Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Литология верхнемеловых фосфоритоносных отложений северо-запада Воронежской антеклизы

ВАК РФ 04.00.21, Литология

Автореферат диссертации по теме "Литология верхнемеловых фосфоритоносных отложений северо-запада Воронежской антеклизы"

На правах рукописи

МАНУКОВСКИЙ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ЛИТОЛОГИЯ ВЕРХНЕМЕЛОВЫХ ФОСФОРИТОНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СЕВЕРО-ЗАПАДА ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ

Специальность 04.00.21 - литология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Воронеж - 1998

Работа выполнена в Проблемной научно-исследовательской лабораторш геологии и минерального сырья при геологическом факультете Воронежского государственного университета. Научный руководитель - доктор геолого-минералогических ш

профессор А.Д.Са

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических н;

профессор В.И.Сиротин (В1 - доктор геолого-мннерапогнческих на профессор И.Ф.Романович (МГ1

Ведущее предприятие: государственное геологическое предприя

«Воронежгеолог

Зашита состоится _3_ декабря 1998 года в 18 часов на заседа диссертационного совета Д 063.48.04 при Воронежском государствен! университете по адресу: 394693, г. Воронеж, Университетская пл., 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежск государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, про присылать ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 394< г.Воронеж, Университетская пл., 1.

Автореферат разослан _2_ ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук,

профессор /1 Г.В.Холмовой

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Центрально-Черноземный район, расположенный 1ьшей своей частью на территории Воронежской антеклизы, является одной из шейших житниц Российского государства, поэтому проблема повышения здородия почв на его территории всегда актуальна. К числу основных и шолее употребляемых удобрений относятся фосфорные, выпускаемые в виде терфосфата и фосфорной муки, которые завозятся из-за пределов ЦЧЭР. В бледнее время в России на гектар пашни вносится всего 5-6 кг Р2О5, что в 30 I хуже показателей стран с высокой культурой земледелия.

В Центрально-Черноземном районе в основном используется суперфосфат, :кольку применение фосмуки менее эффективно из-за щелочной реакции почв, нако, в настоящее время аммиачной водой, применяемой на свекловичных 1ях, закислены значительные площади и, следовательно, на них возможно геенне фосмуки.

На северо-западе региона уже 70 лет близ Брянска работает Полпинский юд, производящий из местных желваковых фосфоритов фосфоритовую муку,

ее недостаточно даже для Нечерноземья, поэтому здесь необходимы поиски вых площадей с использованием фациального анализа. В последнее время на о-западе Брянской области выявлены зернистые фосфориты, представляющие вый генетический тип этого полезного ископаемого. Изучение закономерностей формирования позволит прогнозировать обнаружение подобных сторождений в других частях ЦЧЭР и соседних регионах.

Исследования фосфоритов Воронежской антеклизы на современном уровне в глелние 30 лет не проводилось. Поэтому особую актуальность приобретает пользование прецизионных методов для выявления кристаллохимического юеиия фосфатных минералов, их ультрамикроструктур, что позволит ¿шифровать особенности генезиса этого важного вида минерального сырья.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является гановление закономерностей формирования фосфоритов и прогноз поисков их сторождений. Для достижения этой цели решались следующие задачи: Изучение распространения и фациальной принадлежности фосфатоносных гожений различных стратиграфических подразделений верхнего мела. Выявление основных морфологических и петрографических типов фосфоритов.

3. Детальное изучение минералогического и химического состава фосфоритов.

4. Установление основных факторов формирования фосфоритов1 месторождений.

Научная иовизиа. Впервые на северо-западную часть Воронежем антеклизы составлены фациальные карты масштаба 1:200 ООО для сеноманских нижнекампанских отложений, а также фациальные карты масштаба 1:50 0 Унечского рудного поля и масштаба 1: 100 000 рудного поля Полпинско месторождения. На эту же территорию построены структурные карты масштаб 1:200 000 и 1:100 000. Всс это позволило установить перспективные фосфориты площади. С использованием растровой электронной микроскоп выявлены ультрамикроструктуры фосфоритов. Применение микрозондирован позволило детализировать стадийность формирования фосфатных конкреш Установлено, что фосфатное вещество в фосфоритах всех петрографическ типов представлено одним минералом - курскитом, относящимся к груп фторкарбонатапатита; рассчитана его кристаллохимическая формула, определи параметры кристаллической решетки. Выявлена ведущая роль фациапьного особенно, тектонического фактора в формировании месторождений фосфорит! Впервые для изучаемого региона установлена связь рудных залежей конседиментационными поднятиями.

Практическая значимость. Результаты исследований в bi производственных, тематических научных отчетов и рекомендаций передань Брянскую ГРП Юго-Западной экспедиции и внедрены в производст Выявленные фациальные особенности позволили точно определить площадь i постановки геологической съемки масштаба 1:50 000 с поисково-оценочны работами на фосфатоносные россыпи нижнего кампана. Была выявлг перспективность Унеча-Крапивенской рудной зоны на юго-западном фла: Унечского месторождения.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссерта!. ежегодно докладывались на научных конференциях Воронежем госуниверситета (1983-1997 гг.); Межвузовских конференциях молодых учены специалистов (Ленинград, 1986 г.; Воронеж,1987 г.); Всесоюзных совещаниях: «Рентгенографии минерального сырья» (Тбилиси, 1986 г.), по «Проблег^ геологии фосфоритов» (Таллин, 1988 г.); Международном симпози) «Проблемы фосфатной геологии» (Москва, 1995 г.). По теме диссерта! опубликовано двенадцать работ, в том числе две монографии (в соавторстве).

Фактическим материал. В основу работы положены результаты тедований, полученные в период проведения полевых и камеральных работ с 3 по 1997 год. Было изучено и опробовано более 3200 пог.м. керна буровых шин и стенок обнажений, проведено 366 гранулометрических, 184 [ералогических, 345 петрографических, 372 палеонтологических, 93 ических, 437 рентноструктурных, 265 растровых

пронномикроскопических, 279 спектральных, 10 микрозсндовых анализов. В образцах выделены и исследованы тяжелая, в 22 - электромагнитная фракции, >0 - глинистая составляющая.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, гючения, списка литературы, включающего 61 наименование и изложена на страницах текста. Она содержит 17 таблиц, 47 рисунков, имеет общий объем страницы. Работа над диссертацией проводилась в Проблемной научно-ледовательской лаборатории геологии и минерального сырья ЦЧЭР при юнежском государственном университете. При сборе фактического материала сергант получал ценные советы и большую помощь со стороны коллег из некой ГРП юго-западной ГРЭ ст. геологов В.М. Подобного и О.Т.Агеенко, а же начальника отряда россыпей ЦРГЦ

Н.Н.Иконникова

Лабораторно-аналитические исследования проводились, кроме того, в ЕМе РАН, производственных геологических объединениях >хангельскгеология» и «Центргеология». Автор выражает глубокую годарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, фессору А.Д.Савко. Диссертант искренне благодарит кандидата геолого-1ералогических наук В.И.Беляева, доктора геолого-минералогяческих наук Холмового, кандидата геолого-минералогических наук А.И.Мизина, научных рудников В.К.Бартенева и В.Н.Бурыкина за всестороннюю помощь и ценные еты. Автор высказывает особую признательность своим коллегам Шогибелевой, Ю.В.Олейнику, Д.А.Иванову, Н.А.Корабельникозу за большую ническую помощь.

Первое защищаемое положение обосновано в третьей, второе - в четвертой, гье - в пятой и четвертое - в шестой главах диссертации.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

l.Ha северо-западе Воронежской антеклизы фосфоритоногным отложеннями являются сеноманские карбонатно-глауконитово-кварцевые нижнекампанские глауконитово-кваопсные с повышенным содержание титан-цнркониевых минералов.

