Содержание к диссертации
Введение
1. Методы исследования кремнисто - глинистых пород 9
2. История исследований кремнистых пород сантонского возраста северо-востока Воронежской антеклизы 15
3. Геологическое строение района работ 19
3.1 Кристаллический фундамент 19
3.1.1 Стратифицированные образования 20
3.1.2 Интрузивные образования 21
3.2 Осадочный чехол 21
3.2.1 Девонская система 22
3.2.2 Юрская система 23
3.2.3 Меловая система 24
3.2.4 Палеогеновая система 29
3.2.5 Неогеновая система 31
3.2.6 Четвертичная система 31
4. Классификации карбонатных и кремнистых пород, и история их исследований на территории междуречья рек Девица-Олым-Снова 35
5. Распространение, литология и условия образования сантонских отложений 41
5.1 Распространение и условия залегания сантонских отложений 41
5.2 Литология и вещественный состав сантонских отложений 49
5.2.1 Характеристика карбонатных пород 49
5.2.2 Характеристика силицитов и силицитсодержащих пород 55
5.2.2.1 Кремни 56
5.2.2.2 Опоки 61
5.2.2.3 Трепел 66
5.2.2.4 Опока глинистая 71
5.2.2.5 Трепел глинистый 76
5.2.2.6 Глина трепеловидная 81
5.2.2.7 Глина слабокремнистая 83
5.3 Сравнительная характеристика разрезов глинисто-кремнистой толщи и характер взаимоотношения литологических типов 88
5.4 Фациальный анализ сантонских отложений 91
6. Минералы кремнезема и их морфологические характеристики 98
6.1 Кремни 100
6.2 Опоки 102
6.3 Трепелы 105
6.4 Глины трепеловидные 105
6.5 Глины слабокремнистые 108
6.6 Кремнисто - карбонатные породы 108
6.7 Цеолитсодержащие породы 111
7. Минеральный состав пелитовой фракции кремнистой толщи 117
7.1 Минеральные ассоциации пелитовой фракции нижней пачки 118
7.2 Минеральные ассоциации пелитовой фракции средней пачки 121
7.3 Зависимость минерального состава пелитовой составляющей сантонских отложений от литологических особенностей подстилающих пород 123
8. История формирования кремнистых пород 130
9. Прогноз поисков месторождений и практическое применение кремнисто-глинистых пород в народном хозяйстве 140
Заключение 154
- Осадочный чехол
- Литология и вещественный состав сантонских отложений
- Минеральные ассоциации пелитовой фракции средней пачки
- Прогноз поисков месторождений и практическое применение кремнисто-глинистых пород в народном хозяйстве
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время, в связи с подъемом экономики, а также появлением новых областей применения неметаллических полезных ископаемых значительный интерес представляют нетрадиционные виды минерального сырья, в том числе кремнисто-глинистые породы. Они могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства, как в естественном, так и переработанном видах. В пределах Центрально-Черноземного района, в частности на территории Воронежской, Липецкой и Курской областей, распространены кремнисто-глинистые образования сантонского века, обладающие рядом ценных свойств. Это позволяет применять их для производства трепельного гравия и легковесного строительного кирпича, адсорбентов, теплоизоляционных и полировальных материалов, наполнителей, катализаторов, изделий из керамики, в сельском хозяйстве. В каждой отрасли, где используются кремнистые породы, существуют свои требования к их составу и свойствам.
Согласно В.Т. Фролову [102], силицитами или кремневыми породами называют осадочные образования, более чем на половину состоящие из минералов группы кремнезема - опала, кристобалита, тридимита, халцедона и развивающегося по ним кварца. Употребляющийся до сих пор термин кремнистые породы, как указывает этот автор, неудачен, поскольку суффиксом "-ист" выражается лишь примесь, т. е. подчиненная часть породы. Вместе с тем этот термин, на наш взгляд, может использоваться как широко известный при обозначении пород, содержащих менее 50% минералов группы кремнезема.
Одним из наиболее благоприятных районов развития силицитов и кремнисто-глинистых пород является междуречье рек Девица - Олым - Снова, где диссертантом проводились исследования. Рассматриваемый район в сантонское время характеризовался сменой карбонатных фаций на кремнито-глинистые, а в кайнозое породы мелового возраста были выведены на дневную поверхность и подверглись гипергенным изменениям. Все это обусловило
полигенность минерального состава сантонских образований и формирование возможных месторождений кремнисто-глинистых пород.
Цели и задачи работы. Основной целью настоящей работы явилось установление типов, особенностей вещественного состава, закономерностей формирования своеобразного комплекса силицитсодержащих пород
сантонского яруса верхнего мела междуречья рек Девица - Олым - Снова для
Ж прогноза ^поисков различных "идов кремнисто-глинистого сырья. Для
достижения поставленной цели автору необходимо было решить следующие
задачи:
Изучить вещественный состав всех литологических сантонских типов, установить основные закономерности их формирования и распространения на площади междуречья Девица - Олым - Снова.
