Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Общегеологическая характеристика района исследований 12
1.1. Структурно-тектоническая характеристика Воронежской антеклизы 12
1.1.1. Общие замечания 12
1.1.2. Кристаллический фундамент 13
1.1.2.1. Строение и рельеф 13
1.1.2.2. Разломы 15
1.1.3. Осадочный чехол 15
1.1.3.1. Вендско-кайнозойский (плитный) структурный мегакомплекс 17
1-1.3.2. Области динамического влияния разломов фундамента.23
1.2. Стратиграфия объекта исследований 24
1.2.1. Докембрийские образования 24
1.2.2. Палеозойские отложения 26
1.2.2.1. Девонские отложения 26
1.2.2.2. Каменноугольные отложения 42
1.2.3. Мезозойские отложения 42
1.2.4. Кайнозойские отложения 42
1.3. Общие данные о геологической истории развития Воронежской антеклизы 44
Глава 2. История литолого-стратиграфического изучения объекта исследований 49
Глава 3. Литолого-фациальный анализ отложений девона Воронежской антеклизы 52
3.1. Литолого-фациальный анализ 52
3.1.1. Общие замечания 52
3.1.2. Характеристика макрофаций, фаций и генетических типов девонских отложений Воронежской антеклизы. Гумидный климат 56
3.1.3. Характеристика макрофаций, фаций и генетических типов девонских отложений Воронежской антеклизы. Аридный климат 74
3.2. Цикличность девонских толщ 81
3.2.1. Общие замечания 81
3.2.2. Строение циклитов 81
3.2.3. Анализ циклов девонской седиментации 85
3.3. Выводы 97
Глава 4. Своеобразие седиментофонда — индикатора процессов седиментации в девонском периоде Воронежской антеклизы 103
4.1. Анализ терригенной седиментации 103
4.2. Анализ состава и распределения глинистых минералов 108
4.2.1. Общие замечания 108
4.2.2. Комплексы глинистых минералов и их распределение по разрезу и площади 110
4.3. Анализ распределения и эволюции состава карбонатных пород 119
4.3.1. Состав карбонатных пород и их распределение по разрезу 121
4.3.2. Способы формирования карбонатных пород и анализ биоценозов 124
4.4. Анализ органического вещества 131
Глава 5. Дискретность процессов девонской седиментации на Воронежской антеклизе 135
5.1. Общие замечания 135
5.2. «Синседиментационные перерывы» в разрезах девона Воронежской антеклизы. Процессы и продукты 138
Глава 6. Стадиальный анализ постседиментационных преобразований 151
6.1. Общие замечания 151
6.2. Стадия диагенеза 152
6.2.1. Диагенетическое минералообразование 154
6.3. Стадия катагенеза 160
6.3.1. Фоновые раннекатагенетические преобразования 164
6.3.2. Наложенные (вторичные) изменения 167
6.3.2.1. Вторичное минералообразование, связанное с гипергенными инфильтрационными водами 167
6.3.2.2. Вторичное минералообразование, связанное с галогенными напорными растворами 171
6.4. Стадия гипергенеза 173
Заключение 175
Список публикаций по теме диссертации 178
Список использованной литературы 180
- Вендско-кайнозойский (плитный) структурный мегакомплекс
- Характеристика макрофаций, фаций и генетических типов девонских отложений Воронежской антеклизы. Гумидный климат
- Комплексы глинистых минералов и их распределение по разрезу и площади
- Стадия гипергенеза
Введение к работе
Актуальность. В работе изучаются аспекты одной из актуальных проблем литологии: раскрытие генетической сущности процессов и факторов осадконакопления (седиментогенеза) и постседиментационного породообразования (литогенеза) относительно различных геологических условий формирования и эволюции осадочных палеобассейнов (ОБ) на континентальных блоках земной коры. Исследование особенностей седименто- и литогенеза в ОБ, принадлежащих к различным структурно-текюническим элеменгам оеадочнош чехла крашнов, было и продолжает оставаться предметом внимания литологов, стратиграфов, геологов-нефтяников, исследователей твердых (металлических и неметаллических) полезных ископаемых и гидрогеологов. Однако до сих пор в данном аспекте разнотипные платформенные ОБ изучены весьма неравномерно. Объектами главного интереса литологов служат преимущественно депрессии — синеклизы, авлакогены, внутриконтинентальные рифты; а крупные положительные палеоструктуры исследовались реже и не так детально. Между тем, существовавшие на протяжении длительных геологических эпох обстановки чрезвычайно медленных, прерывистых и малоамплитудных погружений дна ОБ в пределах антеклиз влияли определенным образом на своеобразия фациальных принадлежностей и вещественных составов осадков, и на своеобразия механизмов их постседиментационных преобразований и изменений. Здесь по-другому, чем в соседних впадинах, происходила эволюция процессов аутигенного минералогенеза; по-другому осуществлялись синхронные трансформации органических и минеральных породных компонент; в иной степени сказывались влияния климатических, тектонических, фациальных, гидрогеологических и др. факторов на седиментогенез, литогенез и рудогенез (в том числе). Для раскрытия этих закономерностей удобным модельным объектом служит Воронежская антеклиза (ВА), стабильно сохранявшая свой палеотектонический режим на протяжении очень долгого времени - от позднего докембрия до наших дней. Работа автора выполнялась в рамках госбюджетной темы кафедры литологии и морской геологии геологического факультета МГУ: "Эволюция типов осадочного процесса, закономерностей седименто- и литогенеза на континентальных блоках земной коры (в фанерозое)". Вместе с тем, автор принимала участие (как исполнитель) в исследованиях 3-ех грантов РФФИ: 1) № 99-05-64740 (МГУ), 2) № 01-05-64281 (ТИН РАН), 3) № 04-05-64045 (МГУ) и ФЦП «Интеграция» ГИН РАН - МГУ (проект № ИО 865/782).