Сеноманские фосфориты представлены желваковым, нижнекампанские зернистым типами.В позднемеловую эпоху территория северо-западной час-Воронежской антеклизы находилась в пределах северо-восточного бор Днепровско-Донецкой впадины, откуда периодически трансгрессировало море, котором отлагались карбонатные и глауконитово-кварцевые осадки. Они различной степени насыщены фосфатами, но наиболее продуктивные отложениями, с которыми связаны месторождения фосфоритов, являют сеноманские и нижнекампанские. В породах остальных стратиграфическ! подразделений мела фосфориты либо отсутствуют, либо представло рассеянными желваками и зернами.

Сеноманскне отложения представлены карбонатно-глауконитов кварцевыми песками с отдельными желваками, слойками и пластами фосфоритс Мощности ссиоманских отложений колеблются незначительно и составляют среднем 5-8 м. Лишь в междуречье рек Десны и Болвы отмечается вытянута* севера на юг зона шириной 20-30 км, в которой мощность яруса повышена до 1 15 м.

Сеноманские пески обычно залегают на размытой поверхности альбек алевритовых и алевритово-глинистых образований, а перекрывают запесоченными или чистыми мелами туронского возраста. Для сеноманскс яруса установлен богатый в видовом и количественном отношениях комплс руководящих фораминифер, в том числе Gavelinella cenomanica cenoman Brotzen; Lingilogavellinella globosa (Brotzen); Brotzenella belorussica Akim Cibicidoides gorbenkoi Akimez; Gumbelitria ceriomana Keller; Cibicides yarze1 Vassilenko.

В фосфоритоносных образованиях сеномана выделяются три типа пород: - пески средне-мелкозернистые глауконитово-кварцевые; 2 - nei мелкозернистые, алевритистые глауконитово-кварцевые известковистые; 2 фосфориты, залйгамщие в трех фосфоритовых слоях, либо рассеянные в песчан

ложениях всего яруса. Там, где фосфориты сгружены в слои, разведаны )лпинское и Подбужское месторождения.

Фосфоритовая серия на месторождениях включает I фосслой, залегающий в дошве яруса, П-в средней его части и П1 - в кровле. Между 1 и II фосслоями пегает нижняя, а между II и III - верхняя толща песков.

В составе нижней толщи глауконитово-кварцевых песков преобладает шкозернистая (0,1-0,16 мм) фракция - 45%; среднезернистая (0,16-0,63 мм) ставляет 28; алевритовая - 14; глинистая и крунозернистая - первые проценты. :редненный состав известковистых глауконитово-кварцевых песков верхней лщи следующий: среднезернистой фракции 26, мелкозернистой - 36, евритовой - 24%. Основным породообразующим минералом песков является арц. В нижней толще его содержание 78, в верхней - 87%, а глауконита, ютветственно- 17 и 8%. В кровле яруса появляется кальцит, количество дорого достигает 15-17%.

ормирование сеноманских отложений рассматриваемой территории юисходило в шельфовой зоне мелководно-морского бассейна с различной тивностью гидродинамического режима. На большей части площади (65%) :ауконитово-кварцевые пески отлагались в условиях средней активности >дного режима. Фосфоритоносность пород этой зоны слабо выражена, а эсфориты представлены рассеянными по всему разрезу мелкими желваками, осфоритовая серия развита в центральной и северной частях территории. Она армировалась в условиях наиболее активного гидродинамического режима, ощность яруса здесь минимальна (до 5 м), насыщенность разреза фосфоритами -шбольшая. В этой зоне находятся Полпинское и Подбужское месторождения эсфоритов. Фациальная зона на юго-востоке с несколько пониженной гдродинамической активностью занимает промежуточное положение между 5умя вышерассмотренными. В разрезе яруса содержатся конкреции фосфоритов, э промышленных скоплений они не дают. Наиболее застойная зона расположена 1 западе территории. В ее пределах в сеноманский век накапливались ¡вестковистые алевритовые средне-мелкозернистые глауконитово-кварцевые ;ски мощностью до 15 м, практически не содержащие фосфатов.

Таким образом, сеноманские фосфатоносные отложения северо-запада оронежской антеклизы приурочены к центральной и северной частям осматриваемой территории. Фосфориты в разрезах представлены либо

ь

одиночными желваками, либо фосфоритовыми слоями. Месторождеш образовались в условиях достаточно активного гидродинамического режима.

Нижнекампапскнс отложения развиты в юго-западной час рассматриваемой территории, где они моноклинально погружаются в сторо] Днепровско-Донецкой впадины. Моноклиналь осложняется поднятиями впадинами, в пределах которых мощность подьяруса значительно варьирует, п] обшей тенденции нарастания с северо-востока на юго-запад с 6 до 34 м.

Нижнекампанские образования представлены алевритово-песчаныв породами и уверенно фиксируются в карбонатной толще верхнего мела. О] залегают на сантонских мергелях, перекрываются писчими мелами верхне кампана и расчленяются на две толщи: нижнюю алевритовую и верхнк: песчаную. Последняя является продуктивной. В ней насчитывается три слс Нижний слой сложен тонкозернистыми хорошо сортированными пескам Основная фракция (0,05-0,1 мм)составляет 65, мелкозернистая и ааевритовая - 1 9, глинистая - около 20%. Средний слой представлен плохо сортированны? разнозернистыми тонко-мелкозернистыми и мелко-тонкозернистыми песками примесью алевритовой (7%) и глинистой (17%) фракций. Верхний сл представлен кварцевыми мелкозернистыми хорошо сортированными песками включениями фосфатных зерен и акцессорных минералов. Содержан мелкозернистой фракции - 56, тонкозернистой - 25, алевритовой - 6 и глинисто! 13%.

Пески глауконитово-кварцевые. В мелкозернистых песках кварца около 85 тонкозернистых - 75%, глауконита от 4 в мелкозернистых до 21% -тонкозернистых песках. Отмечаются также зерна полевого шпата в количестве 1 до 13%. В верхнем слое помимо всех этих минералов породообразующи: являются фосфаты и тяжелые минералы, причем содержание тяжелой фракц может превышать 20%.

Формирование алевритово-песчаной толщи нижнего кампана рассматриваемой территории происходило в условиях мелководно-морскс бассейна со слабой и средней гидродинамической активностью. Зде располагалось конседиментационное Брянское поднятие, осложненное Унечсю и Стародубским поднятиями III порядка, на склонах которых в раннем кампа сформировалась унечская фосфатная россыпь, обогащенная титаи-циркониевы: минералами. На юго-восток от Брянского поднятия по направлению к Деснянск

падине алеврнтово-песчаные отложения постепенно сменяются карбонатными, бразовавшимися в относительно глубоководной части шельфа.

На большей части Унечского рудного поля нижняя часть подъяруса формировалась в условиях слабой и средней активности гидродинамического ежима бассейна седиментации и представлена, преимущественно, алевритами. И олько в районе Стар оду бс ко го поднятия на протяжении всего раннекампанского рсмени накапливались пески. Верхняя часть разреза представлена песками, оторые на склонах поднятий содержат фосфатоносные россыпи, обогащенные итан-циркониевыми минералами. Эти рудные тела образовались при длительном илихованни пород на склонах конседиментационных поднятий в условиях [овышенной гидродинамической активности мелководно-морского бассейна.

2. Фосфориты представлены различными морфологическими п [етрографическими типами, отражающими генетические особенности их зормировання.

Геноманскис фосфоритовые образования относятся к желваковому конкреционному) генетическому типу.Из-за большого разнообразия структурно-екстурных особенностей фосфоритов, широких вариаций в количественном оотношении фосфатного и нефосфатного материала, сложности в выявлении ¡иогенной или биохимической природы фосфатных минералов до настоящего ¡ремени нет единой, общепринятой петро-графической (и генетической) лассифнкации фосфоритовых образований. В диссертации принята лассификация В. А. Полянина (1969 г.), в которой выделяются три [етрографических типа: 1 - органогенно-литогенный (или глинисто-алевритовый), ! - литогенный (или песчанистый); 3 - зоо-, фитогенный (биоморфозы по фганическим остаткам).

