Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Литолого-фациальные особенности позднеолигоценовых и раннемиоценовых лимногенных комплексов Сакмаро-Бельской Депрессии

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Литолого-фациальные особенности позднеолигоценовых и раннемиоценовых лимногенных комплексов Сакмаро-Бельской Депрессии"

V* о* %

^ ^ ^РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ЛИТОСФЕРЫ ОКРАИННЫХ И ВНУТРЕННИХ МОРЕН

на правах рукописи

ТАРАСОВ Алексей Всеволодович

Антолого-фавдаальные особенности позднеолиговденовых и рашешощенозыж лггшогенньос комплексов Са1шаро*Бельской депрессии (Южное Приуралье)

Специальность Q4.G0.01' о&цзя и рсп!Овэдькая г&олопш

04.С0.ХХ - ЛИТОЛОГИЯ

Автореферат дкссеркирш на ошеиш^ у<шсй етешш кацдидш геоАсг»бшкг|шсп1тааш наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена в Институте литосферы окраинных и внутренних морей РАН

Научный руководитель: доктор геол.-мин. наук

A. А. Рассказов

Официальные оппоненты: доктор геол.-мин. наук

B. А. Ерощев - Шак

доктор геол.-мин. наук Н. А. Созинов

Ведущая организация:

Московский государственный Университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра литологии и морской геологии

Защита диссертации состоится « !Н» 199 В г. в // ч. (70 мин,

на заседании диссертационного учёного совета Д 003.50.01 при Институте литосферь окраинных и внутренних морей РАН по адресу: 109180, Москва, Старомонетныи пер., д. 22, Институт литосферы окраинных и внутренних морей РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института литосферы окраинных и внутренних морей РАН.

Автореферат разослан « ОН » ^есед^Я 199&г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат геол.-минер, наук

Н. К. Власова

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Лимногенные осадочные комплексы пород и другие непосредственно связанные с ними фациальнме типы континентальных отложемий являются очень важными, точными и подчас незаменимыми индикаторами палеогеографических, палеогеоморфологических и палеотектонических условий формирования древних осадочных формаций, что делает особенно актуальным их изучение.

Несмотря на широкое распространение разновозрастных лимногенных отложений в Южном Приуралье и особенно в предела). Сакмаро-Бельской депрессии, степень их изученности далеко не достаточна. В особенности это справедливо по отношению к олигоцен-миоценовым подугольным озёрным толщам в пределах Южноуральского буроугольного бассейна, подстилающим промышленные пласты бурых углей. Обширные многолетние исследования буроугольных отложений подробно освещают особенности формирования и развития именно этого этапа эволюции лимногенных комплексов, а также состав пород, строение и условия образования месторогкдений бурых углей, но в значительно меньшей степени раскрывают предшествующие и последующие условия развития озёрного седиментогенеза в этом регионе.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИИ заключалась в выяснении закономерностей и особенностей лимногенного осадкообразования в пределах Сакмаро-Бельской депрессии, а также окружающих её районах Южного Приуралья в фанерозое, и в первую очередь на протяжении кайнозойского этапа развития этого региона, на основе подробного изучения литолого-фапиального и вещественного состава лимногенных комплексов, их циклического строения с целью реконструкции общей палеогеографической ситуации в регионе и её развития во времени. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ состояли в следующем.

1. Изучение литолого-фациального и вещественного состава олигоцен-миоценовых озёрных комплексов Сакмаро-Бельской депрессии, а также распределения различных фациальных типов лимногенных отложений на площади и их положения в разрезах древних континентальных формаций.

2. Разработка литологических критериев для палеогеографических реконструкций на основе детального изучения вещественного состава древних озёрных толщ региона.

3. Восстановление палеогеографической ситуации и условий осадконакопления в позднем олигоцене и раннем миоцене.

4. Изучение минерального состава озёрных глин и структуры глинистых минералов, входящих в состав лимногенных комплексов.

5. Выделение основных крупных эпох озёрного осадкообразования на протяжении всей длительной истории континентального развития Южного Приуралья в фанерозое.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований.

1. Автором впервые для Сакмаро-Бельской депрессии, а также прилегающих территорий Южного Приуралья, было проведено детальное литолого-фациальное

научение древних осадочных комплексов озерного генезиса с использованием совокупности литолого-фациальных и минералого-петрографических методов, а именно изучения структурно-текстурных особенностей осадков, характера цикличности и распределения озёрных фаций, петрографических исследований прозрачных шлифов, рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и др. В результате этого были восстановлены палеоусловия осадкообразования озёрных и озёрно-болотных толщ позднеолигоценового и раннемиоценового возраста.

2. Были подробно изучены состав и минералого-структурные особенности глинистых отложений олигоцен-миоценовых озёрных толщ.

3. В результате исследования глинистого вещества было показано, что различные генетические типы каолинита являются специфическими для различных этапов развития древних озёрных и озёрно-болотных бассейнов.

4. Была установлена цикличность озёрного осадкообразования на протяжении всей фанерозойской истории развития Южного Приуралья и выделены периоды, во время которых лимногенные отложения были развиты наиболее широко как в пределах Предуральского краевого прогиба, так и прилегающей к нему территории Русской плиты.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. В результате проведённых автором работ были подробно изучены олигоцен-миоценовые лимногенные комплексы. Причём применённый в работе подход к исследованию древних озёрных отложений с позиций связи литолого-фациальных, геодинамических процессов и вторичной минерализации осадков позволил установить литолого-фациальные критерии для реконструкции условий осадкообразования в древних озёрных бассейнах и для восстановления общей палеогеографической ситуации в регионе. Результаты исследований могут быть использованы при изучении древних озёрных толщ и приуроченных к ним месторождений бурых углей, для реконструкции обстановок их формирования, прогноза размещения буроугольных залежей и других лимногенных полезных ископаемых, в частности, огнеупорных глин и кварцевых песков. Промежуточные результаты этих изысканий нашли применение в работах по научному гранту РФФИ, посвящённому проблемам озёрного литогенеза. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Результаты исследований неоднократно обсуждались в лаборатории седиментологии и докладывались на заседании методического учёного совета по осадочному породо- и рудообразованию Института Литосферы РАН, на Уральском региональном литологическом совещании «Седиментогенез и литогенез осадочных образований» (Екатеринбург, 1996), V Уральском угольном совещании (Екатеринбург, 1997), совещаниях молодых учёных (ИЛСАН РАН, 1995 и 1996 гг.)

о

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ для диссертации был отобран автором во время полевых сезонов 1995 и 1997 гт. на территории Республики Башкортостан и Оренбургской области. При проведении полевых работ изучались естественные обнажения, а также керновый материал и описания скважин, пробуренных АО Башкируголь, было отобрано около 320 образцов. Литологические особенности

отложений, кроме полевых наблюдений (структура, текстура, наличие и характер органических остатков, состав обломочного материала, видимые вторичные изменения и др.), были изучены автором макроскопически я в прозрачных шлифах (60 шт.). При исследованиях глинистого вещества были использованы методы рентгеноструктурного (65 шт.), химического (57 шт.) анализа, электронной микроскопии, выполненных в лабораториях ИЛСАН РАН, МГУ, ГИН РАН, АО Башкируголь.

Диссертация выполнена в Институте Литосферы РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук A.A. Рассказова, которому автор выражает свою глубокую признательность.

При проведении полевых работ большую помощь и содействие оказали сотрудники АО Башкируголь A.A. Артюхин, Ф.М. Исхаков, А.Ю. Фомин и многие другие, директор Института геологии Уфимского Научного Центра РАН доктор геол.-мин. паук В.Н. Пучков, заместитель директора доктор геол.-мип. наук Д.Н. Салихов и сотрудники Института доктор геол.-мин. наук А.П. Рождественский и канд. геол.-мин. наук Г.А. Данукалова, которых автор искренне благодарит за поддержку и консультации.

Автор благодарит за полезные дискуссии и советы в процессе выполнения работы доктора геол.-мин. наук И.И. Плюснину, профессора О.В. Япаскурта, доктором геол.-мин. наук H.A. Соловьёву (МГУ), сотрудников Института Литосферы окраинных и внутренних морей РАН доктора геол.-мин. наук В.М. Моралёва, доктора геолого-минералогических наук В.В. Ляховича, доктора геол.-мин. наук О.Г. Лазура, И.С. Кудиярова и многих других.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 137 страницах, содержит 22 рисунка и 2 таблицы. Библиография включает 135 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1.

ОБШАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГИОНА.

Сакмаро-Вельская депрессия составляет южную, наиболее погруженную часть Южноуральского буроугольного бассейна. Последний относится к платформенному типу, возникшему в подвижной области более древнего герцинского Предуральского краевого прогиба. Бассейн представляет собой депрессию меридионального направления, которая, расширяясь и углубляясь к югу, переходит в Каспийскую синеклизу. На этой территории на складчатом основании, сложенном красноцветными пермо-триасовыми образованиями, начиная с позднего триаса стали возникать мелкие мульдообразные впадины, заполнявшиеся преимущественно озёрными осадками. Эти впадины непосредственно примыкают к выходящим на поверхность или скрытым диапировым структурам, сложенным эвапоритами кунгурского возраста и формировались в схожей обстановке.