Цель работы: Комплексное литологическое изучение девонских отложений ВА для восстановления истории эволюции процессов и условий седиментации и постседиментационных изменений; создание модели седименто- и литогенеза применительно к обстановкам прерывистого и малоамплитудного погружения антеклиз.
Задачи исследования:
-
Выявление методом детального литолого-фациального анализа послойно описываемых разрезов основных генетических типов и фаций девонских отложений ВА. Изучение их пространственных и временных соотношений.
-
Построение фациальных профилей и фациально-палеогеографических карт девона ВА.
-
Изучение вещественных составов фациальных комплексов отложений девона и выявление их связей с питающими палеопровинциями.
ШАЛЬНАЯд )ТЕКА }
РОС НАЦИОНАЛЬНА»] БИБЛИОТЕКА СПетсрбу О» МО"
-
Изучение компонентных составов и количественные оценки породообразующего биоса и его эволюции относительно оценки условий карбонатной седиментации в девонских морях ВА.
-
Раскрытие процессов, свойственных этапам существенного замедления или приостановки седиментации в ОБ. Классификация этих процессов и их продуктов; детализация их признаков.
-
Исследование своеобразия литогенетических преобразований девонских осадочных комплексов в условиях прерывистого и малоамплитудного погружения ВА; выявление зависимостей постседиментационных изменений от фациальной природы осадков и других экзо- и эндогенных факторов влияния на литогенез.
Научная новизна: Для раскрытия условий и процессов седименто- и литогенеза отложений девона Воронежской антеклизы впервые применен метод комплексного литолого-фациального и стадиального анализа отложений. Единый методологический генетический подход позволил автору принципиально по-новому подойти к решению указанных выше задач.
1. Впервые разработана детальная генетическая классификация девонских
отложений. Главными ее категориями являются генетические типы и 17 фаций,
сгруппированных в 6 макрофаций отложений, которые включают континентальные,
заливно-лагунные, прибрежно-морские, мелководно-морские эпиконтинентального
бассейна. В основу этой классификации положены выявленные конкретные признаки
исходных осадков. Построены детальные фациальные профили, фациальные карты для
шести временных срезов, а также общая модель седиментации девонского периода
территории ВА.
2. На основе всестороннего изучения вещественного состава терригенных пород
девонской системы уточнены источники сноса терригенного материала, прослежена их
эволюция во времени, выявлена зависимость состава и эволюции минерального вещества
от климатических и тектонических факторов.
3. Впервые в девонских отложениях установлена большая роль мелких
(«синседиментационных») перерывов осадконакопления, составлена классификация
образований, возникающих при существенном замедлении или приостановке
седиментации, систематизированы их диагностические признаки и характер процессов.
Предпринята попытка оценить продолжительность перерывов.
-
На основе изучения седиментогенных и биогенных компонентов карбонатных отложений девона ВА и анализа современной литературы по проблемам генезиса доломитов предлагается отличная оа храдиционных модель доломитообразования в фаменское время.
-
В целом работа является вкладом в решение проблемы различия условий и процессов постседиментационного литогенеза осадочных комплексов положительных и отрицательных платформенных структур. Объясняются механизмы породных изменений на антеклизах и влиявшие на них факторы.
Фактический материал: В основе работы лежит обширный фактический материал, собранный автором в течение 2-х полевых сезонов. Исследования проводились на территории Липецкой, Воронежской, Белгородской, Курской и Тамбовской области (Приложение, рис.1). -Этот материал значительно дополнен керном скважин, предоставленным кафедрой палеонтологии МГУ. Всего описано до 1000 м керна скважин,
детально откартированы стенки 6 карьеров и дополнительно описаны разрезы 10 обнажений. Изучено 700 шлифов, свыше 100 дифрактограмм глинистой фракции, выполнено 97 карбонатных анализов. Эти данные дополнены анализом литературных и фондовых работ предшественников. Методика исследований:
Для изучения девонских отложений ВА применялся широкий спектр методов лишлою-фациального исследования. Кроме того, использовались минералого-петрографический, рентгено-фазовый, конкреционный, карбонатный и стадиальный анализы.
Метод литолого-фациалъного исследования заключается в комплексном изучении: структур отложений, отражающих характер седиментации; текстурных признаков, отражающих динамику среды и способ осадконакопления; состава фауны; наличия или отсутствия органического вещества, в том числе наземного, свидетельствующего о глубине бассейна и близости суши; состава минеральных компонентов, отражающего источники сноса материала. Использованный метод основан на анализе большого числа седиментогенных признаков, относящихся как к самим осадкам (около 20), так и к их соотношению со смежными образованиями (свыше 10) [Тимофеев, 1998]. Под литологическим типом осадков и пород (литотипом) понимается терригенное, биогенное, хемогенное, вулканогенное, магматогенное вещество, обладающее всем комплексом признаков, приобретенных в процессе седименто- и литогенеза. Под генетическим типом осадков (генотипом) понимается один или несколько парагенетически связанных литологических типов осадков (литотипов), представленных совместно или раздельно терригенными, биогенными, хемогенными, вулканогенными, интрузивными компонентами, обладающими совокупностью признаков осадков и отражающих общность их накопления. Под фациалъным типом осадконакопления (фацией) подразумевается как комплекс физико-географических (ландшафтных) условий среды осадконакопления, так и парагенетически связанные генетические типы осадков, обладающие определенным сочетанием генетических признаков осадков (условия+осадок).
