Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Литология аптских глин Воронежской антеклизы

ВАК РФ 04.00.21, Литология

Автореферат диссертации по теме "Литология аптских глин Воронежской антеклизы"

од

На правах рукописи

МИЗМН АНДРЕЙ ИВАНОВИЧ

ЛИТОЛОГИЯ АПТСКИХ ГЛИН ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЖЗЫ

Специальность 04.00.21 - литология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Воронеж-1995

Работа выполнена на кафедре исторической геологии и палеонтологии геологического факультета Воронежского государственного университета.

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических

наук, профессор А.Д.Савко Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогичеких наук, профессор В.И.Сиротин (ВГУ), доктор геолого-минералогических наук, профессор И.Ф.Романович (МГГА)

Ведущее предприятие: государственное геологическое предприятие "Воронежгеология".

Защита состоится 25 октября 1995г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.48.04 при Воронежском государственном университете по адресу: 394693,г.Воронеж, Университетская пл.,1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан ^сентября 1995г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 394693, Воронеж, Университетская пл., 1.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук, проф. ^ Г&х-*--^. Г.В. Холмовой

-а-

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. В отложениях аптского яруса Воронежской антеклизы широко распространены пласты глин различной мощности.

Несмотря на длительную историю последних, до сих пор остаются спорными вопросы их генезиса и фациальной принадлежности, во многом определяющие минеральный и химический состав глин, которые могут использоваться в качестве сырья для производства керамических и огнеупорных изделий. Огнеупорные глины аптского возраста Латненского месторождения являются базой крупного Семилукского завода огнеупорных изделий, обеспечивающего своей продукцией многие металлургические предприятия России.

В настоящее время его запасы близки к истощению. Для целенаправленных поисков новых залежей огнеупорного сырья, а также сырья для различных керамических изделий необходимо уточнить минералогию, геохимию и условия формирования огнеупорных глин. Кроме того изучение образования глин в различных фациапьных обстановках позволит уточнить особенности се-диментогенеза глинистых пород.

Цель и задачи исследования. Целью работы является установление закономерностей формирования и распространения апт-ских глин для прогноза поисков месторождений огнеупорного и керамического сырья. Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Изучение геологии, распространения и фациальной принадлежности аптских глин.

2. Детальное изучение минерального состава глин.

3. Выявление распределения химических компонентов в глинах.

-44. Установление особенностей формирования аптских глин.

Научная новизна. Впервые составлены фациальная карта аптского яруса на всю территорию ЦЧЭР в масштабе 1:500000, палеогеологическая карта на начало аптского века. Установлены особенности геохимии аптских глин, выявлена связь минерального состава глин с типом разреза и гранулометрическим составом глин. Определена роль основных факторов, влияющих на формирование минерального состава глин и пластов глин как геологических тел. Установлено, что основной предпосылкой, определяющей минералогию глин, является состав размываемых пород при значительном влиянии геохимического и фациального факторов. Тектонический фактор играл ведущую роль при локализации глинистого вещества в виде более или менее мощных пластов, а также влиял на интенсивность процессов выветривания в областях сноса.

Практическая ценность. Проведенные работы позволили использовать результаты фациального и минералого-геохимическо-го изучения глин аптского возраста при проведении поисковых работ Юго-Западной ГРЭ.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались на ежегодных научных сессиях геологического факультета ВГУ (1987-1995гг.), на XIУ Всесоюзном совещании по глинам (Новосибирск, 1988). По теме диссертации опубликованы три статьи.

Фактический материал. В основу работы положены результаты исследований с 1986 по 1994 год в ПНИЛ геологии и минерального сырья ВГУ. Было изучено геологическое строение четырех месторождений и пяти поисковых участков, а также результаты геологосъемочных и тематических работ на данной территории. Описан керн ISO скважин, выполнено 180 рентгеност-

руктурных , 200 химических и 500 спектральных анализов. Проведена инфракрасная спектроскопия б проб, определена огнеупорность 115 проб. Обобщен аналитический материал предыдущих работ. Лабораторные определения проводились в лабораториях ВГУ, Коми отделения УНЦ РАН, треста "Саратовнефтегазгеофизи-ка", Семилукского огнеупорного завода.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав, заключения общим объемом 115 страниц и сопровождается 20 рисунками и 15 таблицами, а также списком литературы включающим 63 наименования. Всего 146 страниц.

