Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История изучения и методы исследова ния 9
1.1. Изученность района 9
1.2. Методы полевых и лабораторных исследований 11
Глава 2. Геологический очерк района работ 21
2.1. Стратиграфия 21
2.2. Тектоника и магматизм 44
2.3. Полезные ископаемые терригенной части разреза 52
Глава 3. Текстурно-структурные особенности и минеральный состав псаммитолитов 58
3.1. Песчаные породы среднего девона 59
3.2. Песчаные породы верхнего девона 86
3.2.1. Франский ярус 86
3.2.2. Фаменский ярус 122
Глава 4. Геохимические особенности песчаников 133
4.1. Геохимическая характеристика псаммитолитов 133
4.2. Химизм цемента 162
Глава 5. Геохимическая индикация генезиса песчаных пород 178
5.1. Обстановки осадконакопления 179
5.2. Осадочная дифференциация в бассейне седиментации 211
5.3. Скорости осадконакопления 215
5.4. Характеристика источников сноса 222
5.5. Палеоклиматические условия 229
5.6. Интенсивность выветривания в области палеосуши 238
Заключение 240
Литература
- Методы полевых и лабораторных исследований
- Полезные ископаемые терригенной части разреза
- Песчаные породы верхнего девона
- Осадочная дифференциация в бассейне седиментации
Введение к работе
Актуальность темы. Традиционно геохимические данные активно используются при выявлении разнообразных особенностей минерало-, породо- и рудогенеза магматических и метаморфических пород, однако при изучении осадочных образований подобные материалы привлекаются не часто. Применение геохимических методов при исследовании осадочных пород позволяет выявить неизвестные ранее черты их генезиса и перейти на количественный уровень оценки процессов литогенеза. На основе геохимических данных можно проводить корреляцию отложений, реконструировать некоторые особенности обстановок осадконакопления (палеосоленость, глубину палеобассейна, скорость осадконакопления и др.), особенности палеоклимата и палеотектонического режима, характеризовать процессы осадочной дифференциации в бассейне седиментации, оценить состав пород источников сноса и условия формирования различных полезных ископаемых.
На северо-западе Русской платформы среди отложений палеозоя широким распространением пользуются терригенные комплексы девона, слагающие, так называемое, Главное девонское поле (ГДП). Район является одним из классических областей развития девонских отложений, стоящий на одном уровне с такими хорошо изученными регионами как Шотландия, Уэльс, Аппалачи, Норвегия и о.Шпицберген. С девонскими песчаными отложениями связаны значительные запасы стекольных, формовочных и строительных песков. Кроме того, к данному комплексу отложений приурочены находки алмаза, месторождения и рудопроявления урана, молибдена, редких земель, фосфора, марганца и полиметаллов. Ряд структурно-вещественных особенностей песчаных пород ГДП были охарактеризованы в 40-70-е годы XX Р.Ф.Геккером, Д.В.Обручевым, Л.Б.Рухиным, Э.Ю.Самметом и др., а в 80-90-е - в публикациях А.Б.Ронова и А.А.Мигдисова с соавторами.
Однако, несмотря на длительную историю исследований осадочных отложений Русской платформы, с геохимической и минерЁгенической течки зрения песчаные породы девона к настоящему времени изучены слабо. В связи, с чем в настоящее время можно считать актуальным выявление особенностей минерального и химического состава песчаников и установление геохимических индикаторов литогенеза.
Цель и задачи исследования. В качестве объекта исследования была выбрана восточная часть Главного девонского поля, где песчаные породы наиболее широко развиты. Их литофациальное разнообразие, широкое площадное и стратиграфическое распространение, а также слабая степень эпигенетических изменений позволяет считать
данный район эталонным при характеристике песчаных пород девонского возраста на северо-западе Восточно-Европейской платформы.
Цель работы заключается в установлении особенностей вещественного состава, условий формирования песчаных пород на востоке Главного девонского поля и проведении геохимической индикации их генезиса.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Детально описать и скоррелировать разрезы;
Определить структурно-текстурные особенности псаммитолитов;
Установить особенности минерального и химического состава пород;
Выявить последовательность образования минералов, слагающих цемент песчаников;
Выделить различные структурно-вещественные типы цемента и установить их геохимическую специализацию;
Проследить пространственно-временную изменчивость структурных и вещественных особенностей песчаных пород, определить основные факторы их контроля;
7. Провести реконструкцию условий литогенеза в девонском палеобассейне;
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации легли
результаты тематических исследований на территории востока Главного девонского поля (Псковская, Ленинградская, Новгородская и Вологодская области) проведенных автором в составе "Палеозойской экспедиции" СПбГУ в течение полевых сезонов 1999-2005 гг.. В полевых условиях были описаны опорные разрезы трех структурно-фациальных зон (Псковско-Демянской (ПД), Маловишерской (MB) и Западно-Вологодской (ЗВ)) по рекам Оредеж, Луга, Мета, Плюсса, Ловать, Паша, Оять, Сясь и Свирь, на Андомской горе и в карьерах у посЛечоры и Новинка. Была собрана представительная коллекция образцов песчаных пород (более 1000 шт.); отмыто более 50 шлиховых проб; выполнено более 1500 замеров азимутов падения косой слойчатости.
