Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История изученности 10
Глава 2. Краткий очерк геологическаого строения 16
2.1. Стратиграфия 16
2.1.1. Палеозойская эратема 16
2.1.2. Мезозойская эратема 25
2.1.2. Кайнозойская эратема 25
2.2. Тектоника 26
Глава 3. Методика работ 29
3.1. Методика фациальных построений 29
3.2. Аналитические исследования 37
3.3. Методика построения карт терригенно-минералогических провинций 40
Глава 4. Фациальная характеристика эйфельских, живетских и нижнефранских отложений 42
4.1. Фациальные обстановки мосоловского времени 42
4.2. Фациальные обстановки воробьевского времени 50
4.3. Фациальные обстановки ардатовского времени 57
4.4. Фациальные обстановки муллинского времени 63
4.5. Фациальные обстановки ястребовского времени 68
4.6. Фациальные обстановки чаплыгинского времени 86
Глава 5. Минеральный состав и распределение глинистых минералов 95
5.1. Характеристика минерального состава глин 95
5.2. Распределение глинистых минералов 106
Глава 6. Акцессорные минералы обломочных пород 114
6.1. Общая характеристика акцессорных минералов 114
6.2. Влияние фациальных обстановок и источников сноса на распределение акцессорных минералов 126
6.3. Терригенно-минералогические провинции и характерные для них ассоциации минералов тяжелой фракции 131
6.3.1. Терригенно-минералогические провинции мосоловского времени 131
6.3.2. Терригенно-минералогические провинции живетского времени 136
6.3.3. Терригенно-минералогические провинции раннефранского времени 142
Заключение 148
Список литературы 151
- Палеозойская эратема
- Фациальные обстановки воробьевского времени
- Распределение глинистых минералов
- Терригенно-минералогические провинции раннефранского времени
Введение к работе
Актуальность темы исследования. За два столетия несколькими поколениями геологов проделана огромная работа по изучению осадочных и вулканогенно-осадочных пород девона, накоплен значительный материал по литологии, стратиграфии и тектонике Воронежской антеклизы. На настоящее время построены литолого-фациальные карты исследуемой территории масштаба 1:500 000, на которых выделено крайне ограниченное количество фациальных зон. Но в последние десятилетия появились новые фактические данные, возможности использования различных видов прецизионных анализов и компьютерных технологий. Поэтому назрела необходимость составления новых фациальных карт, более крупного масштаба, для пересмотра и уточнения представлений о литологии, минеральном составе и генезисе рассматриваемых отложений, а также создания прогностической основы для поисков в них полезных ископаемых и выявления вторичных ореолов рассеяния коренных месторождений в кристаллическом фундаменте. Вс это и определило постановку представляемой диссертационной работы.
Степень разработанности темы исследования. При составлении литолого-фациальных карт автор опирался на труды таких ученых как: Г.Ф, Крашенинникова, Д.В. Наливкина, В.И. Попова, М.С. Дюфура, В.Н. Староверова, Э. Хэллема. Коллективом авторов во главе с А.Д. Савко были составлены литолого-фациальные карты масштаба 1:500 000 для всех подразделений девона. Состав глинистых отложений фанерозоя рассмотрен в монографических трудах А.Д. Савко. Акцессорные минералы терригенных пород девона изучались Н.П. Хожаиновым и А.А. Жуковским.
Однако, несмотря на длительную историю изучения девонских отложений, многие вопросы детального изучения вещественного состава, особенно прецизионными методами, остались неосвещенными. А эти знания не только необходимы для выявления особенностей генезиса пород, но и для составления среднемасштабных фациальных карт как основы для прогноза в изучаемых отложениях различных видов минерального сырья.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы является
детальное изучение вещественного состава и построение
среднемасштабных (1:200 000) литолого-фациальных карт эйфельских, живетских и нижнефранских отложений юго-востока Воронежской антеклизы для создания прогностической основы поисков осадочных полезных ископаемых. В соответствии с этой целью были определены следующие задачи:
-
Изучить фондовые и опубликованные материалы по теме диссертации;
-
Провести полевые работы по изучению осадочных и вулканогенно-осадочных пород девона юго-восточного склона Воронежской антеклизы;
-
Дать литологическую характеристику основных типов девонских пород юго-восточного склона Воронежской антеклизы;
-
Составить литолого-фациальные карты для мосоловского, воробьевского, ардатовского, муллинского, ястребовского и чаплыгинского времени девонского периода рассматриваемой территории;
-
Установить состав и распределение глинистых минералов по разрезу и площади в рассматриваемых отложениях и их эволюцию во времени;
-
Изучить обломочные породы традиционными и прецизионными методами;
-
Выявить распределение ассоциаций тяжелых минералов по разрезу и площади в отложениях девона юго-востока Воронежской антеклизы;
-
Дать прогноз на поиски полезных ископаемых в рассматриваемых отложениях.