Автор выражает благодарность руководителю работы доктору геолого-микералогических наук профессору А.Д.Савко, сотрудникам ПНИЛ геологии Бартеневу В.К., Бурыкину В.Н., Мануковс-кому C.B., сотрудникам кафедры исторической геологии и палеонтологии Холмовому Г.В., Беляеву В.И., Чеснскову B.C., Рат-никову В.Ю., сотруднику треста "Саратовнефтегазгеофизика" Староверову В.Н. за помощь и ценные замечания.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ КРАТКАЯ АРГУМЕНТАЦИЯ. 1.Огнеупорные глины аптского возраста формировались в континентальных, переходных и в морских условиях и залегают в виде пластов и линз среди песков различного генезиса.

Существенно каолинитовые глины аптского возраста, обладающие огнеупорными свойствами,распространены на обширной площади,охватывающей Курскую, Липецкую, Воронежскую и Орловскую области.

В Воронежской области известно Латненское месторождение огнеупорных глин, расположенное в бассейне р. Девица и представленное несколькими залежами.Огнеупорные глины этого

месторождения залегают на крупнозернистых песках, часто содержат углистые и гумусированные прослои, переходят по простиранию в алевриты или пески различной зернистости, а также иногда срезаются ими. Обломочные породы содержат углефициро-ванные растительные остатки, в них часто хорошо выражена косая слоистость. Все это указывает на формирование глин месторождения в старично-пойменных водоемах аллювиальной равнины.

Западнее Латненского месторождения, в Курской области, расположено Карповское месторождение, в котором глины залегают на тонко- и мелкозернистых кварцевых песках и перекрываются песчаной толщей альбского возраста. В глинах и во вмещающих породах содержатся углефицированные растительные остатки, но в значительно меньшем количестве, чем в отложениях Латненского месторождения.

Восточнее Латненского месторождения расположено Криу-шанское месторождение, где глины залегают на двух гипсометрических уровнях. Нижние глины обычно брлее углистые, слагают мелкие линзы и ассоциируют с русловым аллювием. Верхние более светлые, образуют протяженные тела и приурочены к межрусловым поднятиям. По периферии тел залегают глины, относительно обогащенные углистым материалом.. Также, как и для Латненского месторождения, характерны быстрые фациальные переходы литотипов, их взаимное срезание. Частые включения уг-лефицированных растительных остатков в глинах и вмещающих породах, тесная связь глин с песками руслового происхождения однозначно указывают на поименно-старичную природу глин.

На востоке Орловской области, на территории Покровского и Колпнянского поисковых участков аптские глины залегают непосредственно на породах неокомского возраста, а также ела-

гают линзы в мелкозернистых песках верхней части яруса. Растительные остатки в глинах и вмещающих песках не наблюдаются, пески характеризуются хорошей сортировкой и относятся к мелкозернистым разностям.

Восточнее этих участков, в Липецкой области известны Лу-кошкинское и Чибисовское месторождения, где глины также ассоциируют с мелко-и тонкозернистыми песками. В песках перекрывающих глины встречены глауконит и растительные остатки, в глинах найдены фораминиферы, что однозначно указывает на их мелководноморской генезис. Сходное строение толщи аптского возраста Покровского и Колпнянского участков позволяет отнести их также к морским фациям. Это не противоречит фаци-альным исследованиям, проведенным ранее (Хожаинов,1979; Сав-ко,1987;).