В камеральных условиях были выполнены следующие виды работ: 1) 19-ти фракционный гранулометрический анализ - 185 образцов; 2) определение карбонатности пород методом растворения - 40 образцов; 3) отмучивание глинистой составляющей песчаников - 55 образца; 4) петрографическое изучение более 300 шлифов; 5) исследование минералогических типов кварца (20 образцов) и глауконита (5 проб); б) полуколичественный спектральный анализ — 600 образцов; 7) рентгено-спектральный силикатный анализ — 30 проб; 8) ультразвуковое выделение глинистого (46 проб) и железистого пленочного цемента (37 проб); 9) с помощью специальной методики
5~
дробления проб проводилось вьщеление карбонатного (45 проб) и кремнистого (5 проб) цемента; 10) рентгенофазовый анализ цемента песчаников - 27 образцов и глин - 17 образцов; 11) дифференциально-термический анализ цемента песчаных пород (5 обр.) и глин (5 обр.); 12) спектральный анализ методом ICP-MS цемента пород - 40 проб; 13) морфоскопические исследования поверхности зерен кварца и различных типов цемента пород с использованием растрового электронного микроскопа; 14) фотодокументация шлифов — 160 шт. Полученные данные обрабатывались с помощью методов математической статистики с использованием программ Excel 9.0. и Statistica 5.0.
В ходе работы были привлечены результаты минералогического исследования 50 шлиховых проб выполненного А.П.Казаком (ВСЕГЕИ). Данные по акцессорным минералам были заимствованы автором из фондовых материалов СЗТГУ (более 800 анализов). В диссертации использованы некоторые материалы группы В.Р.Вербицкого (ВСЕГЕИ) и А.В.Яновского (Петербургская комплексная геологическая экспедиция), выполнявших работы по геологическому доизучению площадей (ГДП-200) и составлению серийных легенд Онежско-Ильменской серии листов.
Научная новизна полученных результатов. Впервые на единой методологической основе собран и обобщен материал по песчаным отложениям среднего и верхнего девона восточной части ГДП.
Определены основные обстановки накопления песчаных пород в девонском палеобассейне на территории ГДП, оценена пространственная и временная изменчивость минерального и химического состава песчаников пяти терригенных уровней разреза.
На основе разработанной автором методики впервые выделены основные минеральные типы цемента песчаных пород и установлена их геохимическая специализация.
"На основе геохимических данных выявлены особенности среды седиментации, (палеосоленость вод, глубина), степень дифференциации материала в бассейне седиментации, скорости осадконакопления, оценены источники сноса, палеоклиматические условия и интенсивность выветривания в области палеосуши девонского палеобассейна.
Практическая значимость работы. Полученные результаты могут: а) способствовать уточнению и детализации местных стратиграфических схем фаунистически слабо охарактеризованных терригенных отложений девона ГДП; б) использоваться при составлении карты прогнозной минерагенической оценки северо-запада Русской платформы, на различные виды полезных ископаемых.
Выявленные структурно-вещественные особенности цемента песчаных пород важны при оценке качества стекольных, формовочных и строительных песков; при выборе методики их отработки и обогащения; при определении качества подземных вод.
Результаты исследований используются в курсах лекций «Геохимия осадочного чехла Русской платформы», «Геохимические индикаторы природных процессов», «Поисковая геохимия» в СПбГУ и РГПУ им. А.И.Герцена.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации докладывались на заседаниях кафедры геохимии и на литологическом семинаре кафедры литологии и морской геологии СПбГУ. Часть материалов была представлена на студенческих научных конференциях геологического факультета СПбГУ (1999-2004 гг.); на международных конференциях «Экологическая геология и рациональное недропользование» (СПб, 2000), «Проблемы литологии, геохимии и рудогенеза осадочного процесса» (Москва, 2000), «Геология в Школе и в ВУЗе» (СПб, 2001), «Терригенные осадочные последовательности Урала и сопредельных территорий» (Екатеринбург, 2002), «Геология и эволюционная география» (СПб, 2004), «Геология, геохимия и экология Северо-Запада России» (СПб, 2005).
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работах (6 статей и б тезисов).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы (169 наименований), содержит 251 страницу текста, 71 рисунок и 20 таблиц, а также приложение (11 таблиц и 41 рисунок).
В первой главе приведены данные об истории исследований отложений ГДП и участках проведения полевых работ. Описаны методы полевых и лабораторных исследований песчаных пород. Во второй главе рассмотрены основные структурно-геологические особенности района, стратиграфия девонских отложений и связанный с ними комплекс полезных ископаемых. Приводятся данные о тектоническом строении региона, основных структурно-формационных комплексах и проявлениях магматизма. В третьей главе описаны текстурно-структурные особенности пород, минеральный состав обломков и цемента, их взаимоотношения и последовательность минералообразования. На основе базовых источников литолого-фациального анализа делаются выводы о генезисе пород.
Четвертая глава посвящена изложению основных материалов по геохимии пород. Приводятся результаты анализа, распределения химических элементов в песчаниках и их цементе в зависимости от минерального состава, возраста, территориального положения и
ч-
фациальной принадлежности отложений. В пятой главе на основе геохимических данных проводится анализ условий осадконакопления в девонском палеобассейне, оценивается глубина, соленость вод, скорость осадконакопления и степень проявления осадочной дифференциации. Описьшается состав пород, климат и условия выветривания в области палеосуши.