Метод циклического анализа использовался как для корреляции разрезов, так и в целях генетического анализа. Осадочный цикл понимается как законченный круг взаимосвязанных явлений, приводящих к формированию геологического тела — циклита. Циклит - парагенез слоев, связанных более тесно друг с другом, чем со смежными парагенезами, от которых они отделены границами большей резкости [Фролов, 1995]. Специфика данной методики состоит в анализе сочетаний структурно-морфологических признаков с 1 енегаческими: выделяемые по структурным признакам элементарные циклиты и границы между ними получают конкретную генетическую интерпретацию.
Метод стадиального анализа состоит в распознании в породах признаков, возникших после осадконакопления, и расшифровке многостадийной истории формирования этих пород. Сущность стадиальных исследований сводится к выявлению всех изменений седиментогенных породных компонентов (обломочных, биогенных, вулканогенных, хемогенных) и последовательности формирования парагенезов аутогенных минералов, вторичных структур и текстур посредством оптических наблюдений во множестве шлифов, с конкретной их привязкой к детально описанным геологическим разрезам, генетическим типам и фациям [Япаскурт, 1991]. Таким способом
анализ постседиментационных признаков осуществлялся системно - на разных уровнях организации вещества: минеральном, породно-слоевом, фациальном.
Изучение пород проведено путем макроскопического описания, и исследования в шлифах на поляризационном микроскопе Polam L - 213М. Для диагностики состава глин и тонкодисперсных цементов обломочных пород использован также метод рентгено-фазового анализа фракции <0,005 мм в ориентированных препаратах на установке ДРОН-2. Карбонатные породы, помимо изучения в шлифах, исследованы с помощью карбонатного анализа, позволившего определить точное количественное содержание кальцита, доломита и нерастворимого остатка. Этот анализ осуществлен с помощью автокальциметра. Органическое вещество изучалось петрографическим способом и методом определения величин отражения витринита, которые измерялись на микроскопе-спектрофотометре МСФУ-ЭВМ. Конкреционный анализ применен к стяжениям карбонатного и кремневого состава, часто встречаемым в отложениях девона ВА.
Теоретическое и практическое значение работы заключается в разработке генетической классификации девонских отложений ВА; составлен рабочий атлас структур и текстур генетических типов девонских отложений.
Разработана классификация процессов и образований, возникающих при существенном замедлении или приостановке седиментации в древних эпиконтинентальных ОБ антеклиз на примере девонских отложений ВА; составлен рабочий атлас соответствующих образований.
Разработана классификация литогенетических процессов и их продуктов в условиях малоамплитудного или прерывистого погружения; составлен рабочий атлас минерально-структурных литогенетических парагенезов. Полученные материалы используются в учебном процессе по курсу «Литология» и «Стадиальный анализ».
Проведенные литолого-фациальное, палеогеографическое и стадиальное
исследования представят интерес для уточнения прогнозных оценок мест возможной
локализации многих видов полезных ископаемых: титана, огнеупорного, химического,
керамического сырья, флюсового сырья для металлургических предприятий,
строительного щебня, а также производства муки для известкования почв, и др.
Публикации. Защищаемые положения, обоснованные фактическим материалом, освещены в 12 публикациях, приведенных в прилагаемом списке работ.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации докладывались на Международной научной конференции VIII чтения А.Н. Заварицкого (Екатеринбург, ИГГ УрО РАН, 2002); XXXVI Тектоническом совещании (г. Москва, МГУ, 2003 г); 3-ем Всероссийском литологическом совещании (г. Москва, ГИН РАН, 2003 г.), на научной сессии, посвященной 20-летию кафедры литологии и морской геологии МГУ (декабрь 2003 г.), дважды (2003 и 2004 г.) на заседаниях упомянутой кафедры, а также на Молодежной школе-конференции XXXVII тектонического совещания (г. Москва, ГИНРАН,2004г.).
Благодарности. Автор глубоко благодарен научному руководителю, проф. О.В. Япаскурту за постоянную и разностороннюю помощь в ходе подготовки диссертации; а также чл.-кор. РАН П.П. Тимофееву за благожелательные советы. Многие научные взгляды автора сформировались в процессе совместной работы и дискуссий с проф. В.Т. Фроловым, которому автор выражает свою искреннюю и глубокую признательность. Подготовка диссертации была бы невозможна без фактического материала, отобранного в
совместных маршрутах с зав. лаб. ГИН РАН М.Г. Леоновым, общение с которым существенно обогатило знания благодарного автора. Фактический материал был бы не полным без кернового материала, любезно предоставленного сотрудниками и аспирантами каф. палеонтологии МГУ. Неоценимую помощь на различных этапах оказали сотрудница этой кафедры сне Л.И. Кононова, сне ГИН РАН И.Е. Стукалова; ст. преп. В.Л. Косоруков и др. коллеги по кафедре литологии и морской геологии. Им автор признателен за ценные советы, плодахворные дискуссии и критические замечания. Особую благодарность за предоставленные геологические материалы автор высказывает проф. А.Д. Савко и др. сотрудникам Воронежского гос. университета. Отдельно хотелось бы поблагодарить свою семью за безграничное терпение и всестороннюю поддержку и помощь.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, заключения, библиографического списка из 113 наименований; включает 8 таблиц, 29 иллюстраций; содержит 5 тематических структурно-текстурных атласов исследуемых отложений. Объем текста - 189 стр. Объем атласов - 85 стр.