Научная новизна:
-
Впервые для исследуемой территории составлены 6 литолого-фациальных карт масштаба 1:200 000 основных стратиграфических подразделений девона. Их анализ показал разнообразие переходных, прибрежно- и мелководно-морских обстановок терригенного осадконакопления в эйфельское, живетское и раннефранское время;
-
С использованием прецизионных и полуколичественных методов для живетских и нижнефранских глинистых пород установлены три ассоциации глинистых минералов, расположенные по мере удаления от источников сноса: 1 – практически мономинеральная каолинитовая, 2 – иллит-каолинитовая, 3 – каолинит-иллитовая. Составлены схемы распространения этих ассоциаций, показывающих их формирование за счет размыва кор выветривания на породах кристаллического фундамента;
-
Впервые выделены терригенно-минералогические провинции акцессорных минералов пород каждого горизонта, выявлены источники сноса, представленные магматитами и метаморфитами докембрия и вулканитами ястребовского горизонта. Состав каждой из провинций определялся положением источников сноса во время е формирования и, в меньшей степени, гранулометрией вмещающих акцессории кластитов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Составленные фациальные карты и данные минералогических анализов будут использованы при проведении геолого-съемочных работ на исследуемой территории, а также, на основе этих карт, при их дальнейшей доработке с учетом ряда факторов, может быть создана прогностическая основа для поисков полезных ископаемых в рассматриваемых отложениях.
Методология и методы исследования. При изучении терригенных пород был использован комплекс методов. Материалы для диссертации были собраны автором в 2011–2016 годах. В полевой этап изучался и
опробовался керн скважин, пробуренных при проведении геологосъемочных работ масштаба 1:50 000 и 1:200 000. Также были описаны и опробованы разрезы, представленные искусственными выработками (Шкурлатовский карьер и карьер «Тихий Дон»).
В ходе диссертационной работы основным картографическим методом
исследования был литолого-фациальный анализ. В результате изучения
каменного материала и на основании описания скважин выделялись
литогенетические типы отложений, использованные при построении
фациальных карт. В зависимости от решаемых задач, основными методами
исследования вещественного состава являлись: минеральный анализ
акцессориев, рентгеновская дифрактометрия, электронно-
микроскопический, микрозондовый, спектральный анализы.
Положения, выносимые на защиту:
-
Для девонских отложений мосоловского, воробьевского, ардатовского, муллинского, ястребовского и чаплыгинского времени юго-востока Воронежской антеклизы выделены континентально-морские (переходные), прибрежно- и мелководно-морские группы фаций, сменяющие друг друга с юго-запада на северо-восток. Установлен трансгрессивно-регрессивный тип строения отложений эйфельского, живетского и раннефранского этапов.
-
При формировании живетских и нижнефранских отложений пелитовый материал в бассейны седиментации поставлялся преимущественно из каолиновых кор выветривания на породах кристаллического фундамента. Установлены три ассоциации глинистых минералов, расположенные по мере удаления от источников сноса: 1 – практически мономинеральная каолинитовая, 2 – иллит-каолинитовая, 3 – каолинит-иллитовая.
-
Исследование акцессорных минералов из образований среднего и низов верхнего девона позволило выделить Павловскую, Бобровскую и Елань-Коленовскую терригенно-минералогические провинции в эйфельских и живетских отложениях, Павловскую и Елань-Коленовскую в нижнефранских. Минеральный состав каждой из них определялся особенностями состава источников сноса и фациальными условиями формирования отложений.
Степень достоверности результатов исследования определяется
значительными объемами использованной фондовой литературы,
изученного кернового материала и выполненных аналитических работ.
В основу работы положен, как собственный материал, отобранный при личном участии автора, так и многочисленные фондовые материалы по описанию скважин из 23 различных производственных и научных отчетов. В процессе проведения работ опробован керн более 40 скважин, детально изучены стенки двух карьеров, вскрывших девонские отложения на
рассматриваемой территории. Выполнено и изучено свыше 120
дифрактограмм глинистой фракции, 50 электронно-микроскопических
снимков по 50 различным образцам, сделано 25 и обработано более 300
полуколичественных спектральных, 213 минералогических, 60
микрозондовых анализов.
Морфология глинистых частиц изучалась на растровом электронном микроскопе JEOL 6380 LV c микроанализатором INCA ENERGY в центре коллективного пользования ВГУ. Там же осуществлялась рентгеновская съемка при помощи дифрактометра Empyrean B.V. PANalytical. Полный спектральный анализ на 40 элементов проводился в Бронницкой геолого-геохемической экспедиции ФГУП «ИМГРЭ» на спектрографе ДФС–458С.