Благодарности. Профессор В.Н.Шванов инициировал начало вещественного изучения девонских отложений ГДП. Выполнение этой работы было бы невозможно без всесторонней поддержки со стороны научного руководителя проф. Е.Г.Пановой. Следует поблагодарить проф. В.В.Гавриленко и проф. О.И.Супруненко за ценные советы и содействие в выполнении лабораторных исследований.
Автор сердечно благодарит доцента С.М.Снигиревского (СПбГУ) и М.Ю.Никитина (РГПУ им. А.И.Герцина) совместно с которыми, удалось посетить удаленные и труднодоступные разрезы на востоке Главного девонского поля, а также студентов, которые в разные годы участвовали в полевых работах А.А.Лапшина, В.В.Абросимова, О.М.Богданову, А.В.Кирсанова, И.А.Дмитриева, М.Н.Хорошкееву (СПбГУ); СМХильдина, В.ЕіЛаркова и СВ.Ермохина (РГПУ им.А.И.Герцена).
Глубокую благодарность автор выражает сотрудникам минералогической лаборатории ИГТД Г.В.Платоновой и Л. А.Ивановой за техническую поддержку оказанную в выделении цемента пород, а также начальнику лаборатории пробоподготовки ВСЕГЕИ Н.П.Баландиной за помощь в реализации методики выделении цемента пород. Большое содействие автор получил от АЛЛСазака (ВСЕГЕИ), Л.А.Тимохиной, И.И.Храмцовой, В.А.Кузнецова (СПбГУ).
В разное время автор пользовался консультациями Э.Ю.Саммета (ПКГЭ), А.М.Ахмедова, В.Р.Вербицкого, В.А.Крупеника (ВСЕГЕИ), Г.Н.Гончарова (СПбГУ), которым он выражает глубокую благодарность.
Работа выполнена при поддержке ФЦП «Интеграция», проект МО 241 (1998-2001). Особую признательность автор выражает Ю.СЕнгалычеву за понимание и всестороннюю поддержку полевых и лабораторных исследований.
Защищаемые положения. 1. Песчаные породы восточной части Главного девонского поля сформировались за счет переотложения материала кор выветривания южного склона Балтийского щита и отличаются от среднего состава песчаных пород Русской плиты. Их геохимическая специализация выражается в повышенном содержании БЮг, Zr, Си, что определяется составом пород области палеосуши и особенностями их выветривания. 2. Песчаные породы сформировались в мелководной зоне палеобассейна, тяготеющей к
области сноса, где господствовали разнообразные прибрежно-морские, шельфовые и дельтовые фациальные обстановки, геохимическими показателями которых являются Fe/Mn, Sr/Ba и Ce/Y отношения. 3. В песчаных породах на востоке Главного девонского поля распространены глинистый, железистый, карбонатный и кремнистый цемент, каждый из которых имеет несколько структурно-текстурных и минеральных разновидностей и свою геохимическую специализацию. Минералого-геохимические особенности состава глинистого и железистого (пленочного) цемента позволяют диагностировать скорости седиментации, климатические условия в области палеосуши и изменение относительной палеосолености вод.
Методы полевых и лабораторных исследований
В северо-восточной части Главного девонского поля в пределах Вологодской области на Андомской горе изучен наиболее полный разрез среднефранских отложений. Разрез представлен песчано-глинистыми разностями, находящимися в дислоцированном состоянии. На протяжении пяти километров по берегу Онежского озера тянутся высокие обрывистые склоны, сложенные коренными породами.
На р.Свиръ у г.Подпорожье наблюдаются небольшие коренные выходы отложений франского яруса, представленные пестороцветными песчаниками и глинами.
Коренные выходы отложений верхнего девона по р.Ловатъ, протекающей по территории Новгородской области были исследованы от г.Великие Луки до посЛяховичи. Здесь в самом южном участке работ были охарактеризованы стратиграфические уровни, которые наблюдались в обнажениях по рекам Мета, Сясь, Паша, Оять и на Андомской горе. Обрывы р.Ловать изобилуют коренными выходами пород. В разрезе широко представлены песчаники, мергели, глины и смешанные песчано-алевритовые породы, а также известняки и "рыбные" брекчии. Отложения имеют сложное внутреннее строение, разнообразную стратификацию, пеструю окраску и частые фациальные переходы.
На р.Оятъ на участке от пос.Винницы до посАлеховщина, было описано несколько обнажения верхнедевонских пород значительная часть которых расположена по протокам реки (р.Шамокша, Шокша и др.). В разрезе преимущественное развитие имеют песчаные и песчано-глинистые разности. Наиболее представительные выходы пород выявлены береговых обрывах р.Вилиги у в посАлеховщина. В разрезе широко представлены песчаники, "рыбные" брекчии и глины.
По р.Паша на участке от пос.Шугозеро до посНиколаевщина наблюдается значительное количество коренных выходов. В разрезе широко представлены песчаники, глины, алевролиты, рыбные брекчии, тогда как карбонатные и карбонатно-глинистые породы имеют подчиненное значение. Данный разрез можно считать наиболее типичным для верхнедевонских отложений северо-востока Ленинградской области.
