Галия [90].
Итого, в нашем распоряжении оказалось более 2200 данных о содержании l\ll ,Со,Cr, V %Zr', 3d. и Sr в породах и минералах изучаемого объекта. Эти данные вместе с результатами химических определений содержания главных породообразующих окислов легли в основу настоящего исследования.
Результаты химических анализов были обработаны по программе "Петрохимические пересчеты", включающей методики А.Н.Заварицкого, CJPW и др. Цифровой материал количественных спектральных определений совместно с данными химических анализов был обработан по программе «3/ОлЛ/, разработанной сотрудниками лаборатории системного анализа ИГТГИ АН УССР В.А.Достойным и Б.И.Смирновым. Программа включает ряд задач, в частности, определение среднего, среднеквадратического отклонения, максимального и минимального значения признака, коэффициента ранговой корреляции по Спирмену. Объединенные выборки содержания петрогенных элементов и элемен-
_ 7 -
ітов-примесей в главных породных группах исследовались "Методом главной компоненты", также входящей в обширную программуSYSAhl. Всего по программам "Петрохимические пересчеты" и SYSAN было обработано до 5000 данных.
Расчеты выполнены в вычислительном центре ИГГІМ АН УССР на ЭВМ EC-I022. Часть специальных задач выполнена непосредственно автором на ЭВМ "Пром1нъ-М".
Научная новизна работы.
Впервые систематизированы данные о содержании элементов-примесей ввулканогенных породах трахибазалът-трахиандезит-трахи-липаритовой формации, имеющей наиболее широкое распространение в пределах региона вообще и северо-западной его части в частности. Прослежено обогащение исходных пород и их дифференциатов, т.е. поведение элементов-приме сей в магматическом процессе. Установлен высокий уровень обогащенности исходных пород ванадием и хромом, а кислых дифференциатов - барием и цирконием. Проанализированы данные о концентрации элементов-примесей во вкрапленниках главных породообразующих минералов и на основании расчетных величин выявлены минералы-носители и концентраторы исследуемой группы элементов. Математически подтверждено, что главным фактором, управляющим поведением не только петрогенных элементов, но и элементов-примесей, является кристаллизационная дифференциация. Получены дополнительные данные (по ряду характерных индикаторных соотношений и величинам содержаний элементов-примесей) о глубинной мантийной природе исходных выплавок.
Практическая ценность работы.
Результаты исследований использованы для целей формационно-го анализа вулканогенных образований девона Днепровско-Донецкой впадины. Установленные площади развития вулканитов трахибазальт-трахиандезит-трахилипаритовой формации, с которыми на глубине
обьгано связаны интрузии, могут быть перспективными в отношении титаномагнетитового, апатитового и редкометального оруденения. Результаты геохимических наблюдений имеют диагностическое значение при сравнении магматических пород различных континентальных структур. Полученная геохимическая информация в гармоничном сочетании с минерале-петрографическими исследованиями использована в рекомендациях (в соавторстве с З.М.Ляшкевич и М.А.Алёхиной) от Института геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР: "Палеовулканологические реконструкции Днепровско-Донецкой впадины и их значение для поисков полезных ископаемых на больших глубинах", "Выделение Тыщенковского штока габбро-диабазов на глубине свыше 5000 м и перспективы нефтегазоносности данной площади", "Девонские палеовулканологические реконструкции и их значение при поисках нефти и газа на больших глубинах". Рекомендации переданы в адрес производственных объединений "Черниговнеф-тегазгеология" и "Укрнефть" (Полтавское УБР), ведущих поисковые и разведочные работы на нефть и газ на территории Днепровско-Донецкой впадины.
Апробация работы.
Затрагиваемые в диссертации положения представлялись на Всесоюзном симпозиуме "Глубинное строение, магматизм и металлогения Тихоокеанских вулканических поясов (Владивосток, 1976 г.); на II Украинском литологическом совещании "Геохимия осадочных пород и прогноз полезных ископаемых (Ивано-Франковск, 1976 г.); на Республиканском совещании "Происхождение нефти и газа и закономерности образования и размещения их залежей (Львов, 1977 г.); на У Симпозиуме по геохимии магматических пород (Москва, 1979 года); на УП Симпозиуме по геохимии магматических пород (Москва, 1981 г.).
Результаты работы изложены в научных отчетах по госбюджет-
(Ным и договорным темам Института. Отдельные вопросы, затронутые в диссертации, освещены в 15 публикациях. Основные защищаемые положения.
Черниговский вулканогенный комплекс относится к трахи-базальт-трахиандезит-трахилипаритовому формационному виду, характерному для рифтовых зон континентов. Это последовательный ряд пород, сформировавшийся в результате кристаллизационной дифференциации исходного базальтового расплава по боуэновскому типу.
Высокое содержание некогерентных элементов (титана, калия, циркония, бария, стронция) и величины характерных индикаторных соотношений {Ni/co, Bj&T^fyf* Vcr >К/ТІ* 2Г/ті) в трахибазальтах черниговского комплекса указывают на глубинную мантийную природу первичных расплавов.
Распределение элементов-примесей определялось поведением петрогенных элементов. По мере увеличения кислотности расплава снижалась концентрация магния, железа, титана, кальция и соответственно элементов семейства железа - никеля, кобальта, хрома и ванадия. Концентрация легкоплавких элементов магматического процесса - алюминия, щелочей, а также некогерентных литоральных - циркония и бария в этом же направлении возрастала.
Поведение элементов-примесей в изучаемой серии базальто-идных дифференциатов сопоставимо с эталонным аналогом - серией умеренной щелочности вулканитов Воеточно-Африканского рифта.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Общий объем ее составляет Ю9 машинописных страниц. Работа иллюстрирована 36 рисунками, 2? табжцами. Список литературы включает Ш наименований советских и зарубежных авторов.
В основу диссертации положены исследования, проведенные со-
искателем во время работы в отделе геологии нефти и газа Института геологии и геохимии горючих ископаемых АН УССР в течение 1972-1984 гг.
Научные руководители: академик АН УССР Г.Н.Доленко и кандидат геол.-мин.наук, ст.н.сотр. З.М.Ляшкевич. Им автор выражает свою самую глубокую благодарность за деловое руководство и постоянное внимание к работе. Автор искренне признателен кандидату геол.-мин.наук, ст.н.сотр. Б.И.Смирнову за ценные советы и консультации, сопровождавшие все этапы выполнения работы. Автор благодарен также коллегам по работе - сотрудникам отдела геологии нефти и газа: И.Д.Гофштейну, О.С.Ступке, Н.И.Галабуде, С.А.Варичеву, В.В.Кравцу, М.А.Алёхиной и другим, дружеская критика, деловые замечания и товарищеская поддержка которых способствовала выполнению этой работы.
Нельзя не отметить многолетнее содействие проводившимся исследованиям со стороны производственных организаций. В связи с этим, автор выражает благодарность сотрудникам ПО "Чернигов-нефтегазгеология" КЛ.Супронюку, Л.П.Кононенко, А.Д.Бритченко, Л.А.Довбушу и др.
Автор благодарит сотрудников лаборатории минеральной химии 0ШІ ИГН АН УССР Ж.М.Шлаен, Г.И.Баранову, Б.П.Гробчак, сотрудников спектральной лаборатории В.Г.Гаевского, Н.И.Рыжкову, сотрудников ВЦ ИГГГИ АН УССР Д.И.Калюжную, С.П.Могыш, выполнявших трудоемкую и квалирцированную работу по аналитическому определению и обработке данных на ЭВМ.
- II -