Наибольшее разнообразие морфологических и петрографических типов габлюдается в составе I фосфоритового слоя в карьерах Полпинского месторождения (Северном, Ольшанском, Батаговском). Он сложен фосфоритами тух генераций: ранней и поздней. Органогенно-литогенный тип представлен юрошо окатанными гальками (4-5 см) с гладкой, как бы полированной юверхностью, уплощенной (лепешкообразной) формы. К литогенному типу >тносятся угловато- или плохоокатанные желваки размером 10-12 см, округлой ши веретенообразной формы с шероховатой поверхностью. Песчанистых келваков намного меньше галек глинистого типа и встречаются они в верхней, >еже - в средней частях первого фосслоя. По всему разрезу последнего

отмечаются фосфориты фито- и зоогенного типа. Биоморфозы имеют размер! формы соответствующего материнского субстрата: позвонков рыб, морских е» мшанок, спикул губок, древесных обломков.

Типично литогенными в разрезе сеномана могут считаться «сиваки» i «толокуши», рассеянные в глауконитово-кварцевых песках между I и фосслоями. Это крупные, размером до 40 см, фосфоритовые конкреи изометричной или немного вытянутой формы, с неровной шерохова поверхностью, со следами деятельности камнеточцев.

Во II и III фосслоях преобладают желваковые фосфоритовые образован относящиеся к литогенному петрографическому типу. По морфологиче^ особенностям они близки к соответствующим фосфоритам первого фоссл Кроме того, встречаются редкие гальки органогенно-литогенного типа, a Tai биоморфозы по ядрам пелеципод и фосфатизированные древесные остатки.

В органогенно-литогенных фосфоритах по соотношению фосфат» цемента и обломочной части выделены базальный и базально-поровый ти цементации. Па долю изотропного скрытокристаллического (реже микрозернистого) фосфатного цемента приходится от 4 до 95% объема поро, Образование конкреций глинисто-алевритового типа происходило в локальн участках седиментации органогенных фораминиферово-кокколитофоридов илов. Фосфатный цемент галек глинистого типа переполнен раковина радиолярий, фораминиферами, остатками диатомей, кокколитофорида; спикулами губок, кокковидными бактериями.

Скрытокристаллический колломорфный цемент, слегающий в эч фосфоритах основную массу, является первичным и имеет крайне низкую степс совершенства кристаллической решетки минерала. Показатель преломления i оценивается от 1,590 до 1,605.

По размеру обломочного материала фосфориты органогенно-литогенж петрографического типа делятся на глинистые (0,006-0,008 мм), н глинис алевритовые (0,008-0,03 мм). В составе нефосфатных примесей преоблад; кварц, в резко подчиненном количестве присутствует глауконит, более peí зерна полевых шпатов, таблички слюды, опал, акцессорные минералы.

Фосфоритовые образования литогенного петрографического ti: отличаются наибольшим разнообразием типов цементации: порово-пленочнь пленочным, крустификационным, поровым, реже - базально-поровым контактовым. Количество фосфатного цемента в таких породах изменяется от

50, но обычно составляет 30-40%. Генетическими особенностями этих :форитов является неоднородность, текстурная зональность, проявляющаяся : на макроскопическом, так и на микроскопическом уровнях. Она 1черкивается резкой сменой участков породы с различным соотношением лента и нефосфатных примесей. В некоторых фосфоритах зональность зявляется не только в типах цементации, но и в размерности обломочного гериала, а также в соотношении между содержанием кварца и глауконита.

Размер зерен нефосфатного материала широко варьирует от 0,08 мм до 0,8

и в среднем составляет 0,1-0,2 мм. Среди породообразующих минералов ¡обладает кварц, однако, в некоторых разновидностях фосфоритов содержание 1уконита соизмеримо с количеством кварца.

1кроскопически цемент конкреций литогенного типа представлен эыюкристаллической, микрозернистой и радиапьио-лучистой разностями, ироко развитый яснокристаллический фосфат образует крустификационные гмки вокруг зерен кварца и глауконита, выстилает стенки пор и микротрещин. ! является более поздней генерацией фосфатного вещества в желваковых разованиях и развивается при текстурах неполной цементации. Показатель еломления у радиально-лучистого фосфатного материала 1,608-1,612.

В фосфоритах 3-го петрографического типа (биоморфозах) отмечаются все и степени раскристаллизации фосфатов: скрытокристаплическая, радиально-чистая и микрозернистая. Фосфориты фитогенного типа (псевдоморфозы по евесине) выполнены скрытокристаллическим фосфатом с четкой реликтовой лосчатой текстурой. Псевдоморфозы по губкам имеют сложную неравномерно-еистую текстуру и состоят из фосфатного материала скрытокристаллического и диально-лучистого облика. Первый из них слагает основную часть породы, зделяя ячейки, второй - крустифицирует их внутренние полости, икрозернистый фосфат с показателем преломления 1,603-1,607 характерен для [утренних полостей в' камерах фораминифер, часто встречающихся в зсфоритовых конкрециях, образовавшихся в карбонатно-фораминиферовых гах.

Фосфоритовые конкреции всех петрографических типов сформировались в юцессе сложной (двух-, трехстадийной) садки фосфатного вещества, что >дтверждается их зональностью, следами нарастания. Для ранней стадии фактерны базальный, в меньшей степени поровый тип цементации. Текстура «их фосфоритовых образований неравномерная, фосфатное вещество менее

«заражено» пелитовым материалом. Фосфориты более поздней стаж: образования фосфатного вещества отличаются пленочным или контактовы типами цемента, который консолидирует полиминеральную нефосфатную час породы, включающую разнообразные терригенные и аутигенные минералы.

Ннжнекампанские фосфориты являются новым генетическим типо! относятся к морским фосфатоносным россыпям с повышенным содержание титан-циркониевых минералов. Морфологически продуктивная залеа представляет собой пластовое тело мощностью от 3 до 16 м, шириной 18-20 к: Россыпь концентрируется в слое мелкозернистых хорошо сортированных песк< и контролируется на севере Унечским, на юго-востоке Стародубским поднятиям

Среди кампанских россыпных фосфоритов выделяются следуют! петрографические типы: 1 - зернистый (или микроконкреционный); 2 пленочный; 3 - органогенно-обломочный; 4 - колломорфно-сгустковый дисперсно-рассеянный.

К микроконкреционному типу относятся фосфатные зерна округло овальной формы, размером 0,15-0,20 мм, с гладкой блестящей поверхность! сложенные скрытокристаплическим фосфатом. По своему строению это ш однородные мономинеральные стяжения с изотропной структурой или оолиты, которых центральная часть сложена тем же изотропным фосфатом, заключеннь в фосфатную пленку, оболочку более поздней генерации. К это? петрографическому типу следует отнести и копролиты, имеющие обл! фосфоритовых микрожелвачков глауконитово-кварцевого состава с базальнь типом цемента.

Фосфориты пленочного петрографического типа представляют соб| оолиты, центральная часть которых ( тяжелые терригенные минералы, кварцев! или глауконитовые зерна) покрыта одной или двумя-тремя фосфатны? оболочками скрытокристаллического, реже - радиально-лучистого облш Толщина пленок в фосфоритах этого типа широко варьирует от 0,01 до 0,12 мм.

Органогенно-обломочный петрографический тип представлен фито-зооморфозами: фосфатизированными остатками древесины, макрофауны и обломками, форамнниферами, зубами и костями рыб. Фосфатное вещество так фосфоритов обычно имеет скрытокристаллическую структуру.

Колломорфно-сгустковый и дисперсно-рассеянный типы фосфатно вещества распространены в фосфоритоносных песках в двух видах. Первый них представляет бесформенные сгустюг или комочки фосфатного материа

штоморфного облика, размером до 0,15 мм, второй - рассеянную примесь осфатов в глинисто-карбонатной составляющей этих продуктивных эразований.