Самым западным участком работ является карьер Печорского месторождения глин у посПечоры в Псковской области. В карьере наблюдаются выходы нижнефранских отложений: серых глин лютинской свиты и светлоокрашенных песчаников и гравелитов ям-тесовской свиты.
В ходе полевых работ проводились детальное послойное описание разрезов, зарисовки, фотодокументация, отбор геохимических проб и образцов. Особое внимание при характеристике разреза уделялось взаимоотношению песчаных пород с алевритами, глинами и карбонатолитами.
Большое внимание уделялось анализу текстур песчаных пород, которые несут важную информацию о динамике среды осадконакопления и характере постседиментационных преобразований. Путем замеров элементов залегания слойков в косослоистых сериях определялось положение их в пространстве. По известной методике (Ботвинкина, 1962, 1965; Шванов, 1969; Рухин, 1962; Кутырев, 1968) было выполнено более 1500 замеров.
Корреляция соседних обнажений проводилась на основе комплекса литологических данных (состав и стратификация отложений, текстурно-структурные особенности пород, окраска, органические остатки и др.). Геохимическое опробование проводилось таким образом, чтобы иметь возможность оценить дисперсию состава пород, в связи, с чем пласты мощностью более 50 см опробовались в трех точках - в основании, в средней и верхней частях.
Из крупных песчаных пластов, прослеживаемых на значительные расстояния, отбирались стандартные шлиховые пробы (20 литров), обогащение которых проводилось в полевых условиях. При описании ряда разрезов (Андомская гора, р.Мста и Ловать) в качестве дополнительной характеристики пород проводилось определение их радиоактивности.
В ходе лабораторных исследований для выяснения минерального состава пород, взаимоотношения зерен с цемента и обломков, морфологии обломочных зерен и других признаков псаммитолитов проводилось рассмотрение и описание пород под бинокулярном.
По результатам массовых замеров азимутов падения косых слойков была построена общая карта направления паолеотечений в палеобассейне. Достаточно равномерное распределение замеров по площади и их количество позволяет не только сравнивать их между собой, но и определяет главные тенденции переноса обломочного материала.
Структура является одной из важнейших характеристик обломочных пород, поэтому ее анализу было уделено большое внимание. Исследование структурных особенностей песчаных пород проводились с использованием гранулометрического анализа на 19 сит. Всего было проанализировано 180 проб песчаных пород по стандартной схеме (Шванов, 1969; Методы палеогеографических .., 1984). Навеска 50-100 г размачивалась в воде, при необходимости растиралась резиновым пестиком (для удаления агрегатов); цемент плотно сцементированных образцов удалялся слабым раствором уксусной кислоты; отмучивались частицы размером менее 0,01 мм; остаток высушивался, взвешивался и далее рассеивался на ситах; по полученным данным строились кривые распределения обломочного материала по размерным фракциям.
Полученные по результатам анализа эмпирические распределения зерен по размеру содержат полную информацию о гранулометрическом составе образца. Поэтому они были взяты за основу при интерпретации генезиса отложений. Выявление динамических типов песков проводилось по методике, разработанной Б.Н.Котельниковым (1989), основанной на анализе эмпирических полигонов распределения (ЭПР).
Петрографические исследования шлифов проводились под поляризационным микроскопом. Определялось взаимоотношение обломочных зерен и цемента, их доля в составе пород, минеральный состав, форма зерен, сферичность, окатанность, взаимоотношение различных типов цемента и их признаков (микротекстура, агрегация, последовательность минералообразования и др.). Проводилась фотодокументация шлифов (в фотолаборатории каф. минералогии СПбГУ, при содействии В.А.Кузнецова).
Минералогические исследования проводились как для легкой, так и для тяжелой фракции пород. Первоначально проводилось разделение проб в тяжелых жидкостях на легкую и тяжелую составляющие. В дальнейшем минералы тяжелой фракции разделяли (с помощью электромагнита) на три фракции (магнитную, не магнитную и электромагнитную), последнюю из которых делили на три. Анализ выделенных минералов тяжелой фракции проводился А.П.Казаком (ВСЕГЕИ).
Из легкой фракции под бинокуляром извлекался кварц. Так как он является основным породообразующим минералом песчаных пород, особое внимание было уделено его типоморфизму. Для выявления характерных черт поверхности кварцевых зерен проводился морфоскопический анализ зерен с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ). Из образцов, путем ситования, была выделена узкая размерная фракция 0,25-0,315 мм, из которой отбирались зерна кварца. Для удаления широко развитых железистых и глинистых пленок с поверхности частиц зерна были обработаны раствором (0,1 н) соляной кислоты. В итоге были изготовлены препараты, содержащие по 10-15 зерен кварца на каждый образец песчаника, которые были изучены с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Полезные ископаемые терригенной части разреза
Староизборская свита (D3 si) разделяется на три подсвиты, каждой из которых отвечают свои субрегиональные стратиграфические подразделения, традиционно используемые в геологической практике начиная с работ Р.Ф.Геккера (Геккер и др., 1932, 1935). Так нижняя подсвита объединяет псковские и чудовские слои, средняя -дубниковские, а верхняя - порховские.