В восточных районах Курской области в строении аптского яруса принимают участие пески, содержащие глауконит и угле-фицированные растительные остатки, и глины, в которых количество углистого вещества резко колеблется от долей % до 40-50 %. Пласты глин прослеживаются на значительные расстояния. В отдельных случаях (Советский поисковый участок) в пласты глин врезаются линзовидные тела разнозернистых песков предположительно руслового генезиса. Вероятно эти глины формировались в прибрежно-морской зоне, где субаэральные и су-баквальные условия неоднократно сменяли друг друга и существовали одновременно в аптский век (переходная зона).

Из приведенных выше примеров, видно, что пласты глин формировались в аптский век в морских, континентальных и переходных от континентальных к морским физико-географических обстановках. Глины залегают не только в средней пачке яруса (глиноносная толща), но наблюдаются в подошве и кровле яруса.

2.Минеральный состав глин определяется фациальной обстановкой их формирования, при относительно постоянном составе глинистого вещества, поступающего из источников сноса. Морские глины каолинит-гидрослюдистые,в континентальных уменьшается роль гидрослюды и увеличивается содержание смешанослой-ных минералов, отмечается примесь гиббсита и монтмориллонита при доминировании каолинита. Глины переходного генезиса имеют промежуточный состав.

По данным дифрактометрии в большинстве анализируемых проб доминирующим минералом глинистой фракции является каолинит, отмечаются также гидрослюда, смешанослойные минералы и монтмориллонит и, в виде незначительной примеси, иногда присутствуют хлорит и гиббсит.

Континентальные глины (Криушанское и Латненское месторождения) отличаются от глин переходной зоны (Касторненский и Черемисиновский поисковые участки) и глин морского генезиса (Покровский участок и Лукошкинское месторождение) по количественному соотношению глинистых минералов.

В глинах Криушанского месторождения каолинит встречается во всех анализируемых пробах. Средневзвешенное его содержание по разрезу колеблется от 29 до 53% глинистой фракции, максимальное обычно не превышают 70%, в единичных пробах составляя 100%. Гидрослюда обнаружена в 93% , монтмориллонит встречается в 65% анализированных проб.Максимальное средневзвешенное содержание последнего по разрезу достигает 42% глинистой фракции. Гиббсит встречается в незначительном количестве и, как правило, ассоциирует с монтмориллонитом, при этом увеличивается доля каолинита. На Латненском месторожде-

нии минеральный состав глин близок Криушанскому, но чаще встречаются пробы с глинистой фракцией полностью сложенной каолинитом.

На Касторненском участке максимальное содержание монтмориллонита достигает 19% глинистой фракции, во многих пробах он отсутствует. Средневзвешенное по разрезу содержание каолинита колеблется от 75 до 92%. Содержание гидрослюды варьирует в пределах от 31 до 45% глинистой фракции.На Черемиси-hobckqm участке содержание каолинита колеблется от 57 до 100%; гидрослюды - от 3-5 до 34% и, в болыцинстве проб, присутствует монтмориллонит, хотя и в подчиненном количестве (2-14%). Смешанослойные минералы отмечаются как незначительная примесь, содержащаяся в подчиненном количестве проб.

Б глинах Покровского участка содержание каолинита составляет 60-90%, достигая в отдельных пробах 100%, количество гидрослюды не превышает 33%, монтмориллонит или отсутствует, или содержится в количестве не более 7% фракции. Монтмориллонит не наблюдался в пробах Лукошкинского месторождения. Содержание каолинита в лукошкинских глинах колеблется от 50% до 95%, гидрослюды от 5 до 50% глинистой фракции. В единичных пробах из глин любого генезиса отмечаются слабые рефлексы 1,35нм, не изменяющие своего значения при обработке глицерином.и, вероятно, принадлежащие хлориту. Представленная картина распределения минерального состава может быть объяснена двойственной природой глинистых минералов. Породы, размываемые при формировании аптских глин (девонские, юрские и неокомские) содержат, как правило, каолинит, гидрослюду и монтмориллонит (последний наблюдается только в юрских отложениях). Таким образом, морские глины в общих чертах наследуют минеральный состав источника сноса. Пойменно-старичные