Выявить минеральный состав силицитов и кремнисто-глинистых пород, его изменения в разрезах и по площади, изучить морфологические особенности кремниевых и сопутствующих им минералов.
Исследовать историю формирования осадков в сантонский век и постседиментационных их преобразований (стадиальный анализ).
Дать прогноз на поиски различных видов полезных ископаемых в кремнисто-глинистых образованиях сантона.
Автором защищаются четыре положения:
Фациальный анализ сантонских отложений междуречья Девица -Олым - Снова позволил установить смену с юга на север мел-мергельных отложений карбонатно-глинисто-кремнистыми, а затем кремнисто-глинистыми. Разрез последних имеет трехчленное строение и сложен силицитами и силицитсодержащими породами.
Силициты и силицитсодержащие образования представлены комплексом пород, различающихся по минеральному составу, в котором основными являются опал и тридимит. Пелитовая часть сложена ассоциациями глинистых минералов, меняющимися по площади и разрезу от существенно монтмориллонитовой до каолинитовой.
Изучение структурно-текстурных особенностей и минерального состава силицитов и силицитсодержащих образований показало их полигенное происхождение и формирование на стадиях седиментогенеза, диагенеза и последующего выветривания в кайнозое.
Установление типов и площадного распространения, особенностей минерального состава силицитов и силицитсодержащих пород позволяет прогнозировать различные типы полезных ископаемых в сантонских отложениях междуречья Девица - Олым - Снова.
Научная новизна работы. Проведенными исследованиями выявлены литологические типы силицитсодержащих пород сантонского яруса и установлено их распределение в разрезах и по площади. Различными методами определен вещественный состав силицитовых минералов, морфологические особенности цеолитов группы гейландита, а также уточнены характеристики минералов кремнезема. Составлены карты минеральных ассоциаций кремнистой толщи сантонского яруса, которые могут быть использованы для прогноза различных видов минерального сырья. Установлена связь минеральных ассоциаций глинистой составляющей кремнисто-глинистых пород с подстилающими отложениями. Выявлено поэтапное формирование силицитсодержащих пород в седиментогенезе, диагенезе и наложенных процессах.
Практическая значимость работы. Результаты выполненной работы могут быть непосредственно использованы при поисках месторождений кремнисто-глинистого сырья и установления перспективных участков с заранее заданными качественными характеристиками полезного компонента. Исследования, проводимые при непосредственном участии автора, передавались в виде научно-производственных отчетов в ОАО "Липецкгеология".
Публикации и апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Международной конференции "Проблемы осадочной геологии", г. Санкт - Петербург, 1998г.; на Литологическом совещании "Литология и полезные ископаемые Центральной России", г. Воронеж, 2000г.;
на научной межведомственной конференции 'Теологические, геофизические и геохимические исследования юго-востока Русской плиты", г. Саратов, 2001г.; на III Международном минералогическом семинаре "Новые идеи и концепции в минералогии", г. Сыктывкар, 200?г.; на Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы геологии Европейской России", г. Саратов, 2002г., а также на ежегодных научных сессиях ВГУ (1998 - 2002гг.). Основные положения диссертации освещены в 16 опубликованных работах.
Фактический материал и методика исследования. Геологические материалы, положенные в основу работы, получены в процессе проведения полевых работ (1998 - 2001гг.) при исследовании 22 обнажений. Автор принимал непосредственное участие в выполнении комплексных работ ОАО "Липецкгеология" совместно с ВГУ при описании керна скважин, опробовании и обработке сантонских отложений. Часть материала любезно предоставлена Воронежским Рудоуправлением и ФГУГП "Воронежгеология". В процессе исследования был изучен керн 173 скважин. Кроме этого были использованы фондовые материалы геолого-съемочных и поисково-разведочных работ по 62 скважинам и 37 обнажениям.
Для решения поставленных задач при изучении вещественного состава кремнистых пород использовался комплекс методов. Выполнено и использовано в работе 483 рентгенодифрактометрических, 212 электронно-микроскопических, 278 химических, 192 гранулометрических, 17 инфракрасно-спектроскопических анализов, 14"> шлифов, 63 лабораторно-технологических определения.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 9 глав, заключения и списка литературы, включающего 133 наименований. Содержит страниц, текстовые приложения представлены 11 таблицами и 76 рисунками.
Исследования по теме диссертации проводились во время обучения в очной аспирантуре при кафедре исторической геологии и палеонтологии ВГУ. При выполнении работы автор тесно сотрудничал с преподавателями
геологического факультета, особенно с кафедры исторической геологии и палеонтологии, а также с научными сотрудниками Проблемной лаборатории геологии и полезных ископаемых ЦЧР. Автор неоднократно пользовался советами и консультациями В.К. Бартенева, В.И. Беляева, В.Н. Бурыкина, А.И. Мизина, Г.В. Холмового, и многих других коллег, которым выражает свою признательность. Глубокую благодарность автор выражает за дружескую помощь, ценные советы, плодотвирную критику научному сотруднику А.В. Жабину.