Главным компонентом нижнекампанской россыпи являются фосфориты. В фхней части продуктивного пласта, где выходы тяжелой фракции более 5%, осфатные минералы преобладают над нефосфатными в соотношении 6:1, при гом фосфориты составляют 75,8-98,5% тяжелой фракции. Основным етрографическим типом считается зернистый. В верхней, наиболее богатой асти россыпи, он доминирует не только над фосфоритами других етрографических типов, но и над комплексом всех тяжелых терригенных инералов, составляя 45% всей тяжелой фракции. Вторым по значению является леночный тип фосфоритов, содержание которого в тяжелой фракции в верхней эсти продуктивного пласта доходит до 30%.

Впервые при изучении сеноманских фосфоритовых образований северо-шада Воронежской антеклизы был широко применен метод растровой аектронной микроскопии. Весь спектр различных ультрамикроструктур азделяется на 4 основные группы: 1 - органогенные, главными структурными пементами которых являются остатки макро- и микрофауньц 2 - колломорфные ттечная, аморфная, колломорфно-зернистая); 3 - кристалломорфные фисталлически- или изометрично-зерннстая, призматическая, радиально-учистая, друзовидная): 4 - комбинированные (со структурными элементами 2 и 3 рупп, а также глобулярная, глобулитовая).

Для фосфоритовых галек органогенно-литогенного петрографического типа в крытокристаллическом фосфатном веществе характерно развитие льтрамикроструктур 1 и 2 групп. Под электронным микроскопом выявляется азличная степень замещения опалового вещества, слагающего диатомовые одоросли, слабо поляризующим фторкарбонатапатитом. Сохранность панцирей иатомей в фосфорите различная, иногда позволяющая отнести их к классу ентрических. В других случаях определение можно произвести до рода !oscinodiscus Ehr. В микротрещинах и выщелоченных полостях могут встречаться поры с ненарушенными тонкими элементами скульптурной поверхности. Размер анцирей диатомей колеблется от 65 до 85 мкм. Другой разновидностью рганогенных ультрамикроструктур является бактериоморфная. Высокая азрешаюшая способность растровой микроскопии позволяет не только выявлять оккозидные фосфатизнрованные бактерии размером не более 5-7 мкм, но и их

строение. При увеличениях 8000-10000 раз обнаруживается этапность зернения фторкарбонатаиатитового материала от натечной через натечно-глобулярную и глобулярную до короткопризматической гексагональной ультрамикроструктуры Размер кристаллов курскита гексагонального габитуса равен 0,6-0,8 мкм.

Структура глинистых и глинисто-алевритовых галек, определяемая пр! оптических исследованиях как скрытокристаллическая, под растровы\ электронным микроскопом обнаруживает ряд колломорфных, глобулярных, реже колломорфно-зернистых ультрамикроструктур. Глобулярность фторкар бонатапатитового материала проявляется в широком спектре размерности: от десятых долей до нескольких микрометров. Их агрегатные скопления (глобулиты достигают 30-50 мкм, центрами кристаллизации для них часто служат зерн; кварца, панцыри диатомей.

В фосфоритах литогашого петрографического типа фторкарбонатапа титовое вещество микрозернистой и радиалыю-лучистой структуры обнару живает широкое разнообразие кристалломорфных и комбинированны ультрамикроструктур. Для внутреннего строения глобул характерно сложно строение. Колломорфно-зернистый курскит, являясь, по-видимому, неустой чивой системой, переходит в кристалломорфный, приобретая при этом четк выраженную радиально-лучистую ультрамакроструктуру. Большим разноос разием ультрамикроскопического строения отличается фосфат крустификг ционного цемента фосфоритовых желваков. Внутренняя поверхность кручгп фикационных оболочек, обращенная к кварцевым зернам, слабо раскриста; лизована, имеет колломорфно-зернистую или неоднородно-зернистую ультр; микроструктуру. Внешняя часть, формировавшаяся в поровом пространств! имеет совершенную зернистость и короткопризматическую гексагональную ульграмикроструктуру. Размер кристаллов фторкарбонатапатита от 1,5 до 3 мм высота призм 1 мкм. Для короткопризматической ультрамикроструктуры обычн друзовидные текстуры сложения.

3. Фосфатное вещество во всех фосфоритах представлено курскитог минералом группы фторкарбонатапатнтов, содержание в котором основнь и малых элементов определяется их петрографическими типами.

Группа фторкарбонатапатита с общей формулой Саю Рб-п С„ СЫ-п (ОН)п является изоморфным рядом, крайние члены которого курскит (Саю Ро С^ О2 ОН,.5 Р2) и фторапатит (СаюРбСЫ Рг). Широко распространенный франкол:

шимает промежуточное положение. В его решетке углерод замещает до 0,8 гома фосфора.

Рентнегоструктурное изучение фосфоритовых образований позволяет иагностировать фосфатное вещество как минерал группы фторапатита. На ифрактограммах отмечается набор наиболее характерных рефлексов с ежплоскостными расстояниями в 0,279; 0,270; 0,184; 0,193; 0,305; 0,262; 0,345; ,226 нм. Отличительной особенностью является четкая триада пиков 0,279; ,270; 0,262 нм с интенсивностью 100,60 и 30 соответственно. Параметры пементарной ячейки фосфатного минерала колеблются в широких пределах: ао-,29-9,33; со - 6,86-6,90 А0.

Рассчитанные автором кристаллохимические формулы фосфатного вещества казывают на его фторкарбонатапатитовую минералогическую природу. По гепени замещения фосфора углеродом (от 1,24 до 1,51 атома) и по отношению 02 к Р20з (0,17-0,21) минерал следует отнести к курскиту, в понимании этого зрмина Г.И.Бушинским (1954,1969 г.г.) и В.З.Блисковским (1976 г.).

Содержание основных окислов (Р2О5, СаО и СОг) в сеноманских желваковых осфоритах варьирует значительно и зависит от их петрографических типов, оличество углекислоты близко к максимальному, теоретически рассчитанному пя молекулы курскита. В мономинеральных фосфатных фракциях оно достигает .37%. Наибольшее разнообразие морфологических и петрографических 1зновидностей фосфоритов наблюдается в I фосслое Полпинского есторождения, что нашло отражение в распределении пятиокиси фосфора и киси кальция. Содержание Р205 колеблется от 12 до 33% и закономерно взрастает от литогенных к литогенно-органогенным разностям и достигает зибольших значений в биоморфозах зоогенного петрографического типа, оответственно этому изменяется содержание СаО от 18 до 45%.

По результатам микрозондового анализа фосфоритов различных петрогра-ических типов установлено, что фосфат с микрозернистой и радиально-лу-истой структурами обогащен Р2О5 по сравнению с фосфатом скрыто-эистагшической разновидности. Кроме того, выявлена различная степень 1мещения кремния фосфором в остатках организмов с опаловым скелетом.

Наиболее бедный промышленный горизонт на Полпинском месторождении -фосслой, фосфориты лито генного типа которого содержат 12-19% фосфорного нидрита. Количество оксида кальция в них варьирует от 18 до 33%. По йнообразию петрографических типов и по распределению Р2О5 и СаО III

фосслой занимает промежуточное положение по отношению к первым дву количество пятиокиси фосфора изменяется от 14 до 22, а окиси кальция от 22 , 38%. Следует отметить, что последняя не только связана в молеку фторкарбонатапатита, но и входит в кальцит, содержащийся в некотор! фосфоритовых образованиях 111 фосслоя.