После длительного периода морского развития, продолжавшегося с конца средней юры вплоть до эоцена, во многих из этих впадин продолжилось формирование мощных лимногенных комплексов. В дальнейшем мезо-кайнозойские толщи были перекрыты мощным чехлом плиоцен-четвертичных аллювиально-делювиальных отложений и практически нигде не обнажаются на поверхности. К эти структурам приурочены многочисленные разрозненные лимнические месторождения бурых углей миоценового возраста.

Особенности геологического строения и условия образования кайнозойских отложений Южного Приуралья подробно описаны в работах О.С. Адриановой, Л.Н. Ботвинкиной, H.A. Васильевой, В.А. Гаряинова, И.К. Зиняхиной, Ю.В. Казанцева, М.А. Камалетдинова, В.В. Кирюкова, Н.Д. Когваленко, В.К. Немковой, Л.Д. Ожигановой, А.П. Рождественоского, В.П. Твердохлебова, A.A. Яншина, В.Л. Яхимович, геологами АО «Башкируголь» и многими другими учёными. Однако основным направлением этих исследований было изучение состава, строения и условий образования буроугольных месторождений, приуроченных < к кайнозойским длительно развивавшимся изолированным лимногенным впадинам в пределах Южноуральского буроугольного бассейна. При этом значительно меньшее внимание уделялось изучению предшествовавших промышленному угленакоплению этапов развития лимногенных структур, а также литолого-фациальных особенностей и эволюции озёрного седиментогенеза на этой территории в ходе длительного кайнозойского этапа его развития. В настоящей работе основное внимание уделено исследованию именно этих аспектов геологического развития региона.

Общей геологической характеристике региона посвящена глава 1 диссертационной работы.

Стратиграфия отложении

Из составляющих фундамент бассейна палеозойских и мезозойских образований, местами обнажающихся на поверхности, наиболее широко распространена нижнепермская толща морского генезиса, сложенная карбонатными осадками, иногда в виде рифов с высотой их на поверхности до 1 км, или соленосными и гипсово-ангидритными отложениями.

Выше располагается мощная краснопветная терригенная толща верхнепермских и нижнетриасовых осадков, общей мощностью до 5 -'6 км. Она представлена чередованием галечников, песчаников, алевролитов и аргиллитов, с отдельными прослоями карбонатных отложений (известняков, доломитов и мергелей).

С несогласием на красноцветной толще залегает комплекс пород мезокайнозоя, по составу и степени литификации резко отличный от предыдущего. Он сложен светлыми кварцевыми песками, глинами и слабо сцементированными песчаниками. Общая мощность комплекса около 1 км.

Кайнозой представлен всеми отделами. При этом палеоцен, нижний и средний эоцен сложены глауконитовыми песками и глинами морского генезиса. Эти осадки

л ч

занимают пониженные участки небольших мульдообразных впадин, расположенных среди консолидированных пермо-триасовых красиоцветных образований. Они имеют мощность обычно не более 50 м.

За основу при изучении разрезов олигоценового и миоценового возраста принята стратиграфическая схема В.Л.Яхимович, созданная в результате многолетних исследований разновозрастных осадочных толщ, базирующаяся на огромном фактическом материале и являющаяся общепринятой для данного региона.

Олигоценовые и миоценовые отложения, сходные по своему составу и происхождению, составляют предуральскуто угленосную серию с выделяемыми в ней четырьмя свитами.

1) Тюльганскдя. или нижняя угленосная свита, сложена белыми кварцевыми песками, галечниками, белыми и серыми глинами озёрного и озёрно-болотного генезиса. Она местами содержит сложную залежь бурого угля мощностью до 12 м и отдельные тонкие буроугольные прослои. Мощность свиты 15 - 90 м.

2) Куюргазинская. или основная угленосная свита, связана с нижележащей постепенным переходом и представлена озёрно-болотными тёмно-серыми глинами, часто углистыми, вмещающими две залежи бурого угля общей мощностью 30 - 40 м, местами до 150 м. Иногда свита почти полностью составлена буроугольной залежью (Бабаевское месторождение).

3) Ворошиловская, или верхняя угленосная свита, залегает иногда с размывом на основной угленосной свите, местами почти полностью её эродируя. В основании она сложена галечниками, переходящими в рыхлые песчаники с прослоями глин. Выше они сменяются серыми жирными и песчанистыми глинами, иногда с прослоями углистых глин, и промышленными залежами угля (до 30 - 40 м). Мощность этих отложений сильно колеблется и, в зависимости от конфигурации вмещающей депрессии, составляет 4 - 90 м.

4) Ушкатлинская свита позднемиоценового возраста (N^) заканчивает угленосную серию Южноуральского бассейна. Она залегает с размывом на более ранних миоценовых толщах и представлена светлоокрашенными и пестроцветными глинами, обычно песчанистыми, с включениями гальки и отпечатками листьев. Местами среди глин встречаются невыдержанные линзы и прослои бурого угля. Характер спорово-пыльцевого комплекса указывает на прогрессирующее похолодание и возрастание сухости климата. Мощность свиты, в зависимости от размыва, изменяется в пределах 5-80 м.

Выше располагаются спорадически встречающиеся, приуроченные к депрессиям, а также к переуглублённым речным долинам, позднемионеновые и плиоценовые бурые глины и пески преимущественно аллювиального, аллювиально-делювиального и аллювиально-озёрного генезиса. Они залегают с резким размывом на более ранних отложениях и достигают общей мощности до 300 м. Эти осадки перекрываются всюду распространёнными аллювиальными и делювиальными образованиями четвертичного возраста, залегающими в виде мощного площадного покрова и имеющими мощность 50 - 200 м.

Тектоническая характеристика и условия залегания пород

В структурном отношении Южноуральский буроугольный бассейн приурочен к герцинскому Предуральскому краевому прогибу. Он представляет собой вытянутый в меридиональном направлении синклинорий, сложенный двумя структурными ярусами.

Нижний ярус включает в себя породы до красноцветной толщи поздней перми - раннего триаса включительно. Формирование его складчато-надвиговых структур произошло между ранним и средним триасом в последнюю фазу герцинского орогенеза. Эта складчатость имеет меридиональное направление и является основной для Предуральского прогиба. Породы, относящиеся к данному структурному ярусу, нарушены многочисленными региональными надвигами субмеридионального (уральского) направления; основными структурными формами краевого прогиба являются тектонические чешуи, прослеживающиеся в плане на десятки и сотни километров в виде узких (3 - 10 км) полос уральского (субмеридионального) простирания. Установлено, что некоторые чешуи оказываются ограниченными снизу едиными поверхностями скольжения, и тогда они образуют более сложные структуры - тектонические пластины. Такие структуры имеют значительную амплитуду надвигания и в основном выделяются на восточном (внутреннем) крыле прогиба. Надвинутые друг на друга тектонические пластины расслаивают домезозойские отложения на субгоризонтальные тектонослои, омолаживающиеся с глубиной.

Часть надвиговых структур осложнена субпоперечными сдвигами, расчленяющими их на части, перемещавшиеся автономно друг относительно друга. Поверхности смещения сдвигов, как правило, субвертикальные или крутонаклонные, амплитуда их достигает 30 - 50 км, а длина по простиранию - десятков километров.

Степень дислопированности пород в прогибе, равно как и амплитуда надвигания, возрастают в восточном направлении. На восточном крыле прогиба надвиги, формирующие тектонические чешуи, особенно многочисленны.

Другая важная особенность тектонического строения южной части Предуральского прогиба заключается в том, что по линиям многих крупных и средних субмеридиональных разломов произошло внедрение соленосных толщ кунгура, обнажающихся в куполовидных и линейных диапировых структурах.

Морфология диапиров довольно сложная. Они состоят из основного поднятия, большая часть которого занята обычно впадиной мезозойского возраста, и молодых ядер (обычно от 1 до 4), возвышающихся по краям впадины. В непосредственно близости к этим ядрам располагаются молодые палеоген-неогеновые мульды. В последних в среднем триасе - средней юре и позднем олигоцене - раннем миоцене были сформированы мощные лимногенные комплексы. Иногда структура впадин осложняется наличием дополнительных центральных ядер, поднятие которых осложняет конфигурацию мульд и условия залегания в них осадочных толщ.

Киммерийские и альпийские орогенические движения широтного простирания, пришедшие на смену меридиональной основной складчатости прогиба,

с о

распространялись с юга и последовательно мигрировали к северу. Эти движения, налагаясь на древнюю структурную единицу (южную часть Предуральского краевого прогиба), приводили к дополнительным разломам как в жёстком фундаменте платформы, так и в консолидированных пермо-триасовых образованиях краевого прогиба.