Апробация результатов исследования. Материалы диссертации были
представлены на следующих научных конференциях: Диагностика
вулканогенных продуктов в осадочных толщах (Российское совещание с
международным участием, Сыктывкар, 2012); Актуальные проблемы
геологии, прогноза, поисков и оценки месторождений твердых полезных
ископаемых (международная научно-практическая конференция,
Симферополь–Судак, 2012); Осадочные бассейны, седиментационные и
постседиментационные процессы в геологической истории (VII
Всероссийское литологическое совещание, Новосибирск, 2013); Эволюция
осадочных процессов в истории Земли (8 Всероссийское литологическое
совещание, Москва, 2015); Актуальные проблемы динамической геологии
при исследовании платформенных областей (Всероссийская научная
конференция, Москва, 2016). Кроме того, отдельные материалы настоящей
работы докладывались на ежегодных научных конференциях
геологического факультета и НИИ Геологии ВГУ в 2011–2017 годах. Материалы диссертации опубликованы в 17 научных работах, в том числе 11 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие на
всех этапах комплексной работы – от документации скважин, отбора и
подготовки образцов на различные виды исследований до интерпретации
результатов и картографических построений. Им проведен сбор и
систематизация существующей литологической информации, а также
результатов лабораторных исследований по отложениям девона
исследуемой территории. Все исследования глин и акцессорных минералов тяжелой фракции были проведены автором лично.
Объем и структура работы. Диссертация, общим объемом 164 страницы, состоит из введения, шести глав и заключения. Включает 14 таблиц, 63 рисунка, и список литературы из 122 наименований.
Благодарности. Неоценимый вклад в подготовку и написание диссертации внесли доценты кафедры исторической геологии и палеонтологии А.В. Крайнов, М.Г. Раскатова; зав. каф. полезных
ископаемых и недропользования, доктор геол.-мин. наук, проф. К.А. Савко; доценты С.М. Пилюгин и Н.С. Базиков, доцент кафедры общей геологии и геодинамики А.В. Жабин; старший научный сотрудник НИИ Геологии ВГУ С.В. Мануковский. Им всем автор высказывает свою искреннюю признательность. Особую благодарность автор выражает руководителю своей диссертационной работы, заведующему каф. исторической геологии и палеонтологии ВГУ, доктору геол.-мин. наук, проф. А.Д. Савко.
Палеозойская эратема
Палеозойская эратема представлена терригенно-карбонатными морскими и континентальными отложениями среднего и верхнего девона, а также нижнего и среднего карбона. Залегает на сильно эродированной поверхности кристаллического фундамента с резким угловым несогласием, а перекрыта трансгрессивно залегающими породами мезокайнозоя. В составе комплекса фиксируется ряд поверхностей размыва и стратиграфических несогласий, обусловленных тектонической перестройкой территории, что позволяет выделить седиментационные ритмы – эйфельский, живетский, франский, фаменский, турнейский, визейский, серпуховский и башкирский.
Девонская система
Девонские отложения распространены практически на всей исследуемой территории и отсутствуют лишь в ее юго-западной части. Мощность отложений колеблется от 0 м у границ выклинивания до 450 м на востоке исследуемой территории. Они залегают на породах кристаллического фундамента и корах выветривания по ним. Перекрыты девонские образования преимущественно мезокайнозойскими отложениями различного возраста, и только в юго-западной части – каменноугольными [70]. В работе принимается стратиграфическая схема ЦГРЦ [32] (Таблица 2.1).
На исследуемой территории устанавливаются только два отдела девонской системы: средний и верхний.
Средний отдел
К среднему отделу девона согласно общей стратиграфической шкале, принятой Межведомственным стратиграфическим комитетом в 1989 г., отнесены эйфельский и живетский ярусы.
Эйфельский ярус
Включает четыре горизонта: дорогобужский, клинцовский, мосоловский и черноярский. Первые два трудно разделяются, поскольку сложены пестрым составом пород, обычно не содержащих определимых органических остатков и поэтому объединены в морсовский горизонт [71].
Морсовский горизонт. Его породы распространены в северо-восточной части исследуемой территории, сложены песками и песчаниками с прослоями глин пестроцветных, реже доломитов и известняков, охарактеризованных комплексами остракод и спор. Мощность горизонта не более 20 м.
Мосоловский горизонт выделен И.Я. Ляшенко по фауне брахиопод в 1953 г. [37]. Стратотипом является разрез Мосоловской опорной скв. 6 (инт. 1107– 1057 м), пробуренной у с. Мосолово Рязанской области [68]. Распространен на большей части территории за исключением запада. Сложен карбонатными осадками моря с нормальной соленостью вод и лишь у границы размыва – терригенными породами. Является литолого-стратиграфическим репером при расчленении и корреляции разрезов. В пределах юго-востока Воронежской антеклизы мосоловские отложения залегают с резким несогласием на коре выветривания пород кристаллического фундамента и лишь в северо-восточной части – согласно на морсовских отложениях. Мощность горизонта составляет 0– 36 м.
Живетский ярус Старооскольский надгоризонт
Старооскольские образования под названием одноименных слоев выделены Д.В. Наливкиным в 1937 г [68]. По фауне брахиопод, остракод, конодонтов и комплексам спор старооскольский надгоризонт делится на три горизонта: воробьевский, ардатовский и муллинский. Старооскольские образования залегают на мосоловских трансгрессивно, с размывом.