Нижняя подсвита представлена преимущественно доломитизированными известняками (брахиоподовыми, криноидно-брахиоподовыми и строматопоро-онколитовыми) и доломитами с обильной фауной, в отдельных прослоях наблюдаются значительные скопления строматопоро-водорослевых желваков.. В основании слоев залегают органогенные известняки, ракушечники и конгломераты с прослоями глин, а в верхней части глины и мергели, реже песчаники. В верхней части подсвиты преобладают, главным образом, органогенные и органогенно-детритовые известняки или доломиты. В восточных районах в составе подсвиты существенную роль играют пестроокрашенные глины, мергели, реже известняки. Мощность подсвиты в среднем составляет 60 м.
Средняя подсвита. Контакт с нижележащими отложениями резкий, со следами размыва. Подсвита представлена ритмично построенной толщей песчано-глинистых, известняково-доломитовых, сульфатно-карбонатных и глинисто-карбонатных отложений. Слои содержат угнетенный, преимущественно, эвригалинный комплекс фауны. В наиболее полных разрезах близ г.Порхов в составе слоев присутствуют пласты слоистого гипса, послойные пропластки селенита и землистых доломитов. В северо-восточном направлении породы замещаются мергелями и глинами. Мощность горизонта колеблется от 1,5 до 16 м.
Верхняя подсвита. Как верхняя, так и нижняя границы свиты резкие и хорошо выражены. Ритмичное строение обусловлено переслаиванием: а) конгломератов или органогенно-обломочных известняков со скоплениями детрита морской фауны; б) органогенных известняков со скоплениями остатков фауны и флоры; в) органогенных или органогенно-детритовых известняков; г) микрослоистых, преимущественно хемогенных, известняков с редкими остатками водорослей и ходами роющих организмов. Мощность подсвиты составляет, в среднем 6 м.
Рдейская свита (D3 rd). Нижняя подсвита. Отложения с размывом, залегают на верхах староизборской свиты и в их основании прослеживается гравелит или конгломерат. Широко развиты органогенные известняки (часто ракушечники) со скоплениями брахиопод и двустворок. В верхней части разреза доминируют глины с редкими прослойками слюдистых полевошпат-кварцевых тонкозернистых песчаников.
Подсвита отвечает времени максимального распространения среднефранской трансгрессии и образует полный трансгрессивный ритм. Мощность отложений в среднем составляет 14 м.
Верхняя подсвита. На востоке и северо-востоке ПД зоны подсвита сложена пестроцветными глинами, алевролитами и песчаниками со скудными остатками морских организмов и разнообразным комплексом прибрежно-морских солоноватоводных и пресноводных форм. Вверх по разрезу прослеживается уменьшение доли нормально-морских отложений и рост интенсивности литофациальной изменчивости отложений. Отложения данной подсвиты отвечают регрессии палеобассейна.
В стратотипическом разрезе (на Ильменском глинте) отложения представлены толщей ритмично переслаивающихся пестроцветных глинистых песчаников и алевритистых микрослоистых глин. В толще прослеживаются прослои известняков-ракушечников, зеленоватых кварцевых слюдистых песчаников и редкие прослойки гравелитов. На юго-востоке преобладают пестроцветные глины и глинистые органогенные известняки, содержащие обильные остатки морской фауны. Общая мощность свиты в среднем 18 м.
Бурегская свита фз br) сложена известняками-ракушняками, известняками и доломитами с прослоями мергелей, алевролитов и песчаников. В основании залегает сильно ожелезненный косослоистый песчанистый брахиоподовый известняк-ракушняк. В средней части разреза находятся слабо глинистые доломитизированные известняки, залегающие на бугристой поверхности ракушняка, покрытой коркой гематита. Верхняя часть свиты сложена неравномерно доломитизированными комковатыми, крупноплитчатыми известняками с текстурой взмучивания, на отдельных уровнях пререполнеными ходами роющих организмов. Мощность свиты в среднем 6 м.
Верхний подъярус Онежский горизонт
Снежская свита (D3 sz) по литологическим признакам подразделяется на две подсвиты: нижнюю (мощность 33 м) и верхнюю (мощность 28 м). Нижняя подсвита представлена переслаиванием глин и песчаников, встречаются редкие прослои мергелей и известняков. Верхняя подсвита представлена переслаиванием глин и алевролитов, реже встречаются слои песчаников.
Алевриты, пески и песчаники, как правило, красноцветные косослойчатые. Разрез свиты характеризуется общей регрессивной направленностью. В верхней ее части выделяется характерная пачка глин мощностью до 10-15 м, окрашенных в тусклые серовато-бурые тона с многочисленными охристо-серыми и фиолетовыми пятнами. Органические остатки представлены панцирными и кистеперыми рыбами, остракодами, беззамковыми брахиоподами, редкими конхостраками и стигмариями водорослей.
В средней части разреза в обнажениях на р.Ловать и Пола (у пос.Ожедово, Рахлицы, Старая Переса, Дроздино) прослеживается пачка серовато-оурых с охристыми и фиолетовыми пятнами мергелистых глин, местами содержащая включения и линзы мощностью до 0,5 м черного-порошкообразного вещества, несущего признаки редкометального оруденения (Mn, Mo, V, Pb, Со, Ag). Мощность свиты до 69 м.