Второй структурный ярус залегает практически горизонтально и образует многочисленные складки, связанные с неотектоническими движениями или с геоморфологическим строением внутренней части впадин. Осадкообразование в период времени, начиная со среднего триаса и заканчивая плиоценом, было локализовано в изолированных тектонических или карстово-эрозионных депрессиях, развитых в палеозойском фундаменте. Заложение последних происходило начиная с раннего - среднего триаса. Эти депрессии последовательно ритмично опускались на протяжении всего мезозоя и кайнозоя. Опускания происходили на фоне выровненного рельефа и медленных восходящих движений всего Юго-Западного Предуралья. К практически всем этим отдельным изолированным мульдообразным впадинам было приурочено формирование мощных лимногенных комплексов на протяжении длительного периода времени в мезозое и кайнозое.

Эти структуры можно разделить на 3 типа: грабены, карстовые воронки и впадины проседания.

Первый тип представляет собой ограниченные сбросами впадины и мульды, второй - заполненные озёрными и озёрно-болотными осадками карстовые воронки, третий связан с крупными депрессиями проседания консолидированных палеозойских пород.

Впадины и мульды чаще всего приурочены к контакту диапиров с вмещающими породами; иногда они могут заполнять выщелоченные центральные части диапиров. Они заполнены мощными (в первые сотни метров) осадочными комплексами озёрного, реже аллювиально-озёрного И озёрно-болотного генезиса. Залегание пород внутри впадин близкое к горизонтальному, слабоволнистое, нарушаемое проявлениями соляного диапиризма, в результате которых происходило неравномерное проседание различных участков впадин и образование брахиформ. ^глы падения пород на крыльях брахиантиклинальных поднятий внутри впадин увеличиваются до 20° с быстрым выполаживанием на глубину.

Кроме того, в угольных залежах и перекрывающих их отложениях, выполняющих многие указанные депрессии, имеются многочисленные мелкие нарушения: небольшие взбросы и надвиги с амплитудой от нескольких сантиметров до 2 - 3 м; диапировые прорывы угля в вышележащие глинистые горизонты; мелкая складчатость в кровле угольных залежей и перекрывающих их глинах и т.д. Возникновение перечисленных вторичных атектонических структур' в угольных залежах объясняется различиями в объёмных весах углей и залегающих выше песчано-глинистых пород, вызвавшими течение угольной массы и её прорывы в перекрывающие слои.

Полезные ископаемые лимиогенных комплексов.

С озёрными, озёрно-болотными и аллювиально-озёрными отложениями, сформированными в условиях гумидного климата, связан целый ряд различных полезных ископаемых. Это угли различной степени метаморфизма, огнеупорные, керамические и бентонитовые глины, цеолиты, строительные материалы и многие другие. В исследуемом регионе из названного ряда полезных ископаемых лимногенного происхождения промышленное значение имеют бурые угли, огнеупорные глины и пески различного типа, в т.ч. белые кварцевые.

Бурые угли. Из установленной в отложениях верхнего триаса, юры и палеогена - неогена угленосности промышленное значение имеют месторождения неогенового возраста; угленосность мезозоя представлена небольшими залежами лигнитов и золы. Палеогеновая и неогеновая угленосность промышленного значения приурочена к отложениям, залегающим в разрозненных впадинах и мульдах различного размера - от 1 до 40 км~, в среднем 10 - 20 км".

У гли имеют лимническое происхождение, при разнообразной форме угольных залежей. По периферии месторождений последние расщепляются на несколько (обычно 4-6) более тонких пластов и далее выклиниваются. Вследствие этого промышленные буроугольные залежи имеют весьма изменчивую мощность. Средняя мощность их составляет в наиболее крупных месторождениях 10 м, в сверхкрупных (по мощности) - до 140 - 150 м. Залегание угольных пластов в центре впадин почти горизонтальное, слабоволнистое, у бортов и у внутренних соляных диапироп -наклонное (углы падения 30 - 50°, реже до 70 - 80®).

По составу исходного материала угли относятся к гумусовым. Местами в нижних и верхних частях пластов имеются гумусово-липтобиолитовые прослои.

Угли представлены несколькими разновидностями: землистыми, плотными, торфовидными, листоватыми или лигнитами. Среди петрографических компонентов преобладает фюзен; из-за неотчётливых признаков д рушх ингредиентов им присвоено название «псевдодюрен», «псевдокларен».

Среди многочисленных (более 30) месторождений бассейна заслуживающими внимания (с учётом промышленного значения), кроме разрабатываемых Бабаевского и Тюльганского, а также законсервированного Маячного, являются Южно-Куюргазинское, Репьёвское, Хабаровское и Кривлевское месторождения.

Огнеупорные глины. В пределах Сакмаро-Бельской депрессии, находится достаточно большое количество месторождений белых огнеупорных глин, отработка которых возможна открытым способом попутно с добычей бурых углей. Эти белые глины озёрного генезиса, в составе которых преобладает каолинит, образуют мощные (в десятки метров) толщи, подстилающие в центральных зонах многих буроугольных месторождений промышленные залежи углей. Они имеют позднеолигоценовый возраст и стратиграфически относятся к тюльганской свите. Однако при разведке и разработке угольных месторождений запасы огнеупорных глин часто не учитывались и не подсчитывались, а их добыча не производилась.

Кроме того, в пределах Сакмаро-Вельской депрессии имеются и другие, менее крупные месторождения огнеупорного сырья, не связанные с промышленными буроугольными залежами. Огнеупорные глины в них также приурочены к тюльганской свите позднего олигоцена. Они залегают в виде небольших пластовых залежей и линз неправильных, изометричных очертаний, что обусловлено формированием их в небольших карстовых впадинах размерами до первых км*\ Эти глины имеют озёрный генезис, приурочены к внутренним зонам мелких впадин и к периферии их выклиниваются, замещаясь песчано-галечными отложениями. Мощность глинистых залежей в среднем достигает первых десятков метров. Результаты проведённого нами литолого-фациального анализа глинистых лимногенных отложений могут иметь большое практическое значение для дальнейших работ по разведке и разработке месторождений огнеупорных глин.

Белые кварцевые пески. Среди углевмещающих пород Сакмаро-Вельской депрессии, кроме огнеупорных и тугоплавких глин, известен другой вид минерального сырья - белые кварцевые пески. Многие места их развития зарегистрированы как месторождения формовочных песков, другие рассматриваются как строительные материалы.

Белые кварцевые пески встречаются в эоценовых, олигоценовых и миоценовых отложениях. Наиболее чистые разности их развиты в верхнем эоцене и в олигоценовых отложениях, включая тюльганскую свиту позднего олигопена.

Белые чистые кварцевые пески залегают как правило в виде линз среди глинистых и песчано-галечных отложашй, выполняющих различные по размерам мульдообразнше прогибы, на достаточно больших глубинах. Однако в нрибортовых частях впадин он!? выходят на поверхность или под четвертичные отложения и в этих местах легко доступны для разработки. Эти пески имеют озёрное происхождение.

Однако разведка и промышленная разработка кварцевых песков не проводились из-за сложных условий залегания, а также возникающих проблем с окотуриванием месторождений и оценкой их запасов. Исследования литолого-фапиальных особенностей озёрных отложений, проведенные в настоящей работе, могут помочь в разрешении этих проблем.

Глава 2.

ЛПТОПОГПЧЕСКПЙ СОСТАВ И СТРОЕНИЕ 0ППГ011ЕН -МИОЦЕНОВЫХ ОЗЁРНЫХ И ОЗЁРНО - БОЛОТНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Сакмаро-Вельская депрессия включает в себя большое количество изолированных мелких мульдообразных впадин, заполненных преимущественно кайнозойскими озёрными и озёрно-болотными осадками и содержащих залежи бурых углей миоценового возраста. Эти впадины формировались в схожей палеогеографической и палеофациальной обстановке. Осадочные комплексы в них

перекрыты мощным чехлом плиоцен-четвертичных аллювиально-делювиальных отложений и практически нигде не обнажаются на поверхности.

Большинство из этих буроугольных месторождений не представляют промышленного значения и никогда не разрабатывались. В пределах Сакмаро-Бельской депрессии промышленное значение, как указывалось, имеют только три месторождения бурых углей - Бабаевское, Маячное и Тюльганское, и, соответственно, только в них вскрыты олигоцен-миоценовые лимногенные толщи, доступные для изучения.

Наше внимание было сосредоточено на двух месторождениях бурых углей -Бабаевском и Маячном, поскольку Тюльганское имеет меньшее промышленное значение и в настоящий момент почти полностью выработано. Их разрезы и состав лимногенных комплексов дают достаточно полное представление об условиях осадкообразования в пределах всего региона на протяжении олигоцен-миоценовой эпохи. Материалы этих исследований изложены во 2-й главе диссертации. Ниже остановимся на краткой характеристике рассматриваемых месторождений.