Воробьевский горизонт выделен А.И. Ляшенко в 1953 г. [37]. Отложения горизонта развиты на большей части исследуемой территории, а их юго-западная неровная граница выклинивания проходит по линии Острогожск–Россошь– Павловск–Богучар. Сложен песчано-глинистыми породами с тонкими прослоями известняков, его мощность колеблется от 0 у границы выклинивания до 35 м на северо-востоке. Породы воробьевского горизонта охарактеризованы М.Г. Раскатовой [64] по миоспорам Retusotriletes laevis Tschibr. var. minor Rask., R. ovalis Rask., Acanthotriletes perpusillus Naum., Camarozonotriletes papillatus Rask.
Ардатовский горизонт выделен М.Ф. Микрюковым и К.Р. Тимергазиными в 1948 г. [68]. Ардатовские отложения развиты повсеместно, за исключением юго-западной части исследуемой территории, где в это время существовала область сноса. Залегают согласно на песчано-глинистых образованиях воробьевского горизонта и лишь в узкой полосе шириной 2–10 км вдоль юго-западной границы их распространения, с размывом ложатся на кору выветривания докембрийских пород. Отложения представлены глинами с прослоями песчаников, алевролитов и известняков. В Шкурлатовском карьере породы ардатовского возраста охарактеризованы миоспорами Calamospora atava (Naum.) McGreg., Hystricosporites perspicuus (Rask.) M.Rask., Geminospora tuberculata (Kedo) Allen, G. extensa (Naum.) Gao, G. decora (Naum.) Arch., G. Micromanifesta (Naum.) Owens, G. mutabilis (Kedo) Owens, G.venusta (Naum.) Owens, G. barbata (Rask.) M.Rask., G. tuberosa (Rask.) M.Rask., Archaeozonotriletes timanicus Naum., Chelinospora concinna Allen, Reticulatisporites perlotus (Naum.) Obukh., Grаndispora inculta Allen, Perotrilitrs spinosus (Naum.) Arch., Lophozonotriletes scurrus Naum., L.forosus Rask [96]. Мощность пород ардатовского горизонта – 0–38 м, увеличивается по направлению к северу и на восток.
Муллинский горизонт выделен группой геологов в 1959 г. [68]. Муллинские отложения покрывают три четверти исследуемой площади. Они венчают разрез живетского яруса и представлены глинисто-алеврито-песчаными породами мощностью от первых метров на юго-западе и до 18 м на северо-востоке исследуемой территории. Породы горизонта со следами размыва залегают на ардатовских и с размывом перекрываются ястребовскими. Южная граница распространения горизонта является эрозионной и проходит ниже линии г.г. Верхний Мамон – Павловск – Лиски. По данным М.Г. Раскатовой [66] муллинский горизонт охарактеризован миоспорами верхней части зоны Geminospora extensa, подзоной Samarisporites triangulatus Cоrystisporites serratus. Мощность муллинского горизонта равна 0–18 м.
Верхний отдел
К верхнему отделу девона относятся франский и фаменский ярусы, каждый из которых делится на три подъяруса.
Франский ярус Нижний подъярус
Нижнефранские образования по региональной стратиграфической шкале для Русской платформы и субрегиональной – для ее центральных районов – представлены пашийским и тиманским горизонтами. По споровым спектрам пашийско-тиманские отложения делятся на ястребовскую и чаплыгинскую свиты. Ястребовская свита. Е принадлежность к верхнему девону установлена В.Т. Умновой и Л.Г. Раскатовой [63] по споровым комплексам. Отложения ястребовской свиты, представленные преимущественно песчаниками в том числе вулканогенно-осадочными и вулканомиктовыми и аргиллитоподобными глинами, с подчиненными прослоями алевролитов, распространены почти по всей рассматриваемой территории за исключением ее юго-западной части, где находилась область сноса. На большей ее части они с размывом залегают на породах старооскольского надгоризонта живетского яруса. Породы ястребовского горизонта охарактеризованы миоспорами следующих видов: Geminospora rugosa (Naum.) Obukh., G. notata (Naum.) Obukh., G. Micromanifesta (Naum.)Arch., Archaeozonotriletes variabilis Naum., Reticulatisporites retiformis (Naum.) Obukh., Perotrilites spinosus (Naum.) Arch., Samarisporites inusitatus Allen, Cristatisporites triangulatus (Allen) McGreg.et Camf. Ancyrospora incisa (Naum.) M.Rask.et Obukh., Сontagisporites optivus Owens, Lophozonotriletes scurrus Naum [65]. Мощность пород свиты до 40 м, преобладает 10–15 м.
Чаплыгинская свита выделена Л.С. Сорской и В.Т. Умновой в 1978 г. [68].