Химический анализ песчаной толщи нижнекампанского подъяру подтверждает, что наиболее богатые россыпи концентрируются в слое мелк зернистых песков с максимальным выходом тяжелой фракции. Продуктивш пласт, на 35-40% сложенный зернистыми фосфоритами всех петрографическ типов, содержит до 12-14% Р7О5. Россыпь является комплексным полезнь ископаемым и обогащена тяжелыми терригенными минералами. На долю рутш лейкоксена и ильменита приходится 4-5%, что соответствует содержат двуокиси титана от 1,6 до 2,18%. Как и сеноманские желваковые, зернист фосфориты нижнего кампана сложены той же разновидностью ортофосфа кальция - курскигом, а отношение ССЬ к Р1О5 колеблется от 0,16 до 0,20.

В верхнемеловых фосфоритах распространен широкий компле микроэлементов. Использование метода парной и множественной корреляцш анализ геохимических связей этих элементов с определенными типами пород минералов позволили выделить три группы: 1 - элементы связанные с фосфатчь веществом (Ва, Sr, Мп); 2 - микроэлементы вмещающих терригенных аутигенных минералов (Zr, Ti, V, Be, Со, Pb, Sn, Ag, Cu, Mo, Y); 3 - элемен проблематичного генезиса (Yb, Sc, Cr, Ni).

Установлено, что ни один из элементов не имеет минерагтообразующе значения. Основными источниками микроэлементов являются фосфатн вещество, глауконит, глинистые минералы, сульфиды (преимущественно пири реже окислы и гидроокислы железа. Из числа обнаруженных элемент микроудобрения являются В, Ti, Mn, Ni, Со, Си, Mo. Ва, Sr, Cr, As токсичны д организмов животных, но содержатся на уровне кларковых и поэтому их -Щ всегда ниже допустимых значений.

4. Формирование месторождений фосфоритов обусловлено ряж факторов, ведущими из которых являются структурно-тектонический фациальный.

Образование фосфоритовых месторождений происходит в результс благоприятного сочетания ряда факторов, в том числе стратиграфическо! палеогеографического, фациального и тектонического . Процесс формирован

;сторождений состоит из нескольких стадий: 1 - поступление фосфора в 1ссейн седиментации; 2 - потребление и концентрация его богатым орга-шсским миром в морском бассейне; 3 - отмирание и выпадение в осадок югащенной фосфором органики; 4 - диагенез, фосфатизация осадков, фазование стяжений и конкреций; 5 - перемыв осадков и обогащение их рнами, оолитами и желваками фосфоритов. Особое значение приобретает эследняя стадия, в которую происходит формирование собственно гсторождений фосфоритов, определяются размеры, мощности рудных тел, »держание Р1О5 в породах.

Стратиграфический фактор. В пределах Воронежской антеклизы "мечается пять стратиграфических уровней позднемеловой-эоценовой эпохи осфатогенеза, с которыми связано образование фосфоритов: сеноманский, шгонский, раннекампанский, раннепалеоценовый, сумской . Каждый из них появился лишь в какой-то части антеклизы и только сеноманский век фактеризуется формированием месторождений на большей части площади 1звития его отложений.

Наиболее продуктивны сеноманские и нижнекампанские образования, эедставленные промышленными месторождениями северо-западного склона . оронежской антеюшзы. Фосфориты остальных стратиграфических интервалов шапливапись лишь в маломощных базальных горизонтах с незначительной родуктлвностью. Таким образом, стратиграфический фактор формирования осфоритовых месторождений можно использовать при их поисках лишь в самом Зщем виде.

Палеогеографический фактор. В меловой период рассматриваемая фритория представляла собой часть северного шельфа Мезотетиса, залившего 1жную часть Восточно-Европейской платформы. Здесь располагался елководно-морской эпиконтинентальный бассейн с мигрирующей береговой ннией, с частыми трансгрессиями и регрессиями.

Анализ меловых разрезов показывает преимущественную приуроченность энцентраций фосфатов к границам регрессивных и трансгрессивных циклов садконакопления. Так, к границе сеномана и турона на значительной площади риурочена сеноманская фосфоритовая плита. При этом отмечается постепенный ереход грубозернистых и даже галечных пород регрессивного цикла в более елкозерннстые песчаные, карбонатно-песчаные и карбонатные породы. Россыпи нечско-Крапивенской зоны приурочены к породам, фиксирующим смену

IS

нижнекампанского регрессивного цикла верхнекампанским трансгрессивны:» Смена знака эйперогенических движений особенно сильно сказывалась вблиз береговой зоны, где даже небольшие эвстатические колебания уровня моря вели изменению интенсивности гидродинамического режима и, следовательно, неоднократному перемыву осадков, изменению направлений и силы течений. В( поэтому в разрезе того же сеномана в отдельных участках может быть до тре; четырех пластов фосфоритов.

Следует также отметить, что мелководно-морские зоны благоприятны jjj начальных стадий формирования фосфоритовых месторождений, поскольку в ш сосредоточена основная масса органического вещества, обогащений! фосфором.Кроме того, в меловой период изучаемый регион представлял соб( зону, где смешивались воды теплого Мезотетиса и относительно холодно Мезоарктического бассейна в пограничных частях Днепровско-Донецк< впадины и Московской синеклшы. Это определяло эффект типа апвеллинга, отсюда богатую органическую жизнь - непременное условие обогащения осадк фосфором .

Зернистые фосфориты унечекого типа встречаются в глауконитов кварцевых формациях северного шельфа Мезотетиса в Западно-Украинско Южнодонбасском, Придеснянском фосфоритоносных районах. Анализ пале географических и других предпосылок позволяет сделать предположение, ч фосфатоносные россыпи можно обнаружить и на юго-восточном скло Восточно-Европейской платформы (Юго-Западная часть Токмовского свода).

Фациальный фактор. При обмелении мелководно-морских бассейн сеноманского и раннекампанского веков возникали условия для активизац гидродинамических режимов, способствующие перемыву фосфоритоносш отложений и формированию фосфоритовых залежей. Так, Подбужское мест рождение образовалось на севере региона в фациальной зоне, отличающей повышенной «грубизной» сеноманских отложений и наибольшей активност гидродинамического режима. Центральные участки Полпинского месторождеш отвечающие конседиментационному поднятою III порядка, характеризуют сокращенными мощностями (5-6 м) сеноманских отложений с хорошо развиты тремя фосслоями высокой продуктивности и отражают оптимальные услоЕ фосфоритообразования (первичное фосфатонакопление, последующий перемьп сгружение конкреций в прослои).На флангах месторождения и за его предела на пониженных участках подводного рельефа в условиях менее активи

[дродинамики сформировались породы с повышенной мощностью и оубоженными фосслоями, отдельными желваками и зернами фосфоритов.

Унечское месторождение также формировалось в условиях мелководно-эрской седиментации, в бассейне с нормальной соленостью. Продуктивной 1стью нижнекампанского подъяруса является слой хорошо сортированных елкозернистых песков, залегающих в его кровле и накапливавшихся при аксимальной для раннекампанского бассейна активности гидродинамического ;жима. В остальной части разреза подъярус представлен песчано-апевритовыми эродами, содержание тяжелой фракции в которых менее одного процента. Эти юхо сортированные алевро-псаммитовые отложения с рассеянными зернами осфоритов не подвергались длительному шлихованию, и были сформированы эи слабой гидродинамической активности.

Тектонический фактор. Рассматриваемая территория, расположенная на тыке Днепровско-Донецкой впадины, Воронежской антеклизы и Московской шеклизы, в меловой период развивалась как часть северо-восточного борта ДВ. На её моноклинальном склоне выявлен ряд структурных осложнений, редставленных поднятиями и впадинами более высоких порядков, юсфоритоносные площади приурочены к положительным структурам, в 1CTH0CTH, к Унечскому и Стародубскому поднятиям в раннекампанскос и груктурному выступу, где расположены Полпинское и Подбужское есторождения, в сеноманское время.