Бабаевское месторождение расположено вблизи города Кумертау в юго-западной части Южноуральского бассейна, на Сакмаро-Вельском водоразделе. Оно приурочено к крупной по масштабам прогибания (до 300м) депрессии, возникшей на гипсовой шляпе объёмного соляного купола, развитого на месте пересечения нескольких тектонических разломов, и выражено в рельефе впадиной округлых очертаний площадью около 16 км^.

Борта впадины сложены пермо-триасовыми красноцветными образованиями, над которыми в центральной части впадины последовательно залегают породы средне-позднетриасового, среднеюрского, олигоцен-миоценового, плиоценового и четвертичного возраста.

Средне-позднетриасовые отложения представлены здесь зеленовато-серыми слабо сцементированными песчаниками и аргиллитами. Юрские осадки состоят из свинцово-серых и тёмно-серых алевритистых глин, глинистых песков и песчаников с тонкими прослоями углистых глин и бурых углей; их мощность 60 - 70м.

Олигоцен-миоценовые лимногенные толщи представлены четырьмя свитами.

Тюльганская свита позднего олигоцена в центральной части впадины представлена белыми и светло-серыми глинами с прослоями и линзами чистых белых кварцевых песков; в краевых частях месторождения она сложена светлосерыми и белыми песками и алевритами с линзами галечников и отдельными прослоями и линзами (0,5 - 1,5 м) белых, светло-серых, голубоватых и бурых углистых глин. Иногда встречаются отдельные непромышленные прослои и линзы бурого угля. Мощность свиты 90 - 115 м.

Куюргазинская и ворошиловская свиты представляют собой одну мощную буроугольную залежь, расщепляющуюся на периферии месторождения линзами алевритов, углистых глин, песков и галечников. Они подстилаются и перекрывается маломощными горизонтами серовато-бурых и бурых углистых глин с отдельными небольшими линзами галечников и песков. Средняя мощность угля 30 - 60 м,

иногда она повышается до 105 м. Общая мощность отложений этих свит 25 - 130 м.

На размытой поверхности угленосных отложений залегает местами ушкатлинская свита верхнего миоцена. Она представлена серыми и пестроцветными глинами с прослоями песков и галечников, с небольшими линзами глинистого угля и углистых глин. Мощность свиты 60 - 105 м.

Выше на размытой поверхности нижележащих отложений залегает мощный чехол континентальных красноиветных и пестроцветных плиоценовых и четвертичных образований, представленных валунно-галечными отложениями, глинами, известковистыми суглинками, с прослоями песков. Мощность плиоценовых образований составляет 55 - 60 м, четвертичных - 0,5 - 40 м.

Маячное месторождение расположено в 10 км к западу от районного центра с. Ермолаевка около рабочего посёлка Маячный. Месторождение приурочено к крупной изометричной впадине, окаймляющей сводовую часть диапировой структуры кунгурских отложений перми и являющейся западной частью сложно построенной Куюргазинской тектонической впадины, образовавшейся в верхнепермских (казанских и татарских) красноиветных отложениях. Впадина ограничена системой сбросов. В её центре расположен куполообразный гипсовый криптодиапир, над которым продуктивные угольные толщи были приподняты и размыты. Общая площадь впадины составляет около 7 км".

Во впадине залегают средне-верхнетриасовые пестроцветные, верхпемеловые, олигоцен-миоценовые отложения. В северной части месторождения выше залегают плиоценовые пески и повсеместно покров четвертичных отложений.

Средне-верхнетриасовые отложения представлены чередованием красноиветных, желтоватых, зеленовато-серых и пестроокрашенных глин, песчаников и песков калтаевской и суракайской спит. Их мощность достигает 40 м. Верхнемеловые отложения являются морскими по своему генезису и представлены зеленовато-серыми глинами с прослоями глауконитовых песков и алевритов. Иногда встречаются белые мелоподобные мергели. Общая мощность этой пачки не установлена, вскрытая мощность оставляет 5 - 30 м.

Местами на западном борту впадины обнажаются маломощные прослои кварцевых песчаников эоценового возраста.

Олигоцен-миоценовые озёрные и озёрно-болотные отложения здесь представлены четырьмя свитами.

Тюлъганская (базальная) позднеолигоценовая свита сложена светло-серыми алевритами и песками с прослоями алевритистых глин. В верхних горизонтах этой свиты встречаются тонкие непромышленные пласты бурого угля, называемые «нижними угольными спутниками». Мощность свиты 10 - 70 м.

Куюргаэинская (основная угленосная) свита раннего миоцена связана постепенным переходом с нижележащей и представлена в основном серыми, тёмно-серыми и бурыми глинами, часто углистыми, вмещающими мощную буроугольную залежь сложного строения мощностью 1,7 - 10,4 м, достигающей в зонах смятия 32 м, и лежащие выше неё линзовидные пласты бурого угля, называемые «верхними

угольными спутниками». Число угольных прослоев непостоянно. Основная залежь постепенно выклинивается к бортам впадины, расщепляясь в северном направлении на 4 - 8 пачек. Мощность свиты составляет 20 - 80 м.

Ворошиловская (верхняя угленосная) свита сложена песками, алевритами и глинами с отдельными непромышленными маломощными прослоями бурого угля и линзами галечников толщиной до 0,5м. Мощность свиты 20 - 30 м.

Ушкатлинская (надугольная) свита верхнего миоцена залегает на размытой . поверхности отложений нижележащих свит миоцена и представлена белыми, серыми и пестроцветными глинами, иногда песчанистыми, а также песками и галечниками. Иногда содержит невыдержанные по простиранию и мощности непромышленные прослойки бурых углей. Она развита не на всей площади месторождения, а в основном в северной его части. Мощность свиты составляет 0 - 30 м.

Выше залегает чехол континентальных плиоценовых и четвертичных отложений мощностью 10 - 30 м.

Литологнческнй состав олнгюцен-мноцевовых подутольных и межугольных отложений.

Отложения лимногенных комплексов, сформированные во впадинах Бабаевского и Маячного месторождений бурых углей на протяжении второй половины олигоцена и раннего миоцена, имеют близкий лиголого-фациальный и вещественный состав и образовывались одновременно в схожей палеогеографической обстановке. В силу этого их литологический и минеральный состав целесообразно рассматривать вместе, обращая внимание лишь на отдельные различия в нём для разных впадин.

Галечники и гравийные породы достаточно широко распространены в разрезах обоих месторождений, приурочены к краевым частям впадин и залегают обычно в виде небольших линз толщиной до 0,5 - 0,7 м и длиной до первых метров среди других терригенных отложений подутольных частей разрезов. Часто (особенно в разрезе Бабаевского месторождения) они встречаются в зоне контакта подутольных терригенных горизонтов и непосредственно продуктивных буроугольных залежей среди углистых глин.

Грубообломочный материал представлен кварцем и реже - чёрными, красными и жёлтыми кремнями. Форма галек изометричная, окатанность средняя, реже плохая и хорошая, сортировка плохая или средняя.

Пески и песчаники пользуются широким распространением в подутольных частях разреза и практически отсутствуют в межугольных горизонтах. Они приурочены в основном к краевым частям впадин, где преобладают над остальными гранулометрическими типами пород и слагают достаточно мощные (до 2 - 3 м) прослои и линзы. В центральных частях описываемых структур они имеют резко подчинённое положение по отношению к более тонким, пелитовым осадкам и залегают обычно в виде небольших линз среди глинистых слоев.

Окраска песчаников как правило светлая - белая, светло-серая, иногда зеленоватая и бурая за счёт ожелезнения на выветрелых поверхностях. Структура песчаных пород в основном мелкозернистая, сортировка средняя и хорошая, однако грубозернистые фракции характеризуются плохой сортировкой. При этом песчаные породы, залегающие в центральных частях впадин среди пелитовых осадков, обладают всегда хорошей сортировкой. Форма зёрен изометричная, окатанность средняя и плохая для грубозернистых фракций. Цемент базальный, реже плёночный и типа заполнения пор, по составу глинистый.

Состав песчаных пород олигомиктовый, в нём преобладает кварц различных видов- чистый, с включениями углистого и глинистого материала, а также метаморфогенный с сетчатой структурой врастания пластинок слюды и волнистым погасанием. Кроме кварца, в составе песков и песчаников встречаются зёрна глинистых пород и кремней различной степени раскристаллизованности, а также в отдельных случаях обломки кварцитов и полевых шпатов.

Ллевритистые породы занимают в разрезах олигоцен-миоценовых комплексов довольно незначительное место. Они приурочены к различным частям древних озёрных впадин, тяготея всё же к их периферии, и часто служат промежуточным звеном между глинами и песчаными породами, а также образуют горизонты тонкого переслаивания с пелитовыми осадками. Кроме того, в небольших объёмах они встречаются среди межугольных глинистых прослоев, а также в центральных частях лимногенных структур.