Отложения представлены алевритовыми и песчаными породами, отличительной особенностью которых является пестроцветная окраска и тонкое их переслаивание. Залегают они в основном согласно с нижележащими образованиями, и лишь в районе Павловского поднятия с размывом на песчаниках и аргиллитах ястребовской свиты. В северо-восточной части площади чаплыгинские отложения согласно перекрыты карбонатными, реже глинисто карбонатными образованиями саргаевского горизонта. Вдоль границы распространения, в полосе шириной от 5 до 25 км, рассматриваемые отложения перекрыты каолинит-кварцевыми породами мамонской толщи верхнефранско фаменского времени. Мощность увеличивается в северо-восточном направлении от первых метров до 50 м.
Фациальные обстановки воробьевского времени
Воробьевские отложения развиты на большей части исследуемой территории, а их неровная юго-западная граница выклинивания проходит по линии Острогожск–Россошь–Павловск–Богучар. Они сложены песчано глинистыми породами с тонкими прослоями известняков, их мощность колеблется от 0 у границы выклинивания до 35 м на северо-востоке [75]. Глины местами пестроцветные, содержат многочисленные растительные остатки. Практически на всей территории глины подстилаются пачкой песков и песчаников, мощностью до 15 м. Она была выделена А.И. Ляшенко в ранге ольховского горизонта с опорным разрезом у с. Ольховка Воронежской области. Авторы работы [68] полагают, что ольховские слои являются базальной частью воробьевского горизонта и образуют с ним единый ритм осадконакопления. Эта точка зрения принята в настоящей работе. Залегают воробьевские отложения с размывом на породах кристаллического фундамента или песчаниках, известняках и глинах мосоловского горизонта.
Проведение верхней границы по литологическим признакам с ардатовскими образованиями крайне затруднительно, поскольку последние согласно залегают на воробьевских отложениях. Эта граница определяется по биостратиграфическим критериям, взятым из геолого-съемочных отчетов. На фациальной карте и фациальном профиле (Рисунки 4.4, 4.5) воробьевского времени выделяется ряд зон прибрежной и мелководно-морской частей морского бассейна. На юго-востоке расположена мелководно-морская, со слабой активностью гидродинамического режима, наиболее "мористая" фациальная зона IIА, представленная аргиллитоподобными глинами, формировавшимися в условиях спокойной гидродинамической обстановки ниже иловой линии. В основании встречается маломощный слой светло-серых кварцевых алевритов или мелкозернистых песчаников, а выше залегают пестроцветные аргиллитоподобные глины зеленовато-серого, шоколадного, темно-серого цветов с прослоями маломощных органогенно-обломочных известняков, включениями сидерита. Известняки зеленовато-серые, плотные, с многочисленными остатками раковин, слабо запесоченные, с единичными вкрапленниками пирита. Глины (до 20 м), слагающие более 90 % разреза, содержат многочисленные остатки брахиопод, остракод, криноидей, рыб, кораллов, гониатид, небольшое количество углефицированных остатков растений [42].
Западнее зоны IIА расположена фациальная зона IIIБ–IIА, в разрезе которой заметную роль начинают играть песчанистые породы. Нижняя часть разреза сложена песками с тонкими прослоями глин и песчаников (ольховские слои).
Пески светло-серые, кварцевые, хорошо отсортированные, мелко тонкозернистые, с зернами кварца средней окатанности. Песчаники белые, кварцевые, мелкозернистые, сахаровидные, на карбонатном цементе с ходами илоедов, выполненных кварцевым, тонкозернистым светло-серым песком.
Верхняя часть разреза представлена аргиллитоподобными глинами, голубовато- и зеленовато-серыми, слабо известковистыми, плитчатыми, с раковистым изломом, с фауной брахиопод. Обилие фауны приурочено к сильно карбонатным разностям. В глине встречаются тонкие прослои песчаника белого, кварцевого, мелкозернистого, слабо сцементированного. Обломочный материал глин представлен угловато-окатанными зернами кварца, единичными циркона и турмалина.
В пределах фациальной зоны IIIБ–IIА располагается зона IIIАБ. Занимает она небольшую площадь и вскрыта лишь одной скважиной (скв. 195). В этой зоне воробьевские отложения, трансгрессивно залегающие на породах кристаллического фундамента, сложены известняками мощностью 6,8 м, зеленовато-серыми, глинистыми, органогенными, переполненными крупными, разрозненными члениками стеблей криноидей, одиночными и колониальными кораллами, брахиоподами, сетками и веточками мшанок.
В отдельных прослоях, особенно в нижней половине слоя, мшанки являются породообразующими. Часто известняки представляют собой мшанковые, криноидные, криноидно-коралловые, коралловые и брахиоподово-криноидные образования. По условиям залегания и сообществу организмов можно заключить, что данная порода является рифовым сооружением.