Вендско-кайнозойский (плитный) структурный мегакомплекс
Вендско-кайнозойский структурный мегакомплекс развит почти повсеместно и перекрывает породы рифея и кристаллического фундамента. Исключение составляет район с. Нижний Мамон Воронежской области, где образования фундамента выходят на дневную поверхность.
В составе плитного структурного мегакомплекса, разделенного поверхностями несогласий на более дробные возрастные и структурно-формационные подразделения, наибольшее развитие имеют эйфелъско-пашийский и саргаевско-турнейский структурные подкомплексы, в основном сложенные сильно редуцированным набором формаций девона. Подстилающие их вендские отложения, слагающие валдайский структурный подкомплекс, развиты на северо-западном замыкании антеклизы, где облекают Суражский выступ и Стародубское поднятие кристаллического фундамента.
В своде рассматриваемой структуры преимущественно развиты отложения нижнещигровского горизонта, подвергшиеся предсеноманскому размыву, а на крыльях - более молодые отложения девона [Раскатов, 1976]. Наиболее приподнятая часть антеклизы осложнена Павловским и Щигровским сводами, перекрытыми мезозойским структурным комплексом, моноклинально погружающимся как в направлении Днепровско-Донецкой впадины, так и в сторону Рязано-Саратовской седловины. Основные тектонические элементы девонско-триасового структурного комплекса в мезозое проявляются фрагментарно.
Павловский свод, проявляющийся в рельефе кристаллического фундамента и структуре девонских отложений, имеет северо-западное простирание. Осевая линия проходит в направлении сел Верхний Мамон -Русская Буйловка - Коротояк. Длина его по замкнутой стратоизогипсе подошвы ястребовского горизонта 30 м составляет более 160 км при ширине 40-60 км. В кристаллическом фундаменте, расчлененном разломами на блоки, ему соответствует плоское поднятие с абсолютными отметками кровли от -10 до 70 м и резкими уступами на юго-западном, восточном и северо-восточном склонах, осложненных в большинстве своем нарушениями. К последним в нижней части девона приурочено крутое падение пород ястребовского горизонта [Раскатов, 1976], что свидетельствует об активности тектонических движений на раннем этапе формирования осадочного чехла. Амплитуда свода составляет около 40 м. К северо-востоку от наиболее приподнятой части наблюдаются отдельные локальные поднятия изометричной и полузамкнутой формы с амплитудой, не превышающей 10-15 м. Свод рассечен Лосевско-Мамонским разломом, имеющим глубинное заложение, что подтверждается материалами сейсморазведки. Также отмечаются излияния базальтов и присутствие эффузивов в ястребовских отложениях.
Щигровский свод располагается между г.Острогожском - на юго-востоке и г.Железногорском - на северо-западе; от Павловского свода отделяется седловиной в районе р.Тихой Сосны. Размеры его составляют 200x90 км, Юго-западное замыкание структуры ранее называлось Репьевско-Острогожским поднятием [Раскатов, 1976]. В кристаллическом фундаменте ему соответствует сильно дислоцированная зона, приуроченная к области развития нижнепротерозойского палеорифта. Наиболее высокое гипсометрическое положение фундамента наблюдается в центральной части структуры (40-50 м) и на отдельных горстообразных выступах (90 м). В грабенообразных понижениях, особенно на северо-западе, абсолютные отметки снижаются до 90 м. Относительные превышения выступов по отношению к отрицательным структурам составляют 100 ми более.
Тектонические элементы имеют линейный характер, но наблюдаются и изометричные формы, происхождение которых связано с локальными тектоническими подвижками разного знака в пределах интрузий различного состава и вулканотектонических структур. Одна из них предположительно выделена в 10-15 км к востоку от г.Курска; имеет грабенообразное строение и выполнена каменноугольными породами. Поднятия проявляются частично в доверхнедевонских отложениях. Структуры являются погребенными. Некоторые из осложняющих структур проявились в современной поверхности палеозоя, имеющей эрозионно-тектоническое происхождение.
Щигровский свод является асимметричным; юго-западный склон крутой; а северо-восточный пологий; наклон слоев девона на отдельных участках составляет 2-3 м/км.
Белгородская моноклиналь располагается на юго-западном склоне Воронежской антеклизы - между городами Рыльск - на северо-западе и Кантемировка - на юго-востоке. Ограничениями ее на северо-востоке является наиболее приподнятая часть антеклизы с погребенными сводами. На юго-западе, вне пределов рассматриваемой территории, описываемая структура сопряжена с Приднепровской моноклиналью Украинской синеклизы.
Описываемая структура слагается отложениями нижнего карбона и мезо-кайнозоя, круто наклоненными на юго-запад. В этом же направлении возрастают мощности отложений, достигая 1,0-1,5 км. Погружение слоев, особенно каменноугольных, происходит неравномерно, так как кристаллический фундамент расчленен продольными нарушениями на блоки, ступенеобразно погружающимися в направлении Днепровско-Донецкой впадины.