Окраска алевритов серая, голубовато-серая, зеленоватая, реже светло-серая или буроватая. Обломочные зёрна их более угловаты, чем зёрна песчаных разностей. Под микроскопом обломочный материал представлен угловатыми зёрнами кварца различных генераций, а также обломками кремней и нередко большим количеством углистых образовашш в виде пыли и растительных обрывков. Редко в их составе появляются зёрна полевых шпатов, а также аргиллитов, принадлежащих как правило к тонкопесчаной фракции. Частицы обломочного материала расположены в глинистом базальном и типа заполнения пор, цементе.

Глины олигонен-миоценового возраста пользуются очень широким распространением в составе лимногенных комплексов. Они слагают основную часть подутольных толщ во внутренних зонах озёрных структур, а также образуют многочисленные межугольные прослои, состоящие из углистых бурых и буровато-серых глин и встречающиеся в центральных и периферийных частях депрессий. В краевых зонах впадин глинистые горизонты замешаются песчаными и алевритистыми осадками. Однако в периферийных частях подутольных лимногенных толщ глины резко подчинены более грубым песчаным разностям и образуют в последних отдельные маломощные прослои и линзы, а также горизонты тонкого переслаивания с тонкозернистыми песчаниками и алевролитами. Здесь тонкие пелитовые осадки часто содержат различное количество (от 10 до 50%) алевритистой и песчаной примесей.

Отдельные глинистые прослои подутольных частей разрезов нередко содержат большое количество органической примеси в виде растительной пыли и детрита, а

также обломков лигнита. В зонах контакта подугольных толщ и продуктивных угольных залежей всегда присутствуют тёмно-бурые углистые глины, непосредственно подстилающие бурые угли. При этом количество растительного материала в глинах плавно возрастает вверх по разрезу вплоть до перехода к глинистым углям. В межугольных горизонтах глины также всегда содержат то или" иное количество растительного детрита.

Минеральный состав глинистых осадков довольно однообразен для подугольных частей разрезов и отличается лишь в межугольных прослоях несколько иным набором глинистых минералов. Подробно состав глинистых отложений описан в главе 4 диссертации и будет рассмотрен далее.

Глава 3.

ФАИПАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ППМНОГЕННОГО ОСАПКОНАКОПЛЕНПЯ В ПОЗДНЕМ ОЛПГОЦЕИЕ И МИОЦЕНЕ.

Анализу условий формирования озёрных и озёрно-болотных отложений на базе изучения особенностей их литологического и фациального состава, а также характера цикличности, посвящена глава 3 диссертационной работы.

Фациальиый состав лимногенных комплексов олигоцеи-миоцена

В результате проведённого нами литолого-фациального анализа лимногенных комплексов олигоцена и миоцена нами были выделены следующие фациальные типы отложений.

1. Отложения фации прибрежного подвижного мелководья представлены относительно грубыми галечно-песчаными осадками. Они приурочены исключительно к периферийным частям впадин, выклиниваясь по направлению к их центрам.

Песчаники, входящие в её состав, зсленовато-серые, светло-серые и серые, имеют как правило среде- и крупнозернистую, реже мелкозернистую структуру, в основном среднюю и плохую сортировку. Окатанность зёрен плохая и средняя, форма обломочных частиц изометричная.

Песчаные осадки фации прибрежного подвижного мелководья чаще всего обладают неслоистой текстурой, реже встречается горизонтальная, пологоволнистая, линзовидная и косослоистая разнонаправленная слоистость. Границы напластования зачастую волнистые, неровные, нередко эрозионные. Песчаные осадки этой фации часто содержат включения мелкой гальки, а также небольшие линзы и прослои (мощностью до 0,5 м) плохо сортированного гравийно-галечного материала. Также описываемые песчаники в отдельных горизонтах содержат примесь растительного детрита.

Образования фации прибрежного подвижного мелководья отмечены не только в составе подугольных частей лимногенных комплексов. Они также окаймляют в виде узкой полосы промышленные буроугольные залежи и по направлению к

14

центрам впади» быстро замещаются мощными толщами бурых углей. Однако в этих частях разрезов осадки фации прибрежного подвижного мелководья характеризуются более тонким гранулометрическим составом: здесь в их составе преобладают пески и алевриты практически без примеси гравийно-галечного материала.

Комплекс указанных литологических признаков, а именно грубый песчано-галечный состав этих осадков, в основном плохая сортировка, не очень хорошая окатанность обломков, преобладание неслоистых текстур, наличие тонких линзовидных прослоев несортированных грубозернистых песчаников с примесью гравийно-галечного материала, свидетельствует о том, что эти осадки образовались в краевых, прибрежных и береговых частях лимногенных структур в результате перемыва под действием волн и слабых придонных течений достаточно грубого терригенного материала. Последний поступал в пределы изученных структур, по всей видимости, с возвышенных участков на бортах изученных впадин в результате действия временных водных потоков, а также обвалов и оползней.

2. В тесном парагенезе с описанными отложениями в разрезах озёрных толщ встречаются образования фации затишных и заболачивающихся участков прибрежного мелководья. Они представлены тонкими алевро-пелитовыми отложениями серого и светло-серого, иногда серовато-бурого цвета, который зависит от примеси в них растительного обугленного материала.

Слоистость в них как правило отсутствует, что можно объяснить процессами активной биотурбации осадков этого типа в результате деятельности донных организмов. Реже встречаются горизонтально слоистые и пологоволнисто слоистые прослои, а также горизонты тонкого переслаивания тонкозернистых песчаников или алевритов с глинами.

Иногда образования этого типа включают небольшие линзы тонкозернистых тонкослоистых песчаников, имеющих длину до первых десятков сантиметров и толщину до 10см, а также отдельные маломощные (до 10 - 15 см) прослои глинистых углей.

Указанные признаки свидетельствуют о пассивной гидродинамической обстановке среды при формировании осадков этой фации.

Мощность отложений данного фациального типа невелика (0,5 - 1,0 м), в разрезах они резко подчинены образованиям предыдущей фации, внутри которых обычно образуют небольшие прослои и линзы.

Описанные литологические характеристики указывают на то, эти тонкие, преимущественно глинистые отложения формировались в отдельных некрупных западинах на мелководных прибрежных участках, мелких заливов, а также пологих, часто заболачивавшихся береговых участков древних озёр при пассивной гидродинамической обстановке, куда временно не поступал более грубый песчано-галечный материал.

3. По направлению к центрам впадин отложения этих двух описанных фапиальных типов переходят в образования фации относительно глубоководных, удалённых от берега участков древних озёр. Последние представлены мощными

многометровыми толщами белых и светло-серых глин, плотных, чистых, неслоисгых или неясно горизонтально слоистых, практически без песчаной и алевритистой примеси. Иногда, хотя и достаточно редко, они содержат небольшие линзы длиной до 1,5 - 2,0 м чистых белых хорошо отсортированных и отмученных, неслоистмх, несцементированных песков.

Эти отложения были сформированы в центральных, удалённых от берега относительно глубоководных частях древнего озера. Глинистый материал здесь отлагался преимущественно в результате гравитационной садки тонкого пелитового материала. Периодически в результате действия донных течений во внутренние зоны поступал более грубый песчаный материал. Образование течений могло происходить в результате проникновения в центральные части водоёмов речных вод, насыщенных тонкой взвесью, имевших повышенную плотность, а также в периоды годовых циклов обводнения.

Отложения данной фации иногда содержат маломощные (в первые десятки см) прослои бурых углей или серовато-бурых углистых глин. Границы их с вышележащими и подстилающими слоями чистых глин как постепенные, плавные, так и четкие, достаточно резкие, но без размыва.

Образование углистых прослоев можно объяснить двумя механизмами, оба из которых были проявлены в период накопления изученных толщ.

Первый предусматривает размыв и переотложение на стадии седиментации насыщенных разлагающимся растительным материалом горизонтов, сформированных в прибрежных заболоченных частях озёр. Об этом говорит обломочная структура многих углистых прослоев и наличие в них большого количества терригенной примеси. Размыв прибрежных торфяников мог происходить с ростом мелких конседиментационных поднятий в краевых частях депрессий, описанных нами, например, в пределах Бабаевского месторождения. Кроме того, этот размыв мог быть обусловлен эрозионной деятельностью временных водных потоков, проткавших в заболоченные краевые участки с бортов впадин.

Второй механизм образования буроугольных прослоев среди толщ чистых, без терригенной примеси, х'лин предусматривает наступление условий кратковременного заболачивания в отдельных центральных участках древних озёр. Они наступали в случае уменьшении количества терригенного материала, который поступал в эти внутренние зоны с бортов впадин при одновременном замедлении темпа прогибания заболоченных участков: некоторые буроугольные горизонты характеризуются плавными, постепенными границами с вмещающими глинами, имеют комковатую структуру и содержат следы корневой системы растений. Но такая ситуация не могла сохраняться длительное время, поэтому мощность таких фитогенных прослоев невелика.