По-видимому, сводовая часть приподнятого кристаллического фундамента – валообразное поднятие, которое возвышалось со дна постепенно опускающегося воробьевского морского бассейна, служило благоприятным мелководным основанием для формирования рифовой постройки. Западнее фациальной зоны располагается зона (IIIА), прибрежно-морская нормальной солености со слабой активностью гидродинамического режима. Она вытянута с северо-запада на юго-восток. Разрез в ней сложен аргиллитоподобными глинами голубовато- и зеленовато-серыми, иногда темно-серыми, в различной степени алевритистыми, неясно- и горизонтальнослоистыми, слюдистыми, с примесью углефицированных растительных остатков, тонкостенными раковинами пелеципод, обломками морских лилий, ходами илороев. Глины содержат небольшие прослои песков, алевритов и органогенно-обломочных известняков, примесь тонкорассеянного карбоната, остатки брахиопод, панцирных рыб, раковинный детрит. Участками широко развит лепешкообразный сидерит, нередко окисленный, пирит и марказит. Мощность глин составляет 7-9 м. Общая мощность прослоев песчаников и известняков не превышает 1 м.
На северо-западе исследуемой территории расположена фациальная зона IIIБ–IIIА. Основание разреза сложено песками и песчаниками (1–3 м) серого и светло-серого цвета, часто с зеленоватым оттенком, кварцево-слюдистые, мелко среднезернистые (до разнозернистых) средней плотности, слабосцементированные, с прослоями и линзами голубовато-серых глин, мощностью до 0,5 м, с редкими конкрециями марказита и мелкими обрывками углефицированных растительных остатков. Зерна кварца окатанные и угловато окатанные. Сортировка хорошая. Цемент песчаников глинистый или глинисто алевритистый. В составе тяжелой фракции отмечены ильменит, сульфиды, циркон, рутил, ставролит, турмалин, гранат, лейкоксен. Легкая фракция представлена кварцем, в меньшей степени – полевыми шпатами, обломками пород, слюдой.
Вверх по разрезу идут аргиллитоподобные глины (4–6 м) голубовато-серой, серо-зеленой и зелено-серой окраски, тонкоплитчатые, иногда горизонтально-слоистые, с полураковистым изломом, со стяжениями марказита, с фауной брахиопод и мелкими углефицированными растительными остатками. У границы размыва, севернее г. Павловска, располагается фациальная зона IIIAБ–IIIБ–IIIAБ. Ее разрез представлен серыми и зеленовато-серыми органогенно-детритусовыми, глинистыми известняками, разделенными на 2 пласта прослоем мощностью около 0,5 м светло-серого, неравномерно-зернистого песчаника. В песчаниках и известняках встречаются тонкие прослои глин, а в известняках – обильная фауна: брахиопод, остракод, кораллов и членики криноидей.
Минералогический анализ песчаников показывает, что тяжелая фракция в нем составляет всего 0,8 % и представлена рутилом, цирконом, турмалином, ставролитом, ильменитом. Легкая фракция состоит из зерен кварца и полевых шпатов. Общая мощность известняков не превышает 1 м, а песчаников – 0,5 м.
Вдоль границы размыва располагается ряд зон IIIБ, образованных в прибрежно-морских условиях со средней гидродинамикой среды. Разрез этих зон сложен песками и песчаниками (4–5 м) с карбонатно-глинистым цементом, с характерной ставролит–турмалин–цирконовой ассоциацией акцессориев и редкими конкрециями марказита. Песчаники слабо сцементированные светло серые, средне-крупнозернистые, слюдистые (биотит), слабоожелезненные, сильно глинистые. В верхней части песчаники имеют конгломератовидную текстуру за счет включений обломков аргиллитов. Выше по разрезу залегают аргиллитоподобные глины (до 1 м) голубовато-зеленого цвета, плотные, грубоплитчатые с частыми кубиками пирита, с остатками фауны, горизонтально-волнисто-слоистые, участками песчаные, с гнездами хлорита и единичными обломками кварца.
Таким образом, воробьевское время характеризуется преимущественно мелководно-морским и прибрежно-морским осадконакоплением, главным образом терригенным, в разной степени разбавленным карбонатным (Рисунок 4.6). Глины иллит-каолинитового состава. В прибрежно-морских фациях преобладает каолинит, количество которого уменьшается по направлению на северо-восток с одновременным увеличением содержаний иллита.
Распределение глинистых минералов
Полученные новые результаты по изучению глин в живетских и раннефранских отложениях юго-востока Воронежской антеклизы с привлечением некоторых данных предыдущих исследователей [17, 18, 72] позволили выявить особенности распределения глинистых минералов по разрезу и площади в рассматриваемых образованиях.
Воробьевские отложения. Глины в них состоят из каолинита и иллита. Содержание первого у границ выклинивания этих отложений достигает 70 и более процентов, а в направлении на северо-восток падает до 50 %. Также отмечается увеличение содержания каолинита вплоть до 90 % в районе г. Боброва. В незначительных количествах отмечаются хлорит, а южнее г. Павловска в глинах наблюдаются повышенные содержания монтмориллонита. Вверх по разрезу количества иллита возрастает, а каолинита соответственно снижается (Рисунок 5.9). Такое изменение по разрезу глинистых минералов характерно для прибрежно-морских глин (вторая ассоциация), так как на них особенно сильное влияние оказывал снос с континента. В мелководно-морских отложениях (третья ассоциация) данный тренд сохраняется, но проявлен менее ярко. Разница в содержаниях каолинита и иллита в основании и вверху разреза воробьевских отложений минимальна.