Уступы в виде сбросов и флексур установлены по линиям городов Льгов -Обоянь - Богучар, Белгород - Валуйки и Новый Оскол - с.Талы. Амплитуда их составляет 20-50 м, средний наклон отложений колеблется от 5-6 до 10-12 м/км. Отмечаются и другие протяженные уступы, но меньшей амплитуды [Раскатов, 1976], также контролируемые разломами. Структура проявляется и в мезозойских отложениях, но имеет несколько сглаженный характер.
Северо-восточный склон антеклизы в структурном отношении можно разделить на западную, центральную и восточную части, имеющие сложное и неодинаковое строение, что связано с разным характером развития. Западная часть располагается между Тульской моноклиналью Московской синеклизы и зоной, проходящей примерно по линии городов Рославль - Брянск - Карачев.
Современная структура плитного мегакомплекса этой территории тесно связана с поверхностью кристаллического фундамента, залегающего на абсолютных высотах от -300 до -55 м и имеющего сложный характер строения.
Тектонические нарушения расчленяют фундамент на блоки, погружающиеся в северо-восточном направлении до линии городов Спасс-Деменск - Барятино - Козельск, где ограничиваются зоной разломов северозападного заложения. На пересечении этих нарушений фундамент осложнен Ульяновской вулканотектонической структурой, изученной геофизическими методами, с кальдерой, имеющей амплитуду 100-150 м. Такого же типа тектонические элементы, вероятно, встречаются в районе городов Барятино и Чекалин.
По-видимому, сложный рельеф фундамента характерен и для других площадей, особенно в зоне сочленения с мегаблоком КМА, где могут быть узкие линейные структуры, подобные Шаблыкинскому и Дугнинскому грабенам.
В пределах участка плитный структурный мегакомплекс слагается в основном эйфельско-турнейскими и визейско-серпуховскими образованиями, погружающимися в северо-восточном направлении. Суммарная мощность отложений изменяется от 500 до 1000 м. Абсолютные отметки подошвы саргаевского горизонта колеблются от -0,1 до -0,3 км.
В структуре девона прослеживается полузамкнутая Жиздринская впадина, кроме того, девонские и нижнекаменноугольные отложения осложнены депрессиями и валами, имеющими изогнутую форму. К числу их относятся Дудоровский, Козельский, Черепетский, Серпейский, Неручский валы и Ногайская, Непольская, Думиничская и другие депрессии, По подошве малевского и алексинского горизонтов размеры структур составляют 30-80x5-15 м. В морфологическом отношении структуры асимметричные; наклон слоев составляет до 5 м/км и более. Амплитуде их колеблется от 30-50 до 70 м.
Характер соотношения структурных планов чехла с кристаллическим фундаментом наиболее изучен в пределах Дудоровского вала, расположенного по периферии Ульяновской вулканотектонической структуры. В фундаменте ему соответствует приподнятый блок, ограниченный разломами.
По-видимому, такой же характер соотношений наблюдается в пределах Козельского и Черепетского валов. Ногайская же депрессия располагается над понижением в кристаллическом фундаменте.
В зоне Черепетского вала отмечаются сильно минерализованные воды, используемые курортом "Краинка", что свидетельствует об активизации тектонических движений. В рассматриваемом районе имеются и другие кольцевые структуры, установленные по материалам дешифрирования КС.
Центральная часть северо-восточного склона Воронежской антеклиэы, называемая Ефремовской моноклиналью, располагается между Двуреченско-Липецким, Глушковско-Хотынецким и Щекинским разломами. Граница на юго-западе проходит по зонам разломов в районе городов Семилуки, Новосиль, Мценск. Строение этой территории изучено слабо.
Кристаллический фундамент наклонен на северо-восток. Абсолютные отметки колеблются от -100 до -760 м. При этом резкие перепады глубин фундамента, по-видимому, наблюдаются в зонах ступенчатого погружения, а также в районах городов Лебедянь и Елец, где имеется выступ размером 80x15 км. В этом же направлении погружается плитный структурный мегакомплекс, в строении которого участвуют в основном девонские и мезо-кайнозойские отложения общей мощностью до 900 м. Каменноугольные породы встречаются на северо-востоке территории и имеют небольшую мощность.
На фоне пологого погружения подошвы саргаевского горизонта, имеющего уклон 2-3 м/км, отмечаются Русско-Бродский, Измалковский, Чернский и Упинский выступы разной ориентировки, выявленные в верхних горизонтах осадочного чехла и имеющие плоские вершины и малую амплитуду.
Характеристика макрофаций, фаций и генетических типов девонских отложений Воронежской антеклизы. Гумидный климат
Накопление девонских отложений (обломочных, глин и карбонатов) в эпоху гумидного климата происходило в континентальных, заливно-лагунных, прибрежно-морских условиях и относительно удаленных от берега участков дна чрезвычайно мелководного эпиконтинетального морского бассейна.
МАКРОФАЦИЯ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИБРЕЖНО-КОНТИНЕТАЛЬНОЙ ПРИМОРСКОЙ РАВНИНЫ.
Аллювиальные отложения распространены незначительно. Небольшой набор фациальных типов, относящихся к данной макрофации, представлен редуцированными разрезами с малыми мощностями. Палеореки в девонское время представляли собой малые реки и временные потоки [Яблоков, 1973]. Тем не менее в литературе описаны аллювиальные отложения девонского возраста в различных частях Русской платформы. Материалов о расположении речной сети не приводится.