4. Лимногенные отложения описанных фаций перекрываются выше по разрезу мощными продуктивными буроугольными залежами, относящимися к образованиям фации торфяного болота. Их состав, строение, условия залегания и генезис подробно изучены в ходе обширных комплексных исследований, проводившихся на территории Южноуральского буроугольного бассейна в течение многих лет многими

исследователями. О.С. Адрианова, Л.Н. Ботвинника, В.В. Кирюков, Л.Д. Ожиганова, И. В. Орлов, А.Л. Яншин, В.Л. Яхимович, геологи объединения Башкируголь и многие другие внесли огромный вклад в изучение продуктивных буроугольных залежей. В силу этого их подробное изучение не входило в задачи нашей работы. Однако некоторые особенности состава и строения буроугольных залежей, помогающие восстановить общие условия формирования лимногенных комплексов на протяжении олигоцен-миоценовой эпохи, являлись предметом наших исследований и будут подробнее освещены ниже.

Продуктивные буроутольные пласты залегают в пределах всего контура изучаемых впадин. По направлению к краям залежей углей наблюдается их утонение, растепление на несколько (обычно до 4 - 6) горизонтов, разделённых прослоями глин мощностью вплоть до первых метров, и выклинивание при замещении глинистыми углями и углистыми глинами. Последние к периферии месторождений постепенно переходят в алевриты и песчаники, являющиеся образованиями фаций прибрежного мелководья. Эти отложения, одновозрастные бурым углям, распространены как в пределах самих впадин, так и за их контурами.

Указанные признаки свидетельствуют в пользу того, что фация торфяного болота, обусловившая формирование и накопление мощных буроугольных залежей, была приурочена к внутренним частям древних озёрных впадин, переходя в краевых частях в фации прибрежных мелководных образований.

Цикличность отложений и её генетическая интерпретация

В результате проведённого изучения лятолого-фациалыюго состава олигоценовых и миоценовых лимногенных отложений, а также характера их цикличности, нами были сформулированы следующие защищаемые положения.

/. Изменение климатических условии и уменьшение террнгенного сноса я пределы Сакмаро-Бельской депрессии при неизменной геодннампчсской ситуации вызвали существенные изменения литологического состава раинемноценовых толщ: во внутренних частях лимногенных впадин начали формироваться мощные буроутольные залежи. При этом в краевых зонах продолжи ось накопление терригенных осадков прибрежных озёрных фацнй, но более тонкого состава, чем в предшествующие этапы развития лимногенных структур.

2. Положение береговой линии, контролирующей распределение озёрных фаций на рассматриваемой площади, в позднем олнгоцене и раннем миоцене стабилизировалось, что обуславливает непрерывность процессов озёрного седимептогепеза в пределах пенеплепнзированнон внутрнконтинентальной равнины при незначительных изменениях скорости осадконакоплення.

Остановимся подробнее на интерпретации литолого-фациальных особенностей и характера цикличности позднеолигоценовых и раннемиоценовых лимногенных комплексов.

РИС. 1. Цитологический и фациальный состав лимногенных отложений Бабаевской структуры (южная часть).

РИС. 2. Цитологический и фациальный состав озёрных и озёрно - болотных отложений Маячной структуры (центральная часть).

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ К Р И С . 1 -2

Цитологический состав отложений

'>"•*•'••" - галечники--■! - песчанистые глины

.;. песчаники | ] - глины

г»! - алевриты - бурые угли

- углистые глины и глинистые угли Текстура и включения

Ш

Г 1-неслоистая - волнистослоистая

1- горизонталь-р ' нослоистая I

- линзовидная слоистость

штриховатая¡-—^Г- " включения растительного |—детрита

Гпинистые минералы

каолинит I С-К I - смектит-каолинит

С | -смектит 1 Г-С | - гидрослюда-смектит

Г -гидрослюда! \ - хлорит-смектит

| X -хлорит | Х-К | - хлорит-каолинит Фациальный состав отложений

«лиг =" пггггч

ШШГШ " Фамия прибрежного подвижного мелководья

||||||| | - фация затишных и заболачивающихся участков прибрежного мелководья

- фация относительно глубоководных, удалённых от берега участков

■ фация торфяного болота

На рис. 1 и 2 представлены типичные разрезы периферийной и центральной частей изученных впадин.

Анализ распределения и чередования озёрных фаций показывает, что литологичсски чётко проявленная цикличность в виде преимущественно регрессивных циклов относительно небольшой мощности (до 4 - 5 м) захватывает лишь периферийные части этих структур. Её особенности характеризуют условия осадкообразования и гидродинамический режим в древних озёрах, темпы прогибания ложа впадин, а также общую палеогеографическую ситуацию в пределах Сакмаро-Бельской депрессии в рассматриваемый период времени.

Типичный цикл прибрежных подугольных озёрных отложений начинается с топких алевро-пелитовых осадков фации затишных и заболачивающихся участков прибрежного мелководья. Они содержат нередко значительную примесь растительного детрита, иногда тонкие (толщиной 10 - 40 см) прослои глинистых углей. Нижняя граница цикла резкая, неровная, эрозионная. Осадки, входящие в его состав, налегают нередко с размывом и местным несогласием на подстилающие горизонты.

Вверх по разрезу наблюдается постепенное укрупнение обломочных зёрен, алеврито-глинистые образования переходят в тонко-мелкозернистые, а затем и в мелко-среднезернистые пески. Подобные прослои часто также содержат примесь растительного детрита. Эти и вышележащие отложишя представляют фацию подвижного прибрежного мелководья.

К верхним частям таких циклов приурочены крупно-грубозернистые пески, плохо сортированные или несортированные, с примесыо гравийного и галечного материала. Последний зачастую образует горизонтальные или пологоволнистые прослои и линзы толщиной до 0,5 м. Эти горизонты иногда содержат различное количество растительных остатков. Последние нередко образуют скопления в виде тонких сантиметровых прослоев бурого угля с терригенной примесью различного гранулометрического состава.

Завершается цикл горизонтами галечников, на которые по резкой, чаще всего эрозионной границе могут налегать различные осадки, чаще, всего опять тонкие образования глинистого или углистого состава.

Мощность цикла составляет в среднем 2 - 4 м, иногда до 5 - 7м.

Однако чаще nce.ro п составе изученных нами лимногенных комплексов встречаются неполные циклы, в которых как правило отсутствуют самые нижние члены, представленные тонкими буроугольными или глинистыми отложениями (см. рис. 1).

Для внутренних зон изученных впадин ясно проявленная в их литологическом составе цикличность не характерна. Разрезы здесь представлены монотонными толщами глин, содержащих отдельные линзы тонкозернистых песков мощностью до 1.0 - 1,5 м, а также небольшие, часто линзовидные прослои бурых глинистых углей, (см. рис. 2). Чёткие закономерности в их чередовании в разрезах не обнаруживаются.

Такие особенности распределения оаёрных фаций являются одними из главных генетических признаков отложений лимногенных комплексов, сформированных в локальных изолированных озёрных впадинах. Они объясняются следующими причинами.

В озёрных толщах могут проявляться циклы, образованные как при колебаниях базиса эрозии, так и в результате климатических изменений. Они встречаются и в толщах пород морского происхождения, но лимногенные отложения более чувствительны к изменениям тектонической и климатической обстановок, что связало с меньшими размерами и средними глубинами озёр. При этом местные колебания тектонических и климатических режимов в пределах окружающей озёрные впадины территории прямо влияют на процессы осадконакопления в них.

Подобная цикличность описана М.Пикардом, Л.Хай мл., У.Ч.Кульбертсоном для формаций Грин-Ривер, Нижняя и Верхняя Юинта, а также Душен-Ривер (все эоценового возраста) в штате Вайоминг (США), Г.-Э.Рейнек и И.Б.Сингх Г.Ф.Крашенинниковым, Н.М.Страховым для Женевского озера и оз. Мичиган, П.П. Тимофеевым для угленосных толщ Донбасса и многими другими исследователями. Эти бассейны существовали длительное время в тектонически активных областях, имели площадь в сотни кмЯ

В то же время, многие исследователи (Л.Н.Ботвинкина, А.В.Македонов, А.К.Матвеев, Г.-Э.Рейнек и И.Б.Сингх и др.) указывают на отсутствие ясной ритмичности в разрезах лимногенных толщ при чётком распределение различных фациальных типов на площади от грубых галечно-песчаных осадков фаций прибрежного подвижного мелководья до тонких алевро-пелитовых глубоководных отложений в центральных частях озёр, приуроченных к небо,гышш по размерам преимущественно атектоническим впадинам. В них формировалась узкая полоса круппообломочных прибрежных отложений при преобладании тонких относительно глубоководных осадков, а чёткие трансгрессивные иля регрессивные циклы (последние наиболее характерны в общем случае для лимногенных комплексов), проявленные в пределах всей озёрной структуры, отсутствуют. В результате в краевых частях находятся разрезы только прибрежных фаций, в то время как к внутренним зонам приурочены лишь тонкие осадки удалённых от берега фаций. Такая модель распределения различных фациальных типов лимногенных отложений внутри озёрной впадины очень чётко проявилась в тюльганское время раннего миоцена в пределах Бабаевской структуры (см. рис. 3).