'ормирование фосфоритовых рудных тел происходило в мелководно-морских ;ловиях, контролировалось конседиментационными структурами III порядка и зязано с зонами наибольшей активности гидродинамического режима юлновая деятельность, течения). На Полпинском месторождении, экализуюшемся в пределах конседиментационного поднятия,общая мощность эуса уменьшена за счет размыва песков, залегающих между продуктивными эризонтами. Вымывание мелких псаммитовых фракций привело к возрастанию гносительного количества фосфоритовых желваков и сгружению их в родуктивные горизонты. В наиболее приподнятых частях структур ( Подбужское есторождение ) фосслои могли сливаться. На периферии поднятий активность здродинамического режима в бассейне седиментации ослабевала, происходило величение общей мощности толщи, разубоживание, а затем и выкашивание родуктивных горизонтов.

Таким образом, образование фосфоритов связано с благо приятны л условиями на обширной территории мелководно-морского бассейн Формирование месторождений фосфоритов связано с наличием положительнь конседиментационных структур. Следовательно, тектонический фактор бь определяющим для возникновения месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Позднемеловая-эоценовая эпоха фосфатонакопления на северо-запа, Воронежской антеклизы проявилась на сеноманском и раннекампанскс стратиграфических уровнях: с первым связаны Полпинское и Подбужск месторождения желваковых фосфоритов, со вторым - Унечское месторожден зернистых фосфоритов.

2. Формирование фосфоритоносных отложений происходило на шелы мелководно-морского эпиконтинентального бассейна, активность гидродин мического режима в котором менялась от низкой до высокой. Продуктивш фосфоритовые слои сформировались при активизации гидродинамическо режима и приурочены к глауконитово-кварцевым пескам, отличающимся ] структурно-текстурным признакам от бесфосфатных песков лучшей сортнровю и содержанием более крупных фракций.

3.Сеноманские фосфориты представлены: 1-органогенно-литогеннь (глинисто-алевритовым ); 2-литогенным (песчанистым ); З-зоо-, фитогеннь петрофафическими типами. Первый распространён в виде хорошо окатанш галек, второй и третий типы - в виде желваков разнообразных размеров и фор Нижнекампанские фосфориты являются новым генетичеким типом, относятся морским фосфатоносным россыпям и представлены, преимуществен зернистым и плёночным петрофафическими типами. Морфологически о; выражены в виде монофосфатных микроконкреций мелкозернистой фракци либо в виде оболочек вокруг зёрен титан-циркониевых минералов.

4. Для органогенно-литогенных фосфоритов характерны базальный базально-поровый типы цемента со скрытокристаллической (реже - микрозе нистой) структурой фосфатного вещества. В литогенных конкрециях отмечает большое разнообразие типов цемента (порово-плёночный, плёночнь крустификационный, поровый, реже - контактовый и базально-поровый ) и е структур (скрытокристаллическая, микрозернистая, радиально-лучистая). Д

:форитов зоо- и фитогенного типа также характерны все три степени ¡кристаллизации фосфатного цемента. Фосфатное вещество россыпных сфоритов зернистого и пленочного типов имеет скрытокристаллическую, реже здиально-лу чистую структуру.

5. Фосфат верхнемеловых фосфоритов представлен минералом группы эркарбонатапатита курскитом, в молекуле которого углерод замещает от 1,24 1,51 атома фосфора, а отношение СОг к Р2О5 равно 0,17-0,21.

6. Содержание фосфорного ангидрита в сеноманских конкрециях колеблется 12 до 33% и возрастает от литогенных фосфоритов к литогенно-орга-

генным, достигая наибольших значений в биоморфозах зоогеного петрогра-ческого типа. Продуктивный пласт нижнекампанского подъяруса содержит до -14% Р205.

Растровая электронная микроскопия позволила выявить 4 группы ьтрамикроструктур фосфатного вещества: 1 - органогенные (бактериоморфная, зковая, диатомовая, мшанковая, фитогенная); 2 - колломорфные (натечная, пломорфно-зернистая, аморфная); 3 - кристалломорфные (изометрично-)нистая, гексагональная короткопризматическая, радиально-лучистая); 4 -мбинированиые (со структурными элементами 2 и 3 групп, а также узовидная, глобулярная, глобулитовая).

8. В результате микрозондирования установлено, что фосфатное вещество с крозернистой и радиально-лучистой структурой более зрелое, обогащено сфором и резко обеднено кремнием, в сравнении со скрытокристаллической |рмой фторкарбонатапатита.

9. Фациальный фактор играет важную роль при образовании фосфоритовых тежей. В мелководно-морских бассейнах сеноманского и раннекампанского ков возникали условия активизации их гидродинамических режимов, особствующие перемыву фосфоритоносных пород, выносу пелитово-аммитовых фракций, остаточной концентрации фосфоритов и сгружению их в одуктивные слои. При низкой активности гидродинамического режима капливались отложения с повышенными мощностями, наиболее тонкого анулярного состава, с рассеянными по всей толще фосфоритами.

10. Ведущая роль в формировании месторождений иринадлезкит текто-"ческому фактору. Месторождения обычно локализуются в пределах консе-ментационных поднятий, определяющих фациальный контроль фосфа-

тонакопления: концентрацию фосфоритов в зонах с повышенной активностью i их рассеяние в зонах с низкой активностью гидродинамики морской среды.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Рентгенографическое и электронномикроскопическое изучение глауконит мезозойских отложений Воронежской антеклизы // X Всесоюзное совещание п рентгенографии минерального сырья: Тез.докл.-Тбилиси, 1986 (соавтор Савк

A.Д.).

2. Литолого-фациальная характеристика и условия образования фосфоритоносны сеноманских отложений северо-запада//Геология и неметаллические полезны ископаемые ЦЧЭР. Воронеж, 1987. с.27-43 (соавторы Олейник Ю.В., Подобны

B.М.).

3. Минералого-петрографические особенности фосфоритов Полпинског месторождения//1У Межвузовская конференция молодых ученых «Развити фундаментальных и прикладных исследований». Тез.докл. - Ленинград, 1986.

4. Минералого-петрографическая характеристика фосфоритов Полпинског месторождения//Межвузовская конференция молодых ученых «Наука и ее роль ускорении научно-технического прогресса». Тез.докл. - Воронеж, 1987.

5. Локализация месторождений желваковых фосфоритов на северо-запа.Е Воронежской антеклизы//Изв.высш.учебн.завед. Геол. и разведка, 1988. № 4. с.81 88. (соавтор Савко А.Д.).

6. Полезные ископаемые Воронежской антеклизы: факторы локализации формирования. Воронеж, 1989. 224 с. (соавторы Шевырев Л.Т., Сиротин В.И Бартенев В.К. и др.).

7. Глауконит из Полпинского месторождения (северо-запад Воронежскс антеклизы)//Литогснез и образование полезных ископаемых фанерозс Воронежской антеклизы. Воронеж, 1992. с. 104-112. (соавтор Савко А.Д.).

8. Литолого-фациальные и структурцо-тектонические особенности форм! рования фосфоритоносных отложений Полпинской группы месторождени //Литогенез и образование полезных ископаемых фанерозоя Воронежскс антеклизы. Воронеж, 1992. с.14-25. (соавторы Беляев В.И., Савко А.Д.).

9. Малые элементы в фосфоритах северо-западной и центральной чаете Воронежской антеклизы//Литология и геохимия осадочных отложени Воронежской антеклизы. Воронеж, 1993. с.68-76.

. К литологии пород Журиничского участка Полпинского месторождения сфор итов/'/Л итоло г ия и геохимия осадочных отложений Воронежской геклизы. Воронеж, 1993. с.100-111. (соавтор Подобный В.М.).

Основные факторы формирования фосфатных россыпей (на примере жпекампанских отложений Северо-запада Воронежской

теклизы)//Изв.высш.учебн.завед. Геол. и разведка, 1991. № 12. с.43-52. эавторы Савко А.Д., Иванов Д.А., Беляев В.И.).

Фосфориты Центрально-Черноземного района. Воронеж, 1994. 184 с. эавторы Савко А.Д., Беляев В.И.).