Среди аллювиальных отложений прибрежно-континетальной приморской равнины ВА установлены осадки трех фаций: песчано-алевритовых отложений приустьевых частей русел равнинных рек; песчано-алевритовых отложений прирусловых частей поймы равнинных рек и алеврито-глинистых осадков заболоченных участков поймы речных долин (табл. 2).
Фация песчано-алевритовых отложений приустьевых частей русел равнинных рек (АРУ).
К осадкам данной фации относятся генетические типы АРУ-1 и АРУ-2.
Тип АРУ-1. Пески светло-серые, голубовато- и желтовато-серые, средне-, мелкозернистые, часто алевритистые, со средней сортировкой, с плоховыраженной мелкой косой однонаправленной, косой штриховатой слоистостью, иногда с ритмической сортировкой зерен, мелкими фрагментами древесных тканей, аттритом, подчеркивающем слоистость (Приложение 2, табл.1).
Осадки данного типа представлены песками алевритистыми, среднесортированными с ритмической сортировкой зерен в пределах каждого косого слойка. Слоистость мелкая косая однонаправленная сходящаяся. Мощность косых слойков в пределах косой серии колеблется от 0,5-1см, а угол наклона - 20-30. Мощность косых серий —5-Ю см, уменьшается вверх по разрезу. Граница раздела косых серий как правило горизонтальная. В самых верхних частях присутствуют прослои и линзы с косой штриховатой слоистостью. Для осадков данного типа характерны мелкие фрагменты древесных тканей и аттрит, часто располагающиеся между косыми сериями. Остатков фауны не обнаружено. Отложения данного типа имеют постепенный переход с вышележащими осадками типа АРУ-2. Мощность осадков - 2-5м.
Тип АРУ-2. Пески светло-серые, мелкозернистые, сильноалевритовые, иногда алеврит крупнозернистый песчаный, со средней сортировкой, мелкой косой однонаправленной, реже сходящейся слоистостью, редко со слабой ритмической сортировкой зерен, аттритом, подчеркивающем слоистость.
Осадки типа АРУ-2 залегают в верхней части и представлены песками мелкозернистыми сильноалевритовыми и алевритами. Сортировка несколько лучше, чем в типе АРУ-1. Сокращаются мощности косых серий, косых слойков и углов наклона косых слойков. В верхней части осадков данного типа появляются прослои и линзы песка. Эта часть разреза является переходной к пойменному аллювию. Растительные остатки встречаются в виде аттрита. Остатки фауны не обнаружены. Мощность осадков 1-Зм.
Основные генетические признаки осадков фации АРУ. 1. Песчаный и алевритовый состав осадков; 2. средняя сортировка материала и ритмическое расположение зерен (уменьшение снизу вверх в пределах каждого косого слойка); 3.общее уменьшение зернистости пород снизу вверх по разрезу; 4. окраска пород серая; 5. слоистость мелкая косая однонаправленная, реже сходящаяся; 6. уменьшение мощности косых серий вверх по разрезу; 7. фрагменты древесины, аттрит; 8.осадки перекрываются пойменными отложениями. Фация песчано-алевритовых отложений прирусловых частей поймы равнинных рек (АПП).
К данной фации относятся два генетических типа: АПП-1 и АПП-2. Тип АПП-1. Пески серые, голубовато-серые, мелко-, средне-, очень редко крупнозернистые, алеврито-глинистые, плохосортированные, со слабовыраженной крупной косой, иногда горизонтально-волнистой слоистостью, с малым количеством растительных остатков плохой сохранности. Осадки типа сложены песком серым, голубовато-серым, мелко- и среднезернистым алеврито-глинистым. На долю алевритового материала приходится 15-25%, глинистого - 10-20%. Сортировка осадка плохая. Песчаные зерна плохо- и полуокатаны. Слоистость слабовыраженная крупная косая. Растительные остатки плохой сохранности присуствуют в малом количестве. Осадки типа не карбонатные.
Тип АПП-2. Алевриты серые, голубовато-серые крупнозернистые песчано-глинистые, средне-, плохосортированные, со слабовыраженной горизонтальной слоистостью, с малым количеством растительных остатков плохой сохранности.
Осадки типа представлены алевритом крупнозернистым песчано-глинистым. Цвет серый и голубовато-серый. Сортировка материала колеблется от средней до плохой. Осадки имеют слабовыраженную горизонтальную слоистость за счет присутствия слойков, отличающихся по цвету и гранулометрическому составу. Растительные остатки в осадках типа встречаются в очень небольшом количестве.
Основные генетические признаки осадков фации АПП.
1. Алеврито-песчаный состав материала; 2. плохая, иногда средняя его сортировка; 3. плохая и полу- окатанность песчаных зерен; 4. серый, голубовато-серый цвет; 5. слабовыраженная крупная, горизонтальная слоистость; 6. редкие растительные остатки; 7. некарбонатность отложений; 8. отсутствие фауны. Фация алеврито-глинистых осадков заболоченных участков поймы речных долин прибрежно-континетальной приморской равнины (АПБ).
К данной фации относится генетический тип АПБ-1. Отложения фации замещают вверх по разрезу пойменные отложения.
Тип АПБ-1. Глины синевато-серые, буроватые до черного цвета, алевритистые, насыщенные тонким обугленным аттритом, с подчиненными слойками черного углистого алевролита, со слабовыраженной горизонтальной, реже линзовидной, слоистостью, с редкими линзами угля толщиной 2-3 см и протяженностью 20-30 см.