Автор выражает свою благодарность сотрудникам ОАО "Липецкгеология" Б.Е. Золотареву и ФГУГП "Воронежгеология" Н.И. Ивановой, Н.Ф. Гулюк, а также геологам предприятия Воронежского рудоуправления В.В. Горюшкину и В.П. Михину за предоставление фактического материала и аналитических данных.
Особую признательность и искреннюю благодарность диссертант выражает своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору А.Д. Савко.
Осадочный чехол
В строении осадочного чехла принимает участие палеозойско-кайноюйский мсгакомплекс, имеющий повсеместное распространение. В его составе выделяются два структурных комплекса - палеозойский и мезо-кайпозойский. Палеозойский комплекс представлен морскими терригенно-карбоиатными породами. Верхний мезо-кайнозойский, структурно-формационный комплекс сложен юрскими, меловыми, палеогеновыми, неогеновыми и четвертичными образованиями. 3.2.1 Девонская система. Девонские отложения [24, 87] залегают на эродированной поверхности кристаллического фундамента почти горизонтально с небольшим наклоном (до 3") па север-северо-восток. В этом же направлении происходит увеличение мощности и смена древних напластований девонской системы более молодыми.
На участке исследования распространены отложения среднего и верхнего отделов. Средний отдел представлен эйфельским и живетским ярусами, верхний - франским ярусом. Эйфельский ярус представлен верхним подъярусом, которому принадлежат отложения клинцовского, мосоловского и черноярского горизонтов. Клинцовский горизонт, развитый в северной части изучаемой территории с резким несогласием перекрывает фундамент. Породы этого возраста являются континентальными и мелководно-морскими. Основная их часть представлена песчаниками. Мосоловский горизонт имеет двучленное строение. Основание слагают песчаные породы с прослоями глин, переходящие вверх по разрезу в известняки. Мосоловские отложения согласно залегают на клинновских и с угловым несогласием на кристаллическом фундаменте. Чериоярские образования, представленные толщей глин, развиты узкой полосой вдоль северной границы изучаемой площади. Живетский ярус представлен воробьевским, ардатовским и муллинским горизонтами. В целом, разрез яруса сложен мелководно-морскими образованиями, преимущественно песчано-глинистыми, с подчиненными прослоями известняков. Выше с размывом залегают породы франского яруса, разделенного на три подъяруса. Нижнефранский включает пашийский и тиманский горизонты, образующие седиментационный ритм, выделяющийся как надгоризонт коми. В основании он представлен пачкой слюдистых песков, песчаников, алевролитов и алевритов, выше подъярус сложен преимущественно глинистыми породами, часто нсстроокрашенными. Среднефранский подъярус знаменует максимум трансгрессии. Представлен саргаевским и семилукским горизонтами, которые объединены в российский надгоризонт. Саргаевский горизонт характеризуется однообразием литологического состава, сложен известняками органогенными с подчиненными прослоями мергелей, зеленовото-серых глин. Семилукский горизонт представлен пачкой переслаивания известняков, мергелей и аргилитоподобных глин, содержит характерную фауну брахиопод.
Верхнефранский подъярус на изучаемой территории включает петинский, воронежский и евлановский горизонты. Начинают подъярус петинские пески и песчаники, в основании грубозернистые до гравийных, вверх по разрезу средне - тонкозернистые, местами косослоистые с прослоями глин и алевритов. Залегающие выше отложения воронежского горизонта представлены переслаиванием аргиллитоподобных глин и известняков, с преобладанием первых в нижней части разреза. Окраска пород зеленовато-серая и шоколадно-коричневая. Верхнюю часть подъяруса слагает евлановский горизонт, распространенный на севере изучаемого района. К евлановскому горизонту относится пачка чередующихся известняков, мергелей и глин. Более молодые отложения девона па изучаемой площади отсутствуют. 3.2.2 Юрская система. Юрские отложения развиты довольно ограниченно. Встречаются на западе описываемой плошали, выполняя эрозионные впадины, залегая на сильно расчлененной (размытой) поверхности палеозойских пород. Юрская система представлена батским и келловейским ярусами, относящимися к среднему отделу. Образованиям юрского возраста посвящены работы [73, 93].