Каолинит имеет довольно высокую степень совершенства кристаллической структуры, устанавливаемую по частичному разрешению дуплета отражений II и I [72]. Источником сноса для воробьевских отложений был Воронежский массив (Воронежский остров по [2]) кристаллических пород с развитыми на них КВ. Состав глинистых минералов отвечает второй и третьей ассоциациям (Рисунок 5.10). Граница между ними соответствует фациальной границе между прибрежно-морскими и мелководно-морскими отложениями.
Ардатовское время. Особенностью ардатовских глин является повышенное содержание каолинита на большей части площади их распространения – около 60 %, а у границ выклинивания оно может достигать и 100 %. Локальные максимумы содержания каолинита наблюдаются не только в районе г. Боброва (до 90 %), как в воробьевское время, но и в районе г. Калача (до 100 %). В подчиненных количествах отмечается политип иллита 2 М1 [72] и в очень незначительных – хлорит и монтмориллонит. Распределение глинистых минералов по разрезу наследуется с воробьевского времени – в основании преобладает каолинит, сменяемый вверх по разрезу иллитом (Рисунок 5.11). На удалении от области сноса колебания состава глин невысокие. В основании содержания каолинита и иллита практически равны, далее начинает преобладать иллит.
Состав глинистых минералов исследованных образцов отвечает второй, реже первой, иногда третьей ассоциациям (Рисунок 5.12). Первая ассоциация пространственно связана с лагунными, вторая – с прибрежно-, а третья – с мелководно-морскими отложениями.
Ястребовское время. Вблизи южной границы выклинивания ястребовского горизонта глинистые породы практически нацело сложены каолинитом. Локальный максимум содержания каолинита, так же, как и в живетское время, находится в районе г. Бобров. Иногда в заметных количествах отмечается хлорит, который в таких случаях наряду с каолинитом и иллитом является породообразующим минералом. Он встречается в туфоаргиллитах, обычно развит по вулканогенным компонентам туфогенно-осадочных пород.
Изменение глинистых минералов по разрезу имеет цикличный характер (Рисунок 5.11). В основании разреза преобладает каолинит над иллитом, но различия в содержаниях незначительны. Выше по разрезу количество каолинита растет, становясь в центральной его части максимальным. Затем к кровле количество каолинита падает, где иллит уже преобладает над каолинитом. Эта особенность прослеживается в прибрежных фациях, а в мелководно-морских различия в содержаниях основных минералов незначительны. Это распределение глинистых минералов объясняется тем, что в начале ястребовского времени размывались верхи живетских отложений, в которых преобладал иллит, затем происходил размыв каолиновых кор выветривания, расположенных у области сноса, и, наконец, гнейсов и сланцев, которые давали повышенное содержание иллита в конце ястребовского времени.
Источником сноса в ястребовское время был Воронежский массив с КВ на кристаллических и осадочных породах, а содержания каолинита в глинах являлись наивысшими для девонского времени. В породах этого возраста, наблюдаемых в Шкурлатовском карьере, минерал встречается не только в пелитовой фракции, но и в виде различных по форме и размерам включений [18].
Состав глинистых минералов исследованных образцов отвечает, в основном, второй, иногда первой и третьей ассоциациям (Рисунок 5.13). Границы данных ассоциаций пространственно связаны с фациальными границами между лагунными, прибрежно-морскими и мелководно-морскими отложениями.
Чаплыгинское время. Глины чаплыгинского горизонта сложены в основном каолинитом и иллитом. В незначительных количествах отмечается хлорит и монтмориллонит. На большей части площади содержание первого колеблется в пределах 50–60 %. Только в узкой полосе, примыкающей к границе распространения на юге, его количество увеличивается до 90 %. На северо-востоке территории содержание каолинита падает до 40 %. Если проследить распределение глинистых минералов по разрезу, то можно наблюдать, что в его основании преобладает каолинит, а вверху – иллит.
Если проследить распределение глинистых минералов по разрезу (Рисунок 5.11), то можно видеть, что внизу содержание каолинита и иллита являются практически равными с небольшим преобладанием каолинита, а вверху начинает явно преобладать каолинит. Это скорее всего связано с тем, что в конце чаплыгинского времени продолжилась трансгрессия, и море затопило новые площади континента с последующим его размывом.
Состав глинистых минералов отвечает второй и третьей ассоциациям (Рисунок 5.14). Вторая ассоциация пространственно связана с лагунными фациями, а третья – с прибрежно-морскими.