Основные генетические признаки осадков фации АПБ.
1.Глины и алеврито-глнинистые осадки; 2. темно-серая до черной, или буровато-черная окраска; 3.горизонтальная и линзовидная слоистость; 4. насыщенность тонким обугленным аттритом; 5. присутствие конкреций сидерита; б.тесная парагенетическая связь с осадками поймы других типов.
Формирование в девонский период полноценного болотного комплекса проблематично. Древнейшие угли, начало которым дали наземные растения, имеют девонский возраст [Мейен, 2001]. Проптеридофиты («псилофиты») и плауновидные, произраставшие в заболоченных участках речных долин и прибрежных континентальных низин, могли давать начало очень тонким пластам торфа, впоследствии превращающегося в уголь.
МАКРОФАЦИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ЗАЛИВОВ И ЛАГУН ЭПИКОНТИНЕНТАЛЬНОГО МОРСКОГО БАССЕЙНА.
Отложения заливов и лагун отвечают фациям заливно-лагунного прибрежного мелководья. Это условия прибрежного полуизолированного мелководья, непосредственно не связанных с выносом терригенного материала. Отложения заливов и лагун имеют большее распространение, замещают вверх по разрезу аллювиальные отложения и перекрываются отложениями подвижного мелководья.
Среди отложений заливов и лагун установлены осадки двух фаций: алеврито-песчаных отложений прибрежных частей заливов и лагун морского бассейна; алеврито-глинистых застойных участков заливов и лагун морского бассейна (табл. 3).
Комплексы глинистых минералов и их распределение по разрезу и площади
Результаты проведенных рентгенофазовых исследований показали, что девонские отложения ВА характеризуются ограниченным набором глинистых минералов. В глинистой фракции содержатся в основном каолинит и иллит, в небольших количествах присутствуют смешанослойные неупорядоченные образования типа иллит-смектит с произвольным соотношением пакетов слюды и смектита от 85:15 до 65:35 и типа хлорит-смектит, смектиты, хлорит, палыгорскит. Сочетания этих минералов формируют комплексы (ассоциации), которые с определенной закономерностью распределяются в различных отложениях девонского возраста изученных участков. Установлено 4 комплекса глинистых минералов.
Первый комплекс (рис. 17 А, Б) является практически мономинеральным каолинитовым, поскольку содержание смешанослойного минерала состава хлорит-сапонит и гидрослюды не превышает первых процентов.
Такой комплекс связан с глинисто-алевритовыми отложениями прибрежных и застойных участков лагун (фации МЛП и МЛЗ). Необходимо отметить, что кристаллическая структура этого каолинита обладает высокой степенью совершенства. Элювиальный каолинит по полевым шпатам и биотиту, сформировавшийся в корах выветривания по породам кристаллического фундамента, не испытывал долгого транспорта и отлагался в лагунах. Здесь благодаря высокому содержанию органического вещества, создавались условия, благоприятные не только сохранению, но и совершенствованию кристаллической решетки каолинита.
Второй комплекс ( см. рис. 17 В, Г, Д) - смешанослойный-каолинит-иллит - характеризуется почти равным содержанием каолинита и иллита или разницей в их содержании 15-20% с преобладанием того или иного минерала и резко подчиненным количеством смешанослойного минерала типа слюда-смектит неупорядоченного с произвольным соотношением пакетов слюды и смектита от 85:15 до 65:35.
Этот комплекс приурочен к междельтовым алеврито-глинистым отложениям (фация МПМ), реже - к отложениям межбиостромовых и шлейфовых участков биопостроек (фация МУМ). Вариации состава связаны, вероятно, с особенностями размываемых толщ. Хотя длительность транспорта и нахождение в щелочных условиях способствует разрушению кристаллической структуры каолинита. Примечательно, что в большинстве исследованных образцов фации МУМ каолинит характеризуется признаками разупорядочивания кристаллической структуры. На дифрактограммах (см. рис. 17 Е) наблюдаются начальные деградации, которые выражены сдвигом главного 7А пика в сторону малых углов ив нарушении четности пиков. Более глубокие разрушения кристаллической структуры каолинита очевидны при асимметрии главного пика и появлении дополнительных пиков в области малых углов. Такие преобразования связаны с процессами смектитизации каолинита в условиях, неблагоприятных для его существования.
Так, в работах [Гойло, 1975, Дриц, Сахаров, 1976] отмечается, что образование и преобразование глин обычно сопровождается сменой физико-химических факторов, часто противоположных по воздействию на кристаллические объекты. Например, окислительная обстановка при выветривании переходит в восстановительную при диагенезе и последующих стадиях литогенеза; стрессовое давление с увеличением глубины погружения заменяется гидростатическим; происходит изменение в химизме поровых растворов. Это, наряду с особенностями строения глинистых минералов, является причиной существования в них различных дефектных структур и переходных форм, относящихся к процессам упорядочивания -разупорядочивания.
Экспериментально было показано, что для минералов каолинитовой группы выделяются три этапа преобразований. Первый этап - этап доминирования диффузных процессов миграции атомов Н, Si, А1, приводящие к образованию промежуточной бейделлитовой постройки. Второй этап характеризуется интенсивным обменом лабильной структуры с внешней средой: выносом комплексов А1, Si и вхождением в ее обменные позиции крупных катионов Са и Mg , которые деформируют промежуточную постройку. Третий этап включает трехмерную переориентацию уже сформированных пакетов и развитие упорядоченных смешанослойных фаз [Гойло, 1975]. Возможно, описываемый каолинит относится к началу третьего этапа, когда еще не приобретена упорядоченность смешанослойных фаз.