В составе батского яруса выделяются нижний, средний и верхний иодъярусы, соответствующие нижне- средне- и верхнетрубчевской подсвитам трубчевской свиты. Нижний подъярус батского яруса относится к верхней части поддужного горизонта, а средний и верхний объединены в нежинский горизонт. Разрез батских отложений сложен переслаиванием песков, алевритов и глин с обильным унифицированным растительным детритом и пиритизацией. Келловейские образования разделяются на три подъяруса - нижний, средний и верхний, которым соответствуют ичнянский, пронский и усожский горизонты. Представлены переслаиванием глин и песков с подчиненными прослоями сидерита, песчаника и алеврита, с конкрециями пирита, углистыми остатками. В разрезе преобладают глины. 3.2.3 Меловая система. Па рассматриваемой территории меловые отложения наиболее распространены. Они залегают на размытой поверхности образований девона и юры. Основание разреза меловой системы представлено морскими и континентальными песками и глинами, в верхней части разрез сложен преимущественно карбонатными породами (мел, мергели). Мощность образований меловой системы плавно возрастает к юго-востоку. В составе меловой системы выделяют нижний и верхний отделы. Меловой системе посвящены работы [17, 53, 107, 56, 83]. Нижнемеловой отдел представлен готеривским, барремским, аптским и альбеким, верхнемеловой - сеноманским, туронским, коньякским и сантонским ярусами. Для различных структурно-фациальных зон выделяются местные стратиграфические подразделения (табл. 3.1, 3.2). Готерив-барремские яруса представлены владимирским горизонтом и соответствующей ему одноименной серией. Породы этих ярусов распространены на рассматриваемой территории повсеместно, отсутствуя только по долинам крупных рек, где уничтожены эрозией в неогеновое и четвертичное время. Залегают они несогласно на различных породах девона и юры. Нижняя часть разреза сложена глинами от пепельно- до темно-серого цвета, переходящих вверх в пестроокрашенные алевритовые глины, алевриты и
Литология и вещественный состав сантонских отложений
Писчий мел имеет ограниченное распространение и развит на крайнем юго-востоке площади. Он плотный с полураковистым изломом, прослоями трещиноватый, светло-серого, почти белого цвета. Мощность разрезов не превышает 7 м [129]. По данным В.Н. Бурыкина [15], детально изучившего верхнемсловые отложения юго-востока Воронежской антеклизы, структура рассматриваемой карбонатной породы является преимущественно детритово-фораминиферовая и органогенно-микрозернистая. Содержание СаСО.ч составляет 96 - 98%, а нерастворимого остатка соответственно 2 - 4%. Состав карбонатной части мела: кокколиты и их обломки 85 - 87% породы, содержание фораминифер и других известковых остатков не выше 5 - 7%. Нерастворимый остаток преимущественно глинистый: каолинит - гидрослюдисто моптмориллонитового состава с незначительным количеством цеолитов группы гейландит - клиноптилолита. Обычно к кровле разрезов наблюдается постепенное увеличение глинистой составляющей при содержании СаСОз не ниже 93%.
Мелоподобный мергель встречается южнее условной линии с. Иовомеловое - с. Староникольское. Порода светло-серая, плотная, крепкая, в пей встречаются ходы илороев. Мощность не превышает 15 м. В подошве (0,5 м) мелоподобный мергель обогащен фосфатизированными губками, на контакте с вышележащими породами часто отмечается ожелезнение. Контакт с нижележащим пишущим мелом устанавливается по мел ко плитчатой отдельности, отличной от крупноглыбовой, характерной для коньякского мела [129]. Содержание карбоната кальция в среднем составляет 87% (табл. 5.1), при соответствующем количестве нерастворимого остатка - 13% (обнажение № 17, 18; обр. 75, 76). Нерастворимый остаток представлен преимущественно глинистым материалом с незначительной примесью алевритового компонента. В составе пелитовой части нерастворимого остатка, по данным рентгепоструктурного анализа, выделяют: монтмориллонит 50%, гидрослюду 10%, цеолиты группы гейландита 40%, с незначительным количеством кварца (табл. 5.2). Непосредственно на контакте с вышележащими породами содержание цеолитов увеличивается до 60% (см. табл. 5.2, обр. 75).
Северо-западнее от условной линии с. Новомеловое - с. Староникольское карбонатная толща сложена мергелями. В них содержание нерастворимого остатка характеризуется незначительными изменениями и варьирует в пределах 30 - 40%, в независимости от площадного распространения (см. табл. 5.1). По классификации Г.И. Бушинского [17] мергели относятся к слабо - и силыюглинистым, находясь на границе (35%) разделения этих двух лигологичсских разностей. В этих карбонатных разностях всегда отмечается, в значительном количестве, наличие аморфного кремнезема. Присутствие такой составляющей в минеральной форме (опал, кристобалит, тридимит), придает им дополнительную приставку к названию - кремнеземистые. Термин ввел в обращение Г. И. Путинский [17] применительно к мергелям с силикатным модулем SiOi/RzCb более 4. При этом недостаточно пользоваться одним
химическим определением, так как присутствие песчаного материала в породе дает повышенное содержание SiCb и необходимо дополнительное изучение петрографическим и другими видами анализов (рентгеноструктурный и ИКС). По лому признаку мы наблюдаем, что севернее и северо-западнее условной линии (с. Новомеловое - с. Староникольское) мел - мергельная толща представлена кремнеземистыми, в различной степени глинистыми мергелями.