Подобная палеофациальная обстановка в изученных древних озёрных структурах могла сформироваться при условии практически синхронного прогибанию днища заполнения впадин терригенными или угленосными отложениями. При этом положение береговой линии сохранялось длительное время, а уровень озёрных вод также не был подвержен сколько ни будь значительным колебаниям, т.е. озёра не выходили из берегов и не усыхали достаточно длительный срок.

Транспортировка основной массы терригенного материала в указанные озёрные бассейны не могла осуществляться реками и ручьями по следующим причинам.

500 0 I | 1 | | I-

500 1000м —1-1

УСЛОВНЫЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ

- глинистые и углистые отложения фации относительно глубоководных, удалённых от берега участков древнего озера

—I - галечно-песчаные осадки фации прибрежного подвижного мелководья, включающие линзы алеврито-глинистых и углистых осадков фации прибрежного затишного, часто заболачивающегося мелководья

Рис. 3. Литолого-фациальная схема лимногоенных комплексов впадины Бабаевского месторождения в тюльганское время раннего миоцена. 2з

Крупные равнинные реки, способные переносить большое количество обломочного терригенного материала, при впадении в изученные мелкие (площадью в среднем 10 - 20 км^) озёра практически мгновенно заполнили бы их мощными толщами аллювиального и аллювиально-дельтового генезиса. Однако подобные осадки в пределах исследованных впадин не обнаружены не только в центральных, но и в краевых зонах.

Мелкие поверхностные водотоки - речки и ручьи - в силу малой скорости течения в пределах плоской равнины не были способны транспортировать грубый галечно-песчаный материал, преобладающий в краевых частях изученных впадин.

Об иной модели формирования лимногенных комплексов в пределах изученных структур свидетельствуют следующие литологические признаки прибрежных озёрных отложений: преимущественно грубый, галечно-песчаный состав, плохая и средняя сортировка осадков, угловатая форма обломочных частиц, практически полное отсутствие косой слоистости и наличие многочисленных эрозионных и волновых границ напластования, небольшие линзы несортированных грубозернистых песчаников с гравийно-галечной примесью, присутствие мелких линзовидных тел глинистого и углистого состава среди грубых отложений фации прибрежного мелководья.

Достаточно грубый галечно-песчаный материал сносился в зоны прибрежного озёрного мелководья с возвышенных бортов изученных впадин в результате действия временных мелких водных потоков, по своему характеру близких к селевым, но значительно менее масштабных. Эти потоки сформировали отдельные небольшие конуса выноса крупнообломочных несортированных отложений.

Кроме того, терригенный материал поступал в прибрежные части озёр при возможных небольших обвалах и оползнях на бортах впадин. Впоследствии эти галечно-песчаные осадки перемывались в прибрежной зоне волнами и течениями.

На рис. 3, где показана литолого-фациальная схема лимногенных отложений впадины Бабаевского месторождения, хорошо заметно, что ширина зоны прибрежного мелководья неодинакова: в северо-западной части структуры она значительно шире, чем на юге и востоке. Это связано с тем, что именно к северо-западу в непосредственной близости ог впадины Бабаевского месторождения расположена крупная диапировая структура, сложенная эвапоритами кугаурского возраста, которая отчётливо выражена в рельефе в виде поднятия высотой около 100 м. Поэтому именно в примыкающую к этому поднятию северо-западную часть изученной лимногенной структуры поступало значительно большее количество терригенного материала. Кроме того, небольшие поднятия, генезис которых также связан в основном с явлениями соляной тектоники, расположены и по другим бортам этой структуры. Наличие таких возвышенных участков на обрамлении древних озёрных впадин, а также длительное постоянное прогибание днищ впадин и обусловили поступление основной массы терригенного материала в их пределы.

В условиях гумидного умеренного климата в данные озёра, несомненно, впадали также и мелкие поверхностные водотоки - речки и ручьи. Однако скорости их течения в пределах плоской внутриконтинентальной равнины были малы. Эти

мелкие водотоки, часто меандрировавшие, переносили преимущественно тонкий алеврито-глинистый материал, который впоследствии разносился по всей акватории озёр волнами и течениями.

Однако энергии озёрных вод было недостаточно, чтобы разнести вдоль берега терригенный материал и в должной мере отсортировать его по гранулометрическому размеру, поскольку волновая активность, а также скорости прибрежных течений из-за малых размеров озёр были невелики. Это обусловило плохую окатанность обломочных зёрен и плохую сортировку галечно-песчаных пород, а также преобладание неслоистых и волнисто-слоистых текстур при незначительном проявлении косой слоистости в отложениях прибрежной зоны.

Наряду с этим, по краям озёр существовали небольшие участки затишного, часто заболачивавшегося мелководья, куда в течение некоторого времени не поступал с бортов впадин крупнообломочный материал. Здесь отлагались тонкие глинистые, а зачастую и фитогенные осадки. Впоследствии отложения этого фациального типа были захоронены среди галечно-песчаных образований фации прибрежного подвижного мелководья в виде линзовидных тел небольшой мощности.

Кроме того, при преобладании ветра одного направления зона прибрежного активного мелководья, где отлагался грубый материал в результате повышенной гидродинамической активности на таких участках, могла располагаться только на одной стороне озера. Из-за естественных изменений розы ветров и, соответственно, преобладающего направления ветра, эта зона активного мелководья также изменяла своё положение. При этом у противоположного берега одновременно создавались благоприятные условия для отложения тонких глинистых осадков фации затишных и заболоченных участков прибрежного мелководья.

Как известно, размещение и характер осадков различных фаций зависят от гидродинамических условий, рельефа берегов и дна, поступления осадочного материала и его продукции внутри самого озера, а также от тектонической активности в пределах региона и темпов прогибания днища впадины.

Многие исследователи (В.Л.Яхимович, О.С.Адрианова, В.В.Кирюков и др.) считали, что образование описанной нами цикличности, а также глинистых и буроугольных прослоев среди более грубых мощных песчаных горизонтов, было обусловлено периодическими изменениями темпов прогибания днищ впадин, что приводило к изменениям положения береговой линии и трансформации фапиальной обстановки внутри озёрного бассейна. Подобная модель предполагает очень частое, но не подчиняющееся чёткой закономерности, колебание скорости прогибания этих структур.

Это маловероятно в условиях сильно пенепленизированной внутриконтиненгальной равнины при спокойной геодинамической ситуации в пределах региона.

I ораздо вероятнее, что скорость прогибания днища впадин была достаточно постоянной, как и снос терригенного материала в пределы озёрных водоёмов. Формирование сложной полифациальной обстановки в краевых частях озёр и образование описанной цикличности объясняется локальными факторами, а именно

частыми изменениями характера сноса терригенного материала с бортов озёрных впадин.

В результате в краевых частях впадины сформировались осадочные толщи галечно-песчаного состава, содержащие отдельные плохо выдержанные прослои и линзы тонкого глинистого и углистого материала. Чередуясь в разрезах, эти породы и образуют описанную нами цикличность.

Во внутренние зоны озёр крупнообломочный терригенный материал, поступавший с бортов данных структур, практически не проникал. Здесь одновременно отлагался гонкий глинистый материал, содержащий лишь отдельные линзы и прослои углистых глин и глинистых углей, а также тонких песчаников. Последние могли образоваться в результате деятельности плотных и насыщенных тонкопесчаной взвесью временных потоков, проникавших из краевых частей озёр во внутренние их зоны в сезоны обильных осадков, а также конвективных течений.

После смены палеогеографической ситуации в регионе началось формирование угленосной серии Южноуральского бассейна. В это время накопление фитогенного материала происходило при сохранении равновесия между положением седиментационной поверхности осадконакопления и уровнем воды в бассейне. Это состояние зависело от темпа прогибания дна впадин, биологической продуктивности и темпа осаждения растительного материала, от изменений климатических условий, положения гидрографической сети и количества привносимого терригенного материала.

В этот период в центральных частях изученных структур формировались мощные торфяники. Однако краевые участки впадин, их берега практически не заболачивались. Здесь продолжалось накопление терригенных алеврито-песчаных осадков прибрежных фаций, поступавших с бортов впадин, и формирование описанной нами цикличности.

Буроугольные отложения фации торфяного болота по периферии впадин расщепляются на несколько горизонтов межугольными глинистыми прослоями, толщина которых растёт по направлению к краям месторождений вплоть до полного выклинивания углей. Кроме того, центры утленакопления не совпадали с центрами самих прогибов. Таким образом, механизм накопления осадков фаций прибрежного мелководья сохранялся и на стадии масштабного торфообразования, которое проявилось лишь во внутренних частях впадин. При этом прибрежные отложения этого периода имеют меньший средний гранулометрический размер и практически не содержат примеси гравийно-галечного материала, что говорит об уменьшении терригенного сноса в пределы впадин.

Общие выводы об условиях формирования лимиогенных комплексов.

Таким образом, в результате проведённого литолого-фациального анализа лимногенных толщ рассматриваемого региона были получены следующие выводы.