Воронежский и евлановский горизонты
Приловатская свита фз рг) представлена чередующимися песками и глинами с прослоями алевритов, песчаников и иногда - мергелей. Отложения, как правило, красноцветные, характеризуются субпараллельной и косой слоистостью. Характерным отличием свиты является преобладание песчаников и алевролитов над глинами, большая часть которых сильно песчанистая. Песчаники пестро окрашены в сиреневые, оранжевые, красные и коричневые, реже белые и серые цвета. Пески кварцевые мелко- и тонкозернистые, слабо слюдистые, часто алевритистые, с горизонтальной и косой слойчатостью. Прослои средне- и крупнозернистых песчаников сцементированы известково-глинистым или железито-известктвым цементом. Глины имеют яркую окраску, песчанистые, часто известковистые. Вверх по разрезу увеличивается карбонатность глин, местами они переходят в мергели. Породы содержат остатки ихтиофауны, остатки харовых водорослей и остракод. Мощность свиты в среднем 45 м.
Смотинско-ловатская свита (D3 si) развита на юго-востоке ГДП и сложена известняками и доломитами. Редко встречаются прослои мергелей, карбонатных глин, алевролитов и тонкозернистых, светлых алевритовых песчаников. Алевритовые песчаники имеют карбонатный цемент. Мощность свиты составляет 11м.
Песчаные породы верхнего девона
Железистый (пленочный) цемент встречается в породах повсеместно, наиболее полно развит в разрезах на р.Оредеж. Здесь на обломочных зернах наблюдаются рубашки (мощностью 0,015-0,016 мм). Пленки заполняют все каверны и полости на поверхности зерен. На некоторых участках цемент приобретает хлопьевидный характер и заполняет углубления на зернах и каверны. На западе территории железистый цемент менее развит и породы имеют светлые, желтоватые оттенки цвета. Железистые пленки на зернах проявлены незначительно. Для песчаников важинской свиты на р.Сясь железистый пленочный цемент также не типичен и встречается в породах спорадически. Для лютинской свиты вообще характерно его отсутствие. В песчаниках ям-тесовской свиты присутствует пленочный и закрыто-поровый железистый цемент.
Карбонатный цемент присутствует в песчаниках незначительно и составляет по результатам растворения песчаных пород в пос.Печоры первые проценты в среднем 2 вес.% (1,2-2,4 %) на р.Сясь в тонкозернистых песчаниках присутствуют слаборазвитые журавчики. Цемент кальцитовый, базальный, пойкилитовый, неравномерный.
Доломитовый цемент обнаруженый в красноцветных песчаниках ям-тесовской свиты на р.Оредеж и представлен мелкими ромбоэдерами, развитыми поверх железистых пленок на зернах, остатках рыб. Характер их выделений и соотношение с другими типами цемента свидетельствует об их поздней эпигенетической природе.
Среднефранские песчаные породы
В распределении отложений среднефранского этапа развития девонского палеобассейна отчетливо проявлена фациальная зональность наглядно проиллюстрированная на профиле через восток ГДП (Геккер и др., 1932) (рис. 6). Песчаные и алевро(глинисто)-песчаные разности пород развиты только в MB и ЗВ зонах, тогда как в ПД зоне распространены карбонатные и глинисто-карбонатные породы. Нашими исследованиями затронута сясинская, маловишерская (MB зона), курозерская и каровская свиты (ЗВ зона) (рис. 4). Анализ мощностей отложений показывает, что в MB зоне значительно увеличивается объем отложений по сравнению ПД зоной. Песчаные отложения MB зоны исследованы нами в нескольких пересечениях по р.Сясь, Паша, Оять, что делает материал достаточно представительным. При характеристике минерального состава легкой и тяжелой фракции песчаников нами привлекались фондовые материалы.
Текстуры пород. Седиментационные текстуры представлены достаточно широко и развиты в пределах Маловишерской и Западно-Вологодской зон. Наибольшее их разнообразие установлено в разрезе Андомской горы.
Из текстур присутствует: разномасштабная косая слойчастость (чаще однонапраленная), встречается косвенная, реже клиновидная. Мощность серий обычно составляет около 30-40 см, но может достигать 1,5 м. Присутствует мульдообразная и горизонтальная слоистость.
В породах на некоторых уровнях получили развитие такие мелководные текстуры как рябь, флазерная слоистость, мелкая косая (косоволнистая) слойчастость. В пределах ЗВ в породах развиты рыбные брекчии, которым также свойственны мелководные текстуры (Енгалычев, Никитин, 2001; Панова, Енгальиев, Никитин, 2003). В них, кроме остатков рыб, встречаются глинистые комки и гальки, окатанные обломки песчаников.
В алевритистых тонкозернистых песчаниках Андомской горы были установлены биогенные текстуры: U-образные норки Corophioides Smith., ходы червей (Енгалычев, 2003). Породы с текстурами биотурбации слагают в разрезе прослои мощностью 5-10 см, находящиеся в тесной ассоциации с костеностными прослоями (рыбными брекчиями). Породы имеют массивный или комковатый облик и сложены беспорядочно ориентированными, прижатыми друг к другу шнуровидными валиками (с!=2,5-4мм). Наиболее сильно преобразованные породы приобретают беспорядочную, комковатую, неориентированную текстуру, в которой иногда можно наблюдать сдавленные, пережатые шнуровидные валики и вертикальные, реже - U-образные ходы-норки.