и переходные глины отличаются от морских большим содержанием смешанослойных минералов,а первые также изредка содержат гиббсит. При петрографическом исследовании глин встречен новообразованный каолинит в вермикулитоподобных сростках. При большом разнообразии минерального состава глинистой фракции глин пойменно-старичного генезиса нередко наблюдаются мономинеральные каолинитовые прослои. Вероятно имеет место пост-седиментационное преобразование глинистого вещества в кислой среде старичных водоемов. При этом часть гидрослюды, теряя калий, переходит, через серию смешанослойных минералов и монтмориллонит, в каолинит с образованием незначительной примеси гиббсита.

З.Аптские глины месторождений разного генезиса отличаются по содержанию породообразующих оксидов и микроэлементов, что определяется различными условиями их формирования.

Изучение результатов химических анализов аптских глин, проведенных автором в процессе работы, а также предыдущими исследователями, позволило систематизировать эти данные и охарактеризовать химический состав пород на опорных участках и проследить его изменение по площади и разрезу. Вычислено среднее содержание основных породообразующих оксидов на изученных площадях (Табл.).

-11-Таблица .

Среднее содержанке породообразующих оксидов по участкам ( в весовых %)

Чере- 1 Совет- 1Карпо- 1Касто- 1Покро- 1Лукош- 1Латне- 1 Кри-

мис. ский 1вский 1ренск. 1вское 1 кино 1 некое 1уша

А1д03 25,06 16,85 16,96 14,24 21,41 19,18 31,40 26,60

БЮа 71,80 71,90 72,57 71,40 63,66 68,33 52,10 59,40

Т10а 0,90 0,85 0,91 0,94 0,87 - 1,70 2,10

СаО 1,21 0,29 - 1,22 0,64 0,62 0,80 1,20

мго 0,47 0,15 - 0,54 - - 0,30 1,00

К20 0,52 0,28 - 1,16 0,24 1,47 0,56 0,80

N3*0 0,20 0,12 - 0,25 1,20 0,20 - -

ппп 6,46 6,52 6,13 7,32 7,55 7,30 13,30 11,50

АМ . 0,34 0,23 0,23 0,20 0,33 0,28 0,51 0,45

САМ -алюмокремниевый модуль,Латкое и Криуша по данным А.Д.Савко 1988) В выделенных по макроскопическим признакам литотипам глин на различных участках содержание породообразующих оксидов колеблется в широких пределах.

В глинах Криушанского месторождения среднее содержание глнозема составляет 26,60%. В то же время в серых слабо углистых глинах его среднее содержание составляет 34,92%, а в коричневато-серых глинах - 26,17%. Алевритистые разности этих глин содержат 19,68 и 16,50% оксида алюминия соответственно. Слоистые слабоуглистые глины содержат глинозема меньше, чем неслоистые, а углистые слоистые глины обогащены по сравнению с углистыми неслоистыми разностями. Эти различия

являются следствием разного механизма формирования слоистости. В слабо углистых глинах слоистость создается неравномерным распределением алевритистого вещества, что происходит в результате относительно повышенной пульсирующей гидродинамики. Слоистость углистых глин обуславливается линейным расположением углефицированных растительных остатков в спокойных гидродинамических условиях. По этой причине в первом случае носитель глинозема (глинистый материал) разубоживается алевритовой кварцсодержащей примесью.

В глинах Касторенского участка во всех выделенных лито-типах содержание породообразующих оксидов незначительно отличается друг от друга. Исключение составляют углистые глины, где резко понижено количество оксидов алюминия и кремния при одновременном увеличении потерь при прокаливании и значительном уменьшении алюмокремниевого модуля.

На Покровском участке голубовато-серые глины несколько обогащены оксидом алюминия по сравнению с светлыми разностями, что определяет разные значения алюмокремниевого модуля (0.40-голубовато-серые глины, 0,32- светло-серые).