В целом, для мергелей характерен ряд признаков: светло - серый цвет с зеленоватым оттенком, плотность, слюдистость, в различной степени алсвритистость, ихнитовая текстура, обусловленная жизнедеятельностью илороющих организмов. Состав нерастворимого остатка алевритово-глинистый. Так, в обнажении у х. Парточки Нижнедевицкого района (т. н. 15, обр. 67) содержание карбоната кальция составляет 63,1% при соответствующем количестве нерастворимого остатка 36,9%. Нерастворимый остаток сложен на 27% алевритовым компонентом и на 73% глинистым. Пелитовая часть нерастворимого остатка по данным рентгеноструктурного анализа представлена преимущественно кремнистыми минералами (от 65 до 85%), с обязательным присутствием цеолитов (от 10 до 20%) группы гейландит -клиноптилолита с незначительной примесью гидрослюды и монтмориллонита. Микроскопическое изучение в шлифах показывает различие в строении -лих разновидностей кремнеземистых мергелей. Так, структура силыюглинистых кремнеземистых мергелей алевро-пелитоморфно-микрозернистая (рис. 5.3), текстура неслоистая. Основная пелитоморфно-микрозернистая масса распределена по породе равномерно, занимая приблизительно 90% поверхности шлифа. Четких переходов между пелитовой и микрозернистой структурами нет. Микрозернистая и пелитоморфная части находятся примерно в равных пропорциях. Микрозернистая масса по большей части состоит из кальцита с примесью кремнистого материала. Пелитовая составляющая представлена той же минеральной ассоциацией, что и микрозернистая, с незначительной примесью цеолитов группы гейландита и глинистых минералов (гидрослюда, монтмориллонит). Алевритовый компонент, распространенный в породе беспорядочно, составляет 7% поверхности шлифа. Представлен: 1 - зернами кварца (4%) полуокатанной формы, до неокатанной, мелкоалевритовой размерности 0,01 -0,05 мм (некоторые зерна кварца по периферии коррелированны); 2 -гроздевидными агрегатами глауконита зеленого цвета, размером от 0,015 до 0,08 мм (2%); 3 - бесцветными удлиненными чешуйками слюды длиною от 0,015 до 0,17 мм (2%).
Органогенная часть сложена кремнистыми и карбонатными организмами, причем последние доминируют. Первые присутствуют в виде радиолярий сферической формы плохой сохранности. Вторые - фораминиферы или их обломки и кокколиты, с преобладанием последних. Кальцит в породе представлен несколькими разновидностями -порошковатым, микрозернистым и тонкозернистым. Порошковатый отмечается в составе пелитоморфной массы. Микрозернистый, как правило, слагает основную массу. Тонкозернистый - образует агрегаты кристалликов кальцита с плохо окристаллизованными гранями, развитыми в пустотах и порах. Отличительной чертой слабоглинистых кремнеземистых мергелей является алсвро-микрозернистая структура (рис. 5.4). Основная микрозернистая масса распределена по породе равномерно, занимая приблизительно 70% поверхности шлифа, а на долю находящейся в подчиненном количестве иелиюморфной приходится 20%. Микрозернистая часть представлена кальцитом с подчиненным количеством кремнистого материала, иелитоморфная - преимущественно минералами кремнезема с незначительной примесью цеолитов группы гейландита и глинистых минералов (гидрослюда, монтмориллонит). Алевритовый компонент составляет до 10% поверхности шлифа, распространен по породе беспорядочно и представлен кварцем, глауконитом и слюдой. Зерна кварца (6%) размером от 0,01 до 0,07 мм имеют иолуокатанную, реже неокатанную форму. По периферии некоторых из них отмечается реакционная кайма из изотропного вещества (опала). Глауконит (2%) встречается в виде сферолитов неправильной формы зеленого цвета, размером от 0,01 до 0,075 мм. Слюда (2%) имеет удлиненно игольчатую форму длиною 0,015 -0,14 мм. Органогенная часть включает в себя известковые и кремнистые организмы. Известковые разделяются на фораминиферы и кокколиты. Кремнистая органика состоит из плохой сохранности скелетов радиолярий сферической формы, размером до 0,06 мм.
В породе отмечается вторичный (хемогенный) кальцит, представленный двумя разновидностями - микрозернистым и тонкозернистым. Микрозернистый всфечается в основной массе и выполняет полости скелетных остатков. Тонкозернистый отмечается в виде агрегатов кристалликов кальцита, развитых как в пустотах, так и в порах. Мри интерпретации данных ИКС для слабоглинистых кремнеземистых мергелей, присутствие карбоната подтверждается узкими полосами 877 и 715 см"1 средней интенсивности, а одиночные спектры полос 474 и 793 см"1 присуши тридимиту.