Постседиментационные текстуры проявлены макроскопически в виде цементации алевропесчаных пород. Цементация чаще всего пластовая, реже — очаговая в виде обособленных участков (журавчики).
Эпигенетические текстуры типа колец Лизеганга наблюдаются в проницаемых толщах алевропесчаных пород, и приурочены к их контактам с глинистыми прослоями, но в целом не встречаются редко. Наиболее широкое развитие такие эпигенетические текстуры получили в отложениях Андомской горы. Это можно объяснить усложнением миграции природных вод, на стадии ледникового промораживания, которому подвергались породы. В зонах дислокаций можно наблюдать проявления позднего окрашивания и перераспределения гидроокислов железа.
Структуры пород. Окатанность обломочных частиц слабая, реже - средняя. В породах из ЗВ зоны может присутствовать значительное количество остроугольных зерен.
Песчаники сясинской свиты сильно глинистые и слюдистые, преимущественно мелко-тонкозернистые (рис. 20). Модальные значения гранулометрического спектра тяготеют к тонкозернистой области (прил., рис. 5). Распределение крайне слабо сортированное, на кривой наблюдается дефицит частиц во фракции 0,063-0,08 мм, что позволяет выделить две группы фракций: очень тонкозернистая - 0,05-0,063 мм (24 вес.%) и тонко-мелкозернистая 0,08-0,16 мм мода (до 22 вес.%). Последняя ветвь распределения имеет зубчатый двухвершинный контур. Такие донные песчаники формировались за счет переработки аллювиальных отложений в морских условиях. В целом, песчаники сясинской свиты тонкозернистые, реже - мелко-тонкозернистые.
Подобные тонкозернистые алевритистые песчаники были встречены в обнажениях по р.Кересть у пос.Чудово. В их составе велика доля глинистого (26,5 вес.%) и алевритового (18,9 вес.%) материала, близки и их гранулометрические спектры. Такие песчанистые алевриты, вероятнее всего, формировались в зоне слабой волновой переработки на мелководье, в поле действия постоянных слабых течений, преимущественно в заливах и бухтах. Это хорошо согласуется с данными по замещающим их мелководных карбонатным отложениям.
По данным гранулометрических исследований песчаных пород маловишерской свиты, отобранных из разных частей MB зоны, они обладают значительным сходством; песчаники преимущественно мелкозернистые, реже тонкозернистые (рис. 20).
Песчаники с р.Паши в целом хорошо сортированы и в модальной фракции концентрируется до 50% массы распределения. Песчаники имеют одну основную моду, на фоне которой иногда появляется дополнительное субраспределение (или распределения) составляющее менее 3%. Во всех образцах наблюдается резкий дефицит частиц тонкой размерности. Доля алеврита в породах маловишерской свиты разреза р.Паша составляет в среднем 1,6 вес.% (от 0,3 до 2,6 вес.%). Выделяются несколько групп распределений (прил., рис. 6).
Осадочная дифференциация в бассейне седиментации
Кремнистый цемент в породах редок и выявлен только в единичных образцах из любытинской свиты с р.Мста. Под растровым электронным микроскопом в нем видны четкие грани регенерированного кварца (рис. 28).
Среднефаменские песчаные породы Песчаные породы присутствуют в разрезе биловской и льнянской свит по р.Мста, образуя отдельные маломощные прослои.
Текстуры пород. Для свит в целом характерно незначительное разнообразие слоистости. Преобладают текстуры характерные для слабо динамических условий седиментации: горизонтальная слоистость, мелкая (мощностью 5-7 см) косая слойчатость, реже среднего масштаба. Слойки подчеркнуты чешуйками слюды и скоплением в основании слойков коричневого глинистого материала и темноцветных минералов. Здесь же присутствуют текстуры вдавливания материала в рыхлый осадок.
Структуры пород. В целом песчаники изученных свит мелко-тонкозернистые (рис. 26), зерна слабо окатанные, часто угловатые
Как показали результаты гранулометрических исследований, в песчаных породах биловской свиты можно выделить два типа распределений (прил., рис. 13).
Тип 1, объединяет одновершинные (фр. 0,08-0,1 мм) хорошо сортированные (до 60 вес.%) кривые. Такие породы могли формироваться в зоне слабой волновой переработки прибрежно-морской части морского бассейна.
Тип 2. Распределение двухвершинное, главная мода находится во фракции 0,16-0,2 мм и составляет около 36-45 %, а вторая - во фракции 0,25-0,315 мм и составляет около 10-20 % всего спектра. Намечается дефицит частиц во фракции 0,2-0,25 мм, разделяющий две группы зерен. Такие песчаники интерпретируются как пляжевые образования.
Количество алевритового материала в песчаных разностях различно: в тонкозернистых разностях оно составляет около 7-8, а в мелкозернистых около 0,2-0,3 вес.%.
В разрезе свиты по р.Мста присутствуют песчанистые конгломераты, состоящие из галек мергелей (часто алевритовых) и обломков рыб, находящихся в алевропесчаном матриксе, при соотношении матрикса и обломков 3:2. Все обломки мергелей сдавлены. Доля обломков рыб в породах может достигать 40 вес.%.