По сравнению со средним составом глин раннемелового возраста Русской платформы (Ронов, Мигдисов, Хане, 1990) содержание кремнезема в аптских глинах Воронежской антеклизы выше на 10-20% (исключение составляют глины Латненского месторождения, которые обеднены оксидом кремния по отношению к сред-неплатформенному уровню). Количество оксида алюминия превышают среднеплатформенные в 1,2-1,8 раза, хотя на отдельных участках его меньше.

-13В глинистой фракции изучалось содержание микроэлементов. Установлено, что превышают кларк, титан, бор, хром, свинец, ванадий. Остальные микроэлементы содержатся в концентрации значительно ниже кларковых.

При сравнении кларков концентрации среди микроэлементов в глинах различного генезиса выделяются три группы:

1. Галлий, бор, никель и титан обладают малой изменчивостью и содержания каждого из них близки в глинах различного происхождения.

2. В морских глинах резко увеличено содержание циркония, хрома, меди, марганца, кобальта, иттрия, скандия и ванадия, по сравнению с поименно-старичными.

3. Пойменно-старичные глины обогащены стронцием, ниобием и барием по сравнению с морскими.

Были рассчитаны геохимические коэффициенты, позволяющие определять условия осадконакопления.

Среднее отношение стронция к барию в латненских и криу-шанских глинах равны 0,20 и 0,23 соответственно, з глинах Покровского участка этот показатель составляет 1,63, что свидетельствует о формировании последних в морских условиях.

Высокое содержание бора в глинистой фракции обычно рассматривается как показатель палеосоленоети бассейна. По мнению К.К.Лукашева содержание бора зависит не только от солености, но и от скорости осадконакопления. Тем не менее в глинах Латненского месторождения концентрация бора достигает 47 г/т, а в покровских глинах 55 г/т, то есть слабо увеличивается в глинах морского происхождения.

Содержание галлия уменьшается в морских глинах по сравнению с Латненским и Криушанским месторождениями.

Вее вышеперечисленные факты указывают на морскую природу глин Покровского участка и континентальный генезис Латненс-кого и Криушанского месторождений.

Заключение.

Результаты проведенных исследований сводятся к следующему:

1. Глины аптского возраста встречаются практически на всей площади распространения аптского яруса и залегают в различных частях разреза.

2. Минеральный фон аптских глин в процессе седиментации образовался при размыве девонских, юрских и неокомских пород, слагающих предаптскую поверхность. При постседиментаци-онном изменении пород минеральный состав глин в различных фациальных условиях менялся неодинаково.Глины морского генезиса практически сохранили первичную минералогию. В поймен-но-старичных глинах, благодаря специфичной геохимической обстановке заболоченных водоемов аллювиальной равнины шло интенсивное преобразование вещества с возникновением смеша-нослойных минералов, каолинита, гиббсита.

3. Огнеупорные глины высокого качества образуются в пой-менно-старичных водоемах, глины с огнеупорностью не выше 1650 градусов могут формироваться в любых фациальных условиях.

4. Изученная территория бесперспективна для поисков крупных месторождений высококачественного огнеупорного сырья. Средние и малые месторождения керамических глин возможны в мелководно-морских фациях, так как последние характеризуются более протяженными телами глин по сравнению с аллювиальными обстановками, для которых характерны очень быст-

рые переходы между различными литотипами. В то же время, поименно-аллювиальные глины могут иметь большую мощность по сравнению с морскими.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Аптские глины КМА // Литология и геохимия осадочных отложений Воронежской антеклизы. - Воронеж, 1993.

С.118-124 (соавтор Савко.А.Д.).

2. Минеральный состав аптских глин Воронежской антеклизы / Воронеж, гос.ун-т. - Воронеж, 1895.- 8с.- Деп. в ВИНИТИ 23.05.95, N 1450-В95.

3. Геохимия аптских огнеупорных глин / Воронеж,1995. -10с. - Деп. в ВИНИТИ 23.05.95, N 1451-В95.

Заказ 317 от 18.9.95г. Тир.ЮОэкз. Формат 60x90 1/16. Объем 1п.л. Офсетная лаб. ЗГУ.