Заказ №5ЬО от 2$. Ш 1998 г. Тир. ЮО экз. Лаборатория оперативной полиграфии ВГУ

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Мануковский, Сергей Викторович, Воронеж

0>7 г" £■ / ^ ^"

/

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАНУКОВСКИЙ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

литология верхнемеловых фосфоритоносных отложений северо-запада воронежскойантеклизы

04.00.21 литология

Диссертация на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук профессор А.Д.Савко

ВОРОНЕЖ - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................4

ГЛАВА 1. Геологическое строение района исследований......................................9

1.1. Докембрий.......................................................................................................9

1.2.Фанерозо й......................................................................................................10

1.2.1. Девонская система.Верхний отдел.......................................................10

1.2.2.Каменноугольная система.Нижний отдел...........................................11

1.2.3.Юрская система.Средний-верхний отдел............................................11

1.2.4.Меловая система.Нижний отдел...........................................................12

1.2.5.Меловая система.Верхний отдел..........................................................13

1.2.6.Кайнозойская группа.............................................................................15

ГЛАВА 2. История исследований верхнемеловых фосфоритов...........................16

ГЛАВА 3. Литология и фации верхнемеловых фосфоритоносных

отложений..........................................................................................................................24

3.1. Сеноманские отложения...............................................................................24

3.1.1.Структурно-тектоническое положение сеноманских отложений......24

3.1.2.Стратиграфическое положение сеноманских отложений..................27

3.1.3.Литология сеноманских отложений.....................................................30

3.1.4.Фациальная характеристика сеноманских отложений.......................53

3.2.Нижнекампанские отложения......................................................................62

3.2.1.Структурно-тектоническое положение нижнекампанских отложений..........................................................................................................................62

3.2.2.Стратиграфическое положение нижнекампанских отложений.........70

3.2.3.Литология нижнекампанских отложений............................................73

3.2.4.Фациальная характеристика нижнекампанских отложений..............85

ГЛАВА 4. Морфологические и петрографические типы фосфоритов.................95

4.1.Желваковые фосфориты сейомана...............................................................95

4.1.1.Морфологические особенности фосфоритов......................................95

4.1.2.Петрографические типы фосфоритов.......................................99

4.2.Фосфатоносные россыпи нижнего кампана.............................................108

4.2.1.Морфология и продуктивность рудоносного пласта.......................109

4.2.2.Петрографические типы россыпных фосфоритов.............................112

ГЛАВА 5. Минералогический и химический состав фосфоритов.......................124

5.1.Кристаллические и оптические особенности фосфоритов.......................124

5.2.Электронномикроскопический растровый анализ фосфоритов...............130

5.3.Особенности химического состава фосфоритов.......................................141

5.4.Микроэлементы в фосфоритах...................................................................148

5.4.1.Микроэлементы,связанные с фосфатным веществом.......................150

5.4.2.Микроэлементы,связанные с вмещающими породами.....................154

5.4.3.Ультраэлементы,связанные с вмещающими породами.....................157

5.4.4.Малые элементы проблематичного генезиса....................................159

5.5.Микрозондовое изучение фосфоритов......................................................163

ГЛАВА 6. Факторы формирования фосфоритовых месторождений...................171

6.1.Условия и стадии образования фосфоритов.............................................171

6.2.Стратиграфический фактор........................................................................173

6.3.Палеогеографический фактор.....................................................................174

6.4.Фациальный фактор.....................................................................................176

6.5.Тектонический фактор................................................................................179

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................184

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.................................................188

введение

ЦЧЭР, расположенный, в основном, на территории Воронежской антеклизы, является одной из важнейших житниц Российской Федерации, поэтому проблема повышения плодородия почв на его территории всегда актуальна. Главным средством увеличения урожайности полей считается внесение минеральных удобрений, в т.ч. фосфорных, выпускаемых в виде суперфосфата или фосфоритной муки.

К 1988 году производство фосфорных удобрений в России было доведено до 5,1 млн. т Р2О5, однако, последовавшая затем деструкция привела к резкому снижению их производства. В последние два-три года на 1га пашни приходится 5-6 кг Р2О5, тогда как в развитых странах, достигших высоких показателей плодородия почв, ежегодно вносится 150-180 кг. В результате в России около 43 млн. га пахотных земель содержат недостаточное количество подвижного фосфора в почвах, на которых немыслимо получение полноценных урожаев. Для выправления этой критической ситуации предусматривается реализовать целевую государственную программу «Повышение плородия почв России на 1996-2000 годы». Одной из главных ее задач является увеличение поставки минеральных удобрений до 13 млн. т, при этом объемы фосфоритования почв должны возрасти с 0,3 до 3,5 млн. га.

В основе производства фосфоудобрений лежит фосфатносырьевая база. Ее расширение должно осуществляться с опережением. Требуется незамедлительное возобновление и прогрессирующее развитие геологоразведочных работ на фосфориты, особенно поисковых, выявляющих новые месторождения и перспективные площади. В связи с этим теоретические и научно-практические проблемы фосфатной геологии приобретают особую актуальность.

В северо-западной части Воронежской антеклизы в верхнемеловых отложениях сосредоточены три месторождения фосфоритов: Полпинское и Подбужское желвакового типа и Унечское зернистого (россыпного) типа. На сырьевой базе первого месторождения работает Брянский фосфоритный завод, производящий 450500 тыс. т фосфоритной муки в год, однако этого количества недостаточно даже для Нечерноземья.

История изучения и эксплуатации сеноманских фосфоритов насчитывает несколько десятилетий. Классической работой, опубликованной в 1954 году, является «Литология меловых отложений Днепровско-Донецкой впадины» Г.И.Бушинского[20]. Кроме этого, почти четверть века назад по проблеме фосфоритоносности сеномана Воронежской антеклизы В.И.Фоминским[53] была защищена кандидатская диссертация. Последующие работы были посвящены отдельным аспектам фосфоритоносности и затрагивали разрозненные участки Воронежской антеклизы. Вместе с тем, положение продуктивных отложений в стратиграфических разрезах, вопросы минералогии и кристаллохимии фосфоритов, условия их образования, особенно зернистых, изучены недостаточно глубоко, из-за слабого использования в то время прецизионных методов исследования.

Основной целью настоящей работы является установление закономерностей формирования фосфоритов и прогноз поисков их месторождений. Для достижения этой цели должны быть решены следующие задачи: 1. изучение распространения и фациальной принадлежности фасфатоносных отложений различных стратиграфических подразделений верхнего мела; 2.выявление основных морфологических и петрографических типов фосфоритов; 3.детальное изучение минералогического и химического состава фосфоритов; 4.установление основных факторов формирования фосфоритовых месторождений.

В результате проведения комплекса работ впервые на северо-западную часть Воронежской антеклизы составлены фациальные карты масштаба 1:200 ООО для сеноманских и нижнекампанских отложений, а также фациальная карта масштаба 1:50 ООО Унечского рудного поля. На эту же территорию построены структурные карты масштабов 1:200 000 и 1:100 000. Комплекс этих карт служит основой при прогнозах и поисках фосфоритовых месторождений. Впервые при изучении минералого-петрографических особенностей фосфоритов этого региона, помимо традиционных методов, использовалась растровая электронная микроскопия, а при исследовании химического их состава был применен микрозондовый анализ. Установлено, что фосфатное вещество в фосфоритах всех петрографических типов сложено одним минералом - курскитом, относящимся к группе фторкарбонатапатитов; рассчитана его кристаллохимическая формула. Установлена ведущая роль фациального и, особенно,

тектонического фактора в формировании месторождений фосфоритов. Впевые для изучаемого региона выявлена связь рудных залежей с конседиментационными поднятиями Ш порядка.