Таким образом, для рассмотренных глин минеральный состав близок. Он во многом обусловлен поступлением каолинита и иллита из кор выветривания на породах кристаллического фундамента в источниках сноса. В глинах характерно присутствие в основном первой и второй ассоциации глинистых минералов, а третья, каолинит-иллитовая, встречена только на крайнем северо-востоке, а в чаплыгинское время также и на крайнем северо-западе исследуемой территории. В морских обстановках по мере удаления от источников сноса происходит диспергация и нарушение кристаллической структуры каолинита, в то время как иллит остается относительно устойчивым минералом. При появлении вулканического материала в осадках возникают хлорит, в известковистых разностях глин – монтмориллонит.
Терригенно-минералогические провинции раннефранского времени
Нижнефранские отложения, включающие в себя отложения ястребовского и чаплыгинского горизонтов, повсеместно представлены комплексом терригенных пород. Их минеральная характеристика приводится на основании 180 анализов по 39 разрезам (Таблицы 6.5, 6.6). Характерно преобладание комплекса устойчивых минералов, как в тяжелой, так и в легкой фракциях. Наиболее существенные различия в количественных содержаниях отмечаются для ставролита, в меньшей степени – для турмалина и циркона.
В распределении указанных минералов по площади отмечаются примерно те же особенности, что и для подстилающих отложений, но с небольшими изменениями. Максимальные содержания ставролита отмечены в южной, юго-западной и северо-западной частях исследуемой территории, причем, в отличие от живетского века, эти содержания практически равны. Уменьшение количества ставролита в северо-западной части территории связано, очевидно, с ослаблением влияния территории КМА как области сноса. В северо-восточном направлении постепенно уменьшается количество ставролита и турмалина и возрастает роль циркона.
Распределение минералов по разрезу наследуется с живетского века. Количество ставролита и турмалина вверх по разрезу падает, что связано с уменьшением к концу нижнего франа роли КМА как области сноса терригенного материала.
В составе породообразующих минералов повсеместно преобладает кварц. Полевые шпаты в большинстве случаев имеют резко подчиненное значение.
Для отложений ястребовского горизонта весьма характерно общее увеличение содержания рудных минералов (обычно более 70 %), основную часть которых составляет ильменит, в меньшем количестве содержатся магнетит и хромшпинелид. Это связано с вулканическими эксгаляциями, имевшими место в центральной части исследуемой территории. По данным В.А. Канцерова и И.Н. Быкова [7], в тяжелой фракции вулканогенно-осадочных пород в виде редких знаков были встречены муассанит и монацит, установлено присутствие остроугольного зерна пиропа.
Имеющиеся данные по изучению тяжелой фракции отложений ястребовского горизонта позволяют сделать вывод о том, что по мере удаления от междуречья Дона и Хопра (района проявления эксплозивной деятельности) при уменьшении содержания рудных минералов возрастает роль прозрачных, среди которых повсеместно преобладает циркон, турмалин и ставролит. Районы более или менее значительных концентраций рудных минералов ограничиваются, очевидно, побережьем вулканических островов.
Самые высокие содержания ильменита (до 260 кг/т), характерны для участков локального распространения пород околожерловой фации. Кроме ильменита и магнетита к продуктам эксплозивной деятельности относятся [7] хромшпинелиды, оливин, муассанит, апатит, циркон (розовато-желтые кристаллы цирконового облика с включениями ильменита, грязно-желтые с бледно-зеленоватым оттенком дипирамидальные кристаллы), оливин, пироп, пироксены.
В отличие от живетского века на исследуемой территории выделяется только две провинции: Павловская и Елань-Коленовская (Рисунки 6.20, 6.21). Бобровская провинция не выделяется [40].
Павловская ТМП выделяется на юге, юго-западе и северо-западе исследуемой территории. Она пространственно связана с лагунными и прибрежно-морскими фациями. Ассоциация акцессориев характеризуется преобладанием среди прозрачных минералов ставролита, турмалина и циркона в тяжелой фракции.
Образование терригенных пород связанно с размывом ранее сформировавшихся осадочных образований, продуктов выветривания пород докембрийского кристаллического фундамента и, в меньшей мере относительно живетского времени, привноса материала из области КМА.
Елань-Коленовская ТМП по своему площадному расположению и по характеру терригенно-минералогических ассоциаций практически совпадает с аналогичной провинцией живетского века. Она пространственно связана с мелководно-морскими фациями [45, 46]. Минеральный состав изучен в 9-ти разрезах. Характеризуется преобладанием турмалин-цирконовой ассоциации акцессорных минералов при несколько повышенном содержании ставролита. Образование терригенных пород связано с привносом обломочного материала как с юга Воронежского массива, так и с запада, с территории КМА.
Изложенные выше особенности минерального состава нижнефранских терригенных отложений позволяют сделать следующие выводы:
1 – в раннефранское время наследуются условия осадконакопления с живетского времени;
2 – с живетского времени сохранились основные источники сноса для пород нижнего франа – южная часть Воронежского массива и КМА;
3 – в раннефранское время ослабевает влияние района КМА в качестве области сноса;
4 – повсеместно формирование терригенных отложений нижнефранского времени происходило за счет размыва на континенте продуктов интенсивного химического выветривания материнских пород, а также переотложения ранее сформировавшихся образований среднего девона.