Минеральные ассоциации пелитовой фракции средней пачки
На схеме минеральных ассоциаций пелитовой части для второй пачки кремнистых пород сантона выделяются шесть зон, как и для первой (рис. 7.2). Первая зона с каолинит-гидрослюдисто-монтмориллонитовой ассоциацией пользуется наибольшим распространением на исследуемой площади. Как правило, количество каолинита и гидрослюды находится в одинаковом соотношении, не превышая 25% (для каждого минерала), в то время как монтмориллонитовой составляющей более 50%. В единичных случаях отмечается апатит (до 10%). Вторая зона выделена на карте в двух местах. Одна протягивается полосой с юго-востока (с. Староникольское), проходя через населенные пункты (д. Михнево, р/ц Нижнедевицк, д. Кучугуры, п. Нижнедевицк) на северо-запад (д. Котовка). Другая отмечается на северо-востоке, начинаясь от д. Ст. Ведуга I-я в сторону д. Малая Верейка. Эта зона характеризуется наличием цеолитов группы гейландита, количество которых может достигать 25%, и полным отсутствием каолинита. Гидрослюды до 10-15%, а количество монтмориллонита превышает 50%, обычно составляя 65%. В районе д. Кучугуры и п. Нижнедевицк в породе присутствует апатит. Третья зона с гидрослюдисто-монтмориллонитовой ассоциацией характеризуется повышенным содержанием монтмориллонита (более 75%) и незначительным гидрослюды. Зона развита на северо-западе (д. Куликовка Воловский район Липецкой области) в виде незначительного останца и на северо-востоке, где протягивается узкой полосой с юга на север отд. Ст. Ведуга 1-я.
Четвертая зона прослеживается на севере территории, протягиваясь в субмеридиональном направлении от д. Нижнее Большое на восток к д. д. Набережное и Новосильское и далее на север (д. Михайловка). Для этой зоны с гидрослюдисто-каолинит-монтмориллонитовой ассоциацией характерным является повышение содержаний каолинита (30-50%), количество гидрослюды составляет 10-20%. Пятая зона приурочена к северной и северо-западной краевым частям территории, протягивается в субширотном направлении от д. Казинка до д. Волово. Здесь каолинит превалирует над другими минералами (50-75%), а количество монтмориллонита уменьшается и составляет 15-25%, гидрослюды столько же, как в четвертой зоне. Шестая зона пользуется наименьшим распространением на исследуемой площади и развита локально в районе д. Новосильское и возле п. Нижнедевицк. Для этой зоны характерно одинаковое количество гидрослюды, каолинита, монтмориллонита. Третья (верхняя) пачка, слагающая верхнюю часть кремнистой толщи, характеризуется незначительными вариациями минеральных ассоциаций. Так, на большей части территории для нее характерна каолинит-гидрослюдисто-монтмориллонитовая ассоциация. Количества каолинита и гидрослюды составляют по 10-20%, а монтмориллонита от 50% и более. По условной линии д. Волово - д. Новосильское - д. Вторые Тербуны проходит граница, выше которой на север увеличивается количество каолинита до 50 % при соответствующем уменьшении содержаний монтмориллонита. 7.3. Зависимость минерального сотава пелитовой составляющей сантонских отложений от литологических особенностей подстилающих пород При сравнении минеральных ассоциаций по площади выявляется ряд особенностей.
Первая пачка, приуроченная к основанию разреза, на всем своем протяжении характеризуется значительным разнообразием минерального состава. На большей части территории, в пределах Воронежской и Курской областей, в пелитовой части присутствуют цеолиты группы гейландита, фторапатит, отсутствует каолинит. При продвижении на север из набора минеральных ассоциаций выпадают цеолиты и фторапатит, и их место занимают минералы, характерные для континентальных обстановок - каолинит и гидрогетит. Их роль в составе этой пачки резко увеличивается на незначительном расстоянии в северном направлении. Для объяснения изменений минеральных ассоциаций с появлением каолинита и исчезновением цеолитов в субмеридиональном направлении обратимся к одному из частных случаев и рассмотрим карту минеральных ассоциаций первой "базальной" пачки на Казинском участке Михайловского месторождения кремнистых глин (рис. 7.3). На схеме выделяется достаточно большое количество зон с характерным набором минералов. Вместе с тем, отмечается смена минеральных ассоциаций пелитовой части базальной пачки, связанная с подстилающими отложениями. Если последняя залегает непосредственно на сеноманских песках, то в ней по ассоциациям минералов выделяется три подзоны. Первая подзона (1-І) характеризуется значительным распространением и протяженностью в субмеридиональном направлении с севера на юг, прослеживается в западной части развития сантонских отложений. Для нее характерна гидрослюдисто-монтмориллонит-каолинитовая ассоциация. Содержание каолинита от 50 % до 75 %, хотя, иногда непосредственно на контакте встречаются маломощные до 20 см прослои или линзы со 100 % содержанием каолинита. Количество гидрослюды и монтмориллонита находятся примерно в равных количествах - от 10 до 20 %. Помимо этого очень часто отмечается присутствие гидрогетита до 20 %, а силициты развиты редко и в небольших количествах до 15 %. Подзона протягивается с севера на юг и фиксируется по скважинам: 226, 227, 225, 223, 235,201 и 243 (см. рис. 7.3). Вторая подзона (1-Й) прослеживается вдоль восточной границы области развития сантонских отложений узкой полосой субмеридионального простирания, пользуясь меньшим площадным развитием, чем первая. На юго-восточном фланге (скв. 207) она предположительно выделяется по границе распространения сеномана. На севере участка, в районе скважины 213, подзона образует, как бы, ореол вокруг области развития туронских отложений (скв. 222, 221) Во второй подзоне содержание каолинита незначительно уменьшается и составляет 30-50 %, а наряду с этим наблюдается увеличение до этих значений количества монтмориллонита, содержание гидрослюды не изменяется. Третья подзона (I-III) с гидрослюдисто-каолинитовой ассоциацией располагается в центральной части объекта (скв. 233). Количество каолинита превышает 75%. Помимо них на дифрактограммах фиксируются рефлексы гидроокислов железа (10 %) и минералов кремнезема (10 %).