В целом песчаники льнянской свиты мелко-тонкозернистые, преобладают тонкозернистые (рис. 27), доля алевритового материала невелика (от 3 до 5,9 вес.%). Гранулометрические исследования показали, что основная мода сосредоточена в размерном интервале 0,08-0,16 мм (прил., рис. 13). В образцах присутствует незначительный максимум во фракции 0,05-0,063 мм, составляет 3-2 % и отвечает за присутствие тонкозернистых частиц, переносимых во взвеси. Можно выделить две разновидности песчаных пород. Первая соответствует очень слабо сортированным (в моде до 25 %) песчаникам с положительной асимметрией, которая ограничена со стороны крупнозернистых фракций. Вторая разновидность песчаников напоминает биловские и представлена хорошо сортированными (до 48%) разностями с модой во фракции 0,08-0,1 мм. Они могли сформироваться за счет длительного переотложения первой разновидности в прибрежно-морских условиях. Такие песчаники образовались в прибрежно-морской обстановке, в зоне слабой волновой переработки осадков донными течениями.
Минеральный состав обломочной части пород. На диаграмме «кварц-полевой шпат-обломки пород» песчаные породы биловской и льнянской свиты занимают поле вытянутое вдоль оси «кварц-полевой шпат» и ограниченное незначительным количеством обломков пород (рис. 21). Точки располагаются преимущественно в полях олигимиктовых и мезимиктовых песчаных пород. Интересно отметить, что породы биловской и любытинской свиты, являются более кварцевыми по отношению к породам льнянской свиты, что фиксируется в смещении их поля в сторону кварцевой вершины диаграммы.
На диаграмме в координатах «кварц-полевой шпат-слюда» заметно, что точки пород занимают широкое поле, вытянутое по линии «кварц-слюда», что свидетельствует о разнообразии состава, связанного в основном с колебанием доли слюд (рис. 27). Однако, основная часть точек расположена около кварцевой вершине диаграммы.
В составе легкой фракции пород льнянской свиты присутствует кварц 79 (75-90 %), полевой шпат 18,2% (10-23%), слюда может достигать 13-20% (Музыченко, 1953). В составе биловской свиты кроме кварца (82-93%) и полевого шпата (5-13%) часто присутствует слюда.
Присутствующие в составе свит обломки пород, представлены преимущественно алевритами, глинистыми алевритами и мергелями. Постседиментационные изменения обломочного материала льнянской и биловской свит, сходны и проявлены в пелитизации калиевого полевого шпата, регенерации зерен полевых пшатов и кварца. Сильнее регенерация проявлена на зернах кварца. При значительном развитии процессов регенерации, новообразованные каемки срастаются, что приводит к окварцеванию всего песчаника и образованию в породах открыто-порового цемента.
Рассмотрение минералогических типов кварца в породах биловской свиты показало преобладание прозрачного кварца без включений, незначительное количество кварца с включениями (большого и маленького размера) и полупрозрачного кварца. состав свит имеет значительное сходство, что свидетельствует о единстве источника сноса и близости условий транспортировки в бассейнах седиментации среднего фамена ПД зоны.
В тяжелой фракции песчаных пород льнянской свиты содержатся рудные минералы (вес.%) - 44 (25-65,5), гранат 13,9 вес.% (1,7-32), циркон 6,1 вес.% (3-10,2), рутил 4,1 вес.% (2-5,6), турмалин 1,1 вес.% (0,3-2,5), эпидот 5,4 вес.% (0,5-7), дистен 2,3 вес.% (0-6), ставролит 3 вес.% (0,1-11) (Музыченко, 1953).
Минеральный состав и структурно-вещественные типы цемента песчаных пород. Цемент псаммитолитов разнообразный: глинистый, железистый, кальцитовый, доломитовый, реже кремнистый.
Глинистый цемент обычно концентрируется в прослойках со слюдой и широкое развитие получает в алевритовых разностях. По результатам РФА глинистое вещество изученных свит сходно по составу и представлено иллитом 56 об.%, каолинитом 34 об.%, реже монтмориллонитом 1,5 об.% и хлоритом 1,2 об.%. В глинах изредка диагностируется гипс - 3,5 об.%, и кальцит 5-6 об.%. Полученные результаты хорошо соотносятся с средним составом глин Русской плиты, согласно которым в глинах фаменского возраста присутствуют иллит (30 об.%), каолинит (10 об.%) и монтмориллонит (10 об.%), и также встречаются карбонаты (кальцит 5 об.% и доломит 11 об.%) (Ронов, Мигдисов, Хане, 1990).
В породах широко развит железистый цемент пленочного типа, реже распространен базальный, по структуре неравномерный. Железистое вещество окрашено в светло-желтый или темно-коричневый (до черного) цвет и обычно встречается совместно с глинистым цементом.
Карбонатный цемент в породах неравномерный от закрыто-порового (замкнутого) до базального пойкилитового. Наиболее часто он встречается в породах биловской свиты. На зернах, находящихся в цементе, хорошо видны тонкие железистые пленки и примазки железистого вещества, захваченные при кристаллизации.