Иллит в данном комплексе глинистых минералов, также как и каолинит, аллотигенен и представляет собой продукт коры выветривания, занимающий промежуточное положение в процессе превращения полевых шпатов и слюд в каолинит. В большинстве случаев иллит относится к политипу 2Mt [Савко, 1988]. Оценка пиков дифрактограммы, помимо гидратированности иллита, позволяет оценить степень замещения А1 в октаэдрах кристаллической решетки на Fe по отношению интенсивностей 5А пика и 10А пика. Это соотношение незакономерно меняется от 0,38 до 0,25, не показывая заметного замещения. В единичных случаях это соотношение равно 0,20 и замещение А1 на Fe существенно влияет на состав.
Смешанослойный минерал типа слюда-смектит возник, вероятно, как продукт трансформации каолинита.
Третий комплекс (см. рис. 17) - каолинит-смектит-смешанослойный-иллит - характеризуется резким преобладанием гидратированного иллита, подчиненным количеством смешанослойного минерала и каолинита, в единичных случаях присутствием смектита. Этот комплекс характерен, в основном, для глинистых отложений наиболее удаленных участков морского мелководья.
Четвертый комплекс - палыгорскит-иллит — приурочен к морским сульфато-доломитовым отложениям аридного климата. Он характеризуется преобладанием иллита и значительным содержанием палыгорскита. По данным [Окороков, Савко, 1998] чистые палыгорскитовые глины были обнаружены в отложениях киселевско- Никольского возраста в скв. Новомосковская. Образование палыгорскита - постседиментационное, связанное с аридизацией климата и поступлением магния. Поэтому этот минерал в большей степени рассмотрен в главе 6.
Распределение комплексов глинистых минералов во времени имеет много частных закономерностей для отдельно взятых разрезов, отраженных на рис. 18, 19. Обобщая материал, можно говорить о следующем распределении комплексов глинистых минералов по разрезу девона В А.
Эйфельское время. Исследовались глины в дорогобужских, клжцовских, мосоловских и черноярских толщах.
Состав глинистых минералов исследованных образцов отвечает, преимущественно, первому и второму комплексам.
Живетское время. Исследовались образцы в ардатовских, воробьевских и муллинских отложениях.
Состав глинистых минералов исследованных образцов отвечает, в основном, второму, реже первому, иногда третьему комплесам.
Франское время. Исследовались образцы из всех горизонтов. Состав глинистых минералов морских отложений отвечает третьему, реже второму комплексу.
Фаменское время. Исследовались образцы из всех горизонтов, за исключением озерского и хованского. Состав глинистых минералов отвечает третьему, реже четвертому комплексу.
Обобщающая схема составов глинистых минералов представлена на рис. 20.
Таким образом, комплексы глинистых минералов эйфельского, живетского и франского времени одинаковы: это каолинит и иллит с малой примесью смектита, смешанослойного минерала и хлорита.
Резкое отличие в составе глинистых минералов фаменского времени -иллит и палыгорскит связано с комплексом причин:
1. снижение роли такого источника сноса как коры выветривания;
2. иллит - минерал более устойчивый к внешним воздействиям, а потому более распространенный;
3. аридизация климата в фаменское время способствовала формированию полузамкнутых солеродных лагун, что, в свою очередь, являлось благоприятствующим фактором для аутогенной кристаллизации палыгорскита.
Следовательно, причинами различий в составах глинистых минералов послужили: эволюция источников их сноса, разная степень устойчивости и флуктуации климата.
Стадия гипергенеза
Гипергенные изменения девонских отложений связаны с континентальными перерывами между этапами осадконакопления и выражены образованием кор выветривания.
Наиболее полно они изучены Савко А.Д. [1979; Савко, Додатко, 1991]. Самые мощные коры выветривания (до 10м) наблюдались на вулканитах ястребовского горизонта, где выделяются следующие зоны: дезинтеграции и начала гидратации; промежуточного и конечного разложения. Морфогенетический тип коры [Савко, 1979] - линейно-площадный, преобладающий тип профиля - охристо-каолинитовый, где главными минералами являются каолинит и гидроокислы железа.
С раннефранской корой выветривания связаны такие полезные ископаемые как железные руды, кварцевые пески, вторичные каолины [Савко, 2000].
Для карбонатных пород характерен процесс выщелачивания или выноса карбонатного материала с образованием пористых кавернозных пород. Такие изменения наблюдались на северном склоне ВА, фиксирующие континентальные перерывы между позднефранским (донским) и раннефаменским (липецким) циклами осадконакопления, а также в отложениях, выходящих на дневную поверхность.
Гипергенные изменения выражены также кальцитизацией карбонатных пород и раздоломичиванием.
Таким образом, постседиментационные преобразования девонского комплекса в чехле Воронежской антеклизы полистадийны, дискретны, латерально неоднородны. Им свойственны признаки стадий: гальмиролиза, диагенеза, начального катагенеза погружения и этапов наложенных инфильтрационно-гидрогенных процессов локально усиленной литификации. Катагенетические коррозионные процессы обеспечивали резерв веществ для их межслоевого перераспределения инфильтрационно-гидрогенными механизмами. Образования последних контролируются сочетанием фациальных и структурно-тектонических факторов.