Вторая зона характерна для пород базальной пачки, залегающих непосредственно на туронских отложениях. Она разделяется на шесть подзон с разными минеральными ассоциациями. Рассмотрим их в направлении с севера на юг. Первая подзона (II-I) сложена гидрослюдисто-цеолит-монтмориллонит-каолинитовой ассоциацией (скв. 242) со значительным количеством кремнезема (40 %) и апатита (10 %). Для второй (Н-И) подзоны (скв. 234, 232, 239, 215, 216) с гидрослюдисто-каолинит-монтмориллонитовой ассоциацией наблюдается уменьшение каолинита и увеличение роли монтмориллонита до 75%. В некоторых случаях в этой подзоне имеет место повышенное количество кремнезема (скв 232, 215; 30-40%), и в единичных случаях отмечается присутствие апатита в незначительном количестве. (10%, скв. 239). Еще южнее в районе скв. 240 происходит увеличение роли монтмориллонита до 85% и ассоциация изменяется на каолинит-монтмориллонитовую (каолинита 10%), что позволяет выделить третью подзону (Н-Ш). В четвертой подзоне (II-IV) наблюдается значительное повышение содержаний каолинита до уровня монтмориллонитовых, их значения уравниваются и появляются цеолиты группы гейландита. Эта подзона (скв. 220, 196) цеолит-монтмориллонит-каолинитовой минеральной ассоциации. Также отмечается незначительное количество апатита. Количество кремнезема варьирует от 50 до 10%. Присутствие каолинит-цеолит-монтмориллонитовой ассоциации с примесью апатита позволяет выделить пятую подзону (II-V). Здесь возрастает роль монтмориллонита за счет уменьшения каолинита. Подзона прослеживается по скважинам 219 и 248а. Шестая (II-VI) подзона (скв. 245) характеризуется цеолит-гидрослюдисто-каолинит-монтмориллонитовой ассоциацией. Прослеживается на юго-востоке участка (скв. 245). Содержание монтмориллонита составляет 45%, апатита -10%.
Прогноз поисков месторождений и практическое применение кремнисто-глинистых пород в народном хозяйстве
Проведенный литолого-фациальный анализ сантонских отложений показал широкий спектр фациальных обстановок формирования кремнистых пород и их типов. Для решения геологических задач прикладного характера по поискам и прогнозированию кремнисто-глинистого сырья с определенными технологическими свойствами необходимо качественно оценить весь породный комплекс продуктивной толщи, выделить по разрезу и площади литологические типы пород, изучить их вещественный состав и его влияние на технологические параметры. Одной из основных задач было выяснение минерального состава пелитовой составляющей кремнисто-глинистых пород сантона, определяющего тип сырья, области использования в хозяйственных целях и влияющего на технологические процессы его переработки. Проведенный анализ качественного состава и количественных соотношений основных породообразующих компонентов пелитовой фракции (менее 0,005 мм) кремнисто-глинистых пород сантонского яруса позволил выделить ряд минеральных ассоциаций и объединить их по площади в зоны. Полученные результаты исследований минерального состава сантонских отложений и сведения о характере его распределения по площади и в разрезах позволяют прогнозировать определенные виды кремнисто-глинистого сырья.
Главными компонентами минерального состава рассматриваемых отложений являются минералы свободного кремнезема, суммарные содержания которых достигают 90-95% объема породы. Глинистые минералы - каолинит, гидрослюда и монтмориллонит для выделения литотипов не используются, а лишь характеризуют качественный состав петрографических разностей. Определяющим минеральным критерием выделения литотипов является аморфный кремнезем с вариациями его содержаний от первых процентов в глинах до 30-35% - в опоковидных разностях. Присутствующие в незначительных количествах глауконит, фосфаты, цеолиты, гетит лишь дополняют представления о фациальных обстановках осадконакопления основных породообразующих компонентов и возможных путях их трансформации в процессе литогенеза.