Материалы, полученные автором в ходе работ по теме диссертации (с 1983 года), неоднократно передавались в форме производственных, тематических научных отчетов, отдельных рекомендаций в Брянскую ГРП Юго-Западной экспедиции. Результаты работ позволили точно определить площадь для постановки геологической съемки масштаба 1:50 ООО с поисково-оценочными работами на фосфатоносные россыпи нижнего кампана. Была выявлена перспективность Унеча-Крапивенской рудной зоны на юго-западном фланге Унечского месторождения. Во всех этих работах диссертант принимал непосредственное участие, являясь ответственным исполнителем или соавтором отчетов.

Как частные вопросы, так и основные положения диссертации ежегодно докладывались на научных конференциях Воронежского госуниверситета. Опубликовано 12 работ, из них одна коллективная и одна авторская монографии. Диссертант являлся участником Межвузовских конференций молодых ученых и специалистов (Ленинград, 1986 г.; Воронеж, 1987 г.); Всесоюзных совещаний: по «Рентгенографии минерального сырья» (Тбилиси, 1986 г.),по «Проблемам геологии фосфоритов» (Таллин, 1988г.) Международного симпозиума «Проблемы фосфатной геологии» (Москва, 1995 г.).

В основу представляемой работы положен фактический материал, полученный диссертантом в период проведения полевых и камеральных работ с 1983 по 1995 годы. При этом изучено и опробовано более 3200 пог. м керна буровых скважин и стенок обнажений. По полученным образцам фосфоритов и вмещающих пород проведено 366 гранулометрических, 184 минералогических, 345 петрографических, 372 палеонтологических, 93 химических, 437 рентгеноструктурных, 265 растровых электронномикроскопических, 279 спектральных, 10 микрозондовых анализов, в 199 образцах выделена тяжелая фракция, в 530 - глинистая составляющая, в 22 -электромагнитная фракция. Все петрографические и палеонтологические, рентгеновские, электронномикроскопические исследования, выделение электромагнитной фракции, большая часть гранулометрических, минералогических

анализов, выделение тяжёлой и глинистой фракций проведено в лабораториях ВГУ. Минералогические, гранулометрические анализы, выделение тяжёлой и глинистой фракций были выполнены также в лабораториях ПГО «Воронежгеология», спектральные и большая часть химических анализов - в лабораториях ПГО «Архангельскгеология».

Цитохимические исследования вмещающих фосфориты песчано-глинистых пород проводились по методикам, разработанным Л.Б.Рухиным [43], Н.В.Логвиненко [32], М.Ф.Викуловой [22]. Фосфоритовые образования изучались по методам и классификациям Г.И.Бушинекого [20], Б.М.Гиммельфарба [24], А.П.Ясырева [61], В.З.Блисковского [12], Г.Н.Батурина [3]. Фациальные карты были составлены с учётом методических указаний «Атласа литолого-палеогеографических карт Русской платформы», а также собственных разработок.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы из 61 наименования. Текст изложен на 192 стр., 17 табл., при 47 иллюстр.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору А.Д.Савко. Диссертант искренне благодарит кандидата геолого-минералогических наук В.И.Беляева, доктора геолого-минералогических наук Г.В.Холмового, кандидата геолого-минералогических наук А.И.Мизина, научных сотрудников В.К.Бартенева и В. Н.Бурыкина за всестороннюю помощь и ценные советы. Автор также высказывает особую признательность своим коллегам О.Н.Погибелевой, Ю.В.Олейнику, Д.А.Иванову, Н.А.Корабельникову за большую техническую помощь.

В диссертации защищаются следующие положения :

♦ 1.На северо-западе Воронежской антеклизы фосфоритоносными отложениями являются сеноманские карбонатно-глауконитово-кварцевые и нижнекампанские глауконитово-кварцевые с повышенным содержанием титан-циркониевых минералов.

♦ 2. Фосфориты представлены различными морфологическими и петрографическими типами, отражающими генетические особенности их формирования.

♦ 3.Фосфатное вещество во всех фосфоритах представлено курскитом, минералом группы фторкарбонатапатитов, содержание в котором основных и малых элементов определяется петрографическими типами фосфоритов.

♦ ^Формирование месторождений фосфоритов обусловлено рядом факторов, ведущими из которых являются структурно-тектонический и фациальный.

Защита первого положения изложена в третьей главе, второго - в четвёртой, третьего - в пятой и четвёртого - в шестой главах.

ГЛАВА 1

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА РАБОТ

Северо-западная часть Воронежской антеклизы расположена на территории Брянской и, частично, Орловской и Калужской областей общей площадью около 50 тыс.квадратных километров.Она граничит с крупными отрицательными структурами Днепровско-Донецкой впадиной и Московской синеклизой, сложена кристаллическими породами фундамента, залегающими на глубине от первых сотен метров до одного километра и перекрывающими его различными по возрасту осадочными образованиями. Выделяются архейские, нижне- и верхнепротерозойские,а также фанерозойские образования.

Архейские и нижнепротерозойские породы слагают кристаллический фундамент антеклизы (нижний структурный ярус), верхнепротерозойские представлены неметаморфизованными отложениями, распространенными в северной части региона. Они совместно с фанерозойскими образованиями входят в состав осадочного чехла - верхний структурный ярус.

1.1.Докембрий

Архей представлен обоянской и Михайловской сериями. Наиболее древняя обоянская серия распространена в пределах Курского мегаантиклинория, сложена разнообразными по составу гнейсами, интенсивно мигматизированными и гранитизированными, метаморфизованными в условиях гранулитовой и амфиболитовой фаций. В состав Михайловской серии входят метабазиты, в меньшей степени кислые эффузивы и нормально осадочные породы, метаморфизованные в условиях амфиболитовой фации.

Нижний протерозой сложен породами курской и оскольской серий, метаморфизованными до стадии зелёных сланцев.Отложения курской серии (2400 м) с резким несогласием залегают на Михайловской и в нижней части представлены метаконгломератами, метапесчаниками, сланцами, безрудными кварцитами; в средней - железистыми кварцитами и переслаиванием железистых кварцитов и сланцев; в верхней - сланцами, безрудными кварцитами, реже песчаниками. Для разрезов оскольской серии (2300 м) характерно переслаивание

грубообломочных образований с песчаниками и сланцами, а также наличие эффузивов в верхней части разреза.

Среди отложений верхнего протерозоя установлены верхнерифейские и вендские. Верхнерифеские образования развиты на границе антеклизы с отрицательными структурами и представлены мощной толщей (до 2 км) пёстроокрашенных песчаников континентального происхождения. Вендский комплекс представлен волынской серией (до 200 м), которая в нижней части сложена несортированными глинисто-песчаными породами ледникового происхождения, а в верхней - вулканогенно-осадочными серовато-зелёными туфоаргиллитами, туфоалевролитами,туфопесчаниками.

1.2.Фанерозой

На кристаллических дислоцированных породах докембрия с резким угловым и стратиграфическим несогласием залегают образования девонской, каменноугольной,

и и с» и т~>

юрской, меловой, палеогеновой и четвертичной систем. В девонскии и каменноугольный периоды рассматриваемый регион представлял юго-западный склон Московской синеклизы, поэтому подошва палеозоя моноклинально наклонена на север и северо-восток. В мезозое территория была вовлечена в погружение северовосточного крыла Днепровско-Донецкой впадины, что обусловило моноклинальное залегание юрских и меловых отложений с падением на юго-запад. Следует отметить, что общий моноклинальный структурный план осложнён структурами второго порядка.

1.2.1. Девонская система. Верхний отдел.

Франский ярус. В данном регионе самыми древними являются верхнедевонские породы нижнефранского подъяруса, представленные преимущественно, известняками саргаевского и семилукского горизонтов. Мощность подъяруса закономерно возрастает по направлению на север с 25 до 65 м. Отложения верхнефранского подъяруса без видимого перерыва согласно залегают на нижнефранских, погружаются в северном направлении, при этом их мощность увеличивается от 60 до 90 м. В цитологическом �