Кремнистые породы (трепела, опоки, кремнисто-глинистые разновидности) представляют собой ценный природный материал, обладающий целым набором полезных свойств, таких как адсорбционная способность, высокая пористость, термостойкость, гидравлическая активность, химическая стойкость к кислотам и щелочам, что позволяет использовать его в различных отраслях народного хозяйства. Кремнистое сырье используют в качестве гидравлических добавок, адсорбентов, теплоизоляционных и полировальных материалов, наполнителей, фильтров, катализаторов, для производства изделий из керамики, а также в строительной промышленности и сельском хозяйстве и т. д. [75, 38]. Для расширения минерально-сырьевой базы Липецкой и Воронежской областей и выявления промышленных залежей сырья с целью использования его в различных отраслях народного хозяйства были проведены комплексные поисковые и оценочные работы [128, 131, 133], в которых принимал участие и автор [16, 48, 29]. Основываясь на результатах, полученных после физико-механических испытаний, которым подвергалось глинисто-кремнистые породы отложений сантонского яруса Воронежской антеклизы, а также с учетом лабораторных анализов, можно сделать вывод о том, что качественные характеристики трепелов, опок и их разностей полностью удовлетворяют технологическим требованиям на использование их в той или иной отрасли промышленности.
На литолого-фациальной карте, с учетом вариаций вещественного состава пород можно выделить следующие перспективные на поиски кремнисто-глинистого сырья площади, соответствующие фациальным зонам: южную, центральную, Погожево - Новосильскую и северную (Куликовско-Казинскую) (рис. 9.1). На южной площади, в породном комплексе кремнистой толщи сантонского яруса преобладают опоки глинистые. Нижняя пачка, приуроченная к основанию толщи, представлена глиной трепеловидной, в различной степени алеврити стой с содержанием аморфного кремнезема около 30%. В минеральном составе глинистой фракции преобладает цеолит-гидрослюдисто-монтмориллонитовая ассоциация. Средняя часть разреза сложена опокой глинистой с цеолит-гидрослюдисто-монтмориллонитовой и каолинит-гидрослюдисто-монтмориллонитовой ассоциациями фракции менее 0,005 мм. Количество аморфного кремнезема достигает 52%. Для третьей пачки, слагающей верхние части кремнистой толщи преобладающим литологическим типом является также опока глинистая с подчиненным отношением трепела глинистого при содержании аморфного кремнезема от 32 до 51%. Эта пачка характеризуется каолинит-гидрослюдисто-монтмориллонитовой ассоциацией пелитовой части. В пределах площади кремнистые породы подстилаются нижним горизонтом сантонского яруса представленным мелоподобным мергелем. Контакт резкий, неровный, подчеркивается ожелезнением. Они перекрываются плащеобразно залегающими четвертичными отложениями, среди которых можно выделить донской горизонт и нерасчлененный комплекс субаэральных образований. Литологически неоплейстоценовые отложения представлены суглинками и супесями с редкими включениями валунов. В пределах этой площади можно выделить два перспективных участка: Староникольский и Сычевский. Они характеризуются сходным геологическим строением, в пределах выделенных площадей, за исключением продуктивного горизонта (практически для каждого участка выделяется специфический литологический комплекс силицитсодержащих пород).
Кремнистое сырье рассматриваемой площади пригодно для получения легковесного строительного и пустотелого трепельного кирпича по методу пластического формования марки "150"-"200", а так же в качестве гидравлической добавки в производстве цемента. Староникольский участок расположенный на юго-востоке исследуемой территории в Хохольском районе рядом с одноименным селом, приурочен к сводовой части водораздела рек Девица и Еманча. В плане кремнистые образования сантона образуют две разобщенные пластообразные залежи (северную и южную) вытянутые в субширотном направлении. Абсолютные отметки подошвы силицитовой толщи изменяются от 206 м в восточной части, до 210 м на западе. Мощность продуктивного горизонта варьирует от 3,6 до 6,2 м. Абсолютные отметки подошвы перекрывающих образований изменяются от 217 м в центральных частях выделенных залежей приуроченных к водоразделам до 208,5 м на склонах, а их мощность изменяется от 5,3 до 8 м. Прогнозные ресурсы по категории Pj составляют: для южной залежи 103880 тыс. м3, для северной 74480 тыс. м3. Сычевский участок расположенный на юге рассматриваемой территории в 8 км северо-западней с. Синие Липяги Нижнедевицкого района. Сантонская силицитовая толща развита на водоразделе рек Мелавка - Девица. В плане залежь имеет извилистую форму субширотного простирания, площадью около 23,2 км2. Мощность кремнистых образований может достигать 7 м. Абсолютные отметки кровли подстилающих пород увеличиваются в северозападном направлении от 208 до 213 м. Подошва перекрывающих пород может изменяться от 212 до 220 м. Прогнозные ресурсы по категории Р2 для этого участка составляет 109040 тыс. м3. Центральная площадь является наиболее перспективной и занимает значительную часть Нижнедевицкого района Воронежской области. В 1963 году при проведении поисковых работ разведано пять участков, из которых только один был рекомендован к дальнейшему изучению. Однако новые данные, полученные при доизучении в 2000 году ФГПУ "Воронежгеология" (в этих работах принимал участие и автор), дали более достоверную информацию по сравнению предыдущими, что позволило выделить дополнительно еще три перспективных участка.