1.В исследованных лимногенных комплексах отсутствует цикличность высоких порядков, которая бы захватывала вело осадочную толщу и проявлялась достаточно продолжительное время в пределах всей площади озёрных бассейнов.

2.В составе лимногенных комплексов на протяжении всего позднеолигоценового и раннемиоценового этапа их развития существовала чёткая площадная зональность в распределении различных фациальных типов отложений - от достаточно грубых вдольбереговых и прибрежных, образующих узкую полосу в краевых частях впадин, до тонких, преимущественно глинистых, осадков внутренних зон древних озёр. Общий план распределения фаций на площади оставался примерно одинаковым весь этот срок. Контуры и размеры озёрных бассейнов сохранялись длительное время.

3.Осадочные циклы меньших порядков, достаточно маломощные и характеризующиеся небольшими площадями распространения, были образованы в результате отложения в прибрежной зоне терригенного материала, поставлявшегося с возвышенных бортов озёрных впадин.

4. Энергия озёрных вод была невелика, гидродинамическая обстановка не отличалась высокой активностью.

5.Темпы прогибания днищ впадин характеризовались относительным постоянством, а распределение фаций на площади контролировалось локальными факторами.

Глава 4.

ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА 11 ГЕНЕЗИС ПОДУГОПЬИЫХ И МЕЖУГОЛЬНЫХ ОЛИГОиЕН-МИОЧЕНОВЫХ ГЛИНИСТЫХ

ОТЛОЖЕНИИ.

В результате детального изучения вещественного состава глинистых лимногенных отложений олигоцен-миоценового возраста нами было сформулировано следующее защищаемое положение.

3. В составе пород олнгоцен-миоценовых лимногенных комплексов изученного региона выделяются два генетически различных типа каолинита, отличающихся структурными характеристиками и являющихся тиноморфнымн индикаторами палеообстановок формирования озёрных осадков. Первый тип каолинита - терригенный седнмечтогеннын и локализован в нодугольпых толщах озёрного генезиса. Каолинит второго типа - аутигенпый днагенетическнй и приурочен к межугольпым прослоям озёрно-болотного и болотного происхождения.

Остановимся подробнее на рассмотрении минералого-структурных особенностей глинистых отложений олигоцена и миоцена.

Минеральный состав этих глинистых осадков, исследованию которого посвящена глава 4 диссертационной работы, достаточно стабилен для изученных разрезов. Он отличается чёткой вертикальной зональностью в распределении глинистых минералов, и прежде всего каолинита. Характерной особенностью

1П

ы

описанных толщ является то, что чистые, мономинеральные глины в них практически отсутствуют (см. рис. 1, 2).

Основным компонентом глинистых лимногенных пород здесь является каолинит. Его содержание как правило достигает 50%. При этом у него чётко выделяются два сильно отличающихся друг от друга генетических типа, приуроченных к разным частям разрезов.

Первый тип, значительно преобладающий и встречающийся в пределах всей подугольной толщи, имеет несовершенную структуру, в отдельных прослоях встречается каолинит с сильно разупорядоченной структурой, частично разрушенный. На рентгенограммах он характеризуется широкими зубчатыми пиками с рефлексами 7,12 - 7.25, 3.53, 2.36 А. В некоторых прослоях чистый каолинит не встречается, полностью замещаясь смешаннослойным образованием каолинит - смектит с различным содержанием разбухающих пакетов, имеющим межплоскостные

расстояния 7,8 - 7,27 А (001).

Результаты анализа этого генетического типа каолинита под электронным микроскопом (51егеозсап 600) также говорят о его терригенном происхождении. На полученных нами электронно-микроскопических снимках хорошо видны мелкие таблитчатые кристаллы каолинита, расположенные хаотично, «навалом», без всяких признаков их аутогенного преобразования.

Такая разупорядоченная и несовершенная структура каолинита прямо свидетельствует о его элювиальном генезисе и достаточно длительном переносе в конечный бассейн осадкообразования. В транспортировки каолинита происходило его разрушение, сопровождавшееся изменением структуры и возникновением смешаннослойных образований каолинит-смектит. Источником терригенного каолинита служили гумидные коры выветривания алюмо-силикатных пород, широко распространённые в кайнозое как на территории Южного Урала, так на окружающей эти водоёмы аллювиально-озёрной равнине.

Второй тип каолинита значительно отличается от первого и характеризуется узкими чёткими пиками исходного и насыщенного глицерином образца 7.14, 3.56, 2.38 А и имеет совершенную структуру. Он сменяет первый тип непосредственно под продуктивными угольными пластами, а также в межугольных прослоях обоих месторождений. На полученных нами электронно-микроскопических снимках этого структурного типа каолинита хорошо видны его столбчатые кристаллы, образованные на месте, без переноса. Морфология последних прямо свидетельствует об их аутигенном генезисе.

Появление в разрезе каолинита второго типа связано с закономерным изменением геохимической характеристики озёрных вод на стадии заболачивания и сопровождавшего этот процесс угленакопления. В это время произошло значительное понижение рН и еН озёрных вод, которое обусловило невозможность синтеза 2:1 глинистых минералов , однако создало благоприятные условия как для новообразования каолинита, так и для преобразования и совершенствования структуры терригенного каолинита на стадии диагенеза. Кроме того, биохимическое разложение растительного материала на стадии диагенеза, сопровождавшееся

образованием и высвобождением значительного количества реакцнонноспособных органических соединений, также способствовало процессам преобразования терригенного каолинита и его новообразованию.

На фотографиях образцов данного типа, полученных под электронным микроскопом, также хорошо видны кристаллы аутигенного каолинита, образованные на месте без его переноса.

Такая закономерность в распределении двух генетических типов каолинита является весьма специфичной для различных зон разрезов лимногенных комплексов, образованных в определённой обстановке.

Для глинистого материала, слагающего межугольные глинистые горизонты, характерна преемственность минерального состава по отношению к нижележащим подугольным лимногенным толщам. По направлению к периферии впадин в межугольных прослоях начинает появляться примесь песчаного и даже гравийного материала. Мощность этих прослоев, а также их количество, возрастает вплоть до полного замещения буроугольных продуктивных горизонтов терригенными песчано-глинистыми осадками, и, напротив, убывает по направлению к центру, часто вплоть до полного исчезновения глин среди мощных продуктивных толщ бурых углей. Эти литологические признаки указывают на то. что в период масштабного торфообразования поступление терригенного обломочного материала с бортов впадин не прекратилось, а уменьшилось лишь его количество.

В постседиментационный период после захоронения в торфянике терригенное материнское вещество межугольных прослоев подвергалось существенньш трансформациям.

Такие факторы, как низкие величины рН, обильное содержание органического вещества, образование большого количества СО2 и агрессивных бикарбонатных растворов, условия сернокислого выветривания и некоторые другие, являются оптимальными для новообразования каолинита. Под их воздействием протекал интенсивный вынос подвижных и легкорастворимых компонентов, в результате которого остаточные продукты обогащались наименее подвижными (глинозёмом и окисью титана), что способствовало возникновению аутигенного каолинита.

Экспериментальными исследованиями Л. И. Боголюбовой, Л.А Соколовой и А.Л. Юревич зафиксировано превращение монтмориллонита в каолинит при торфообразовании. Кристаллическая решётка смектита в кислой среде (рН=4,5-5,0) торфяного болота неустойчива и разрушается сразу до образования свободных окислов кремния и алюминия, из которых впоследствии могло происходить новообразование каолинита.

Исходным материалом для образования аутигенного каолинита второго типа могли служить глинистые продукты выветривания древних магматогенных пород, поступавшие в пределы изученных структур с их бортов, а также с территории окружающей эти озёрно-болотные водоёмы равнины. В условиях болотной кислой среды происходило аутогенное преобразование терригенного каолинита, который в результате приобретал совершенную структуру, а также превращение терригенного

смектита в каолинит. На этой стадии полностью исчезали также смешаннослойные образования каолинит - смектит.

Ещё одним источником вещества для новообразования каолинита могли служить продукты гидролиза терригенных силикатных минералов, в особенности полевых шпатов и слюд, поступавших в данные озёрно-болотные бассейны с их бортов. Однако проведённые нами исследования не позволяют с достаточной степенью достоверности однозначно решить вопрос о первичном источнике глинистого вещества, преобразованного впоследствии в аутигенный каолинит.

Смена геохимической обстановки на стадии торфообразования сопровождалась перераспределением и накоплением ряда элементов-примесей в межугольных прослоях. В таблице 1 представлены данные по среднему содержанию ряда редких и малых элементов по всему разрезу. Характерно, что концентрации всех элементов в межугольных глинистых прослоях довольно значительно возрастают по отношению к подугольным горизонтам. Это связано с тем, что торфяные пласты вследствие специфических геохимических условий, возникающих в результате разложения и углефикации растительного вещества при заметно пониженных значениях еН и рН среды осадкообразования, являются геохимическими барьерами, на которых происходит накопление ряда химических элементов на стадии диагенеза. На этой стадии происходит активное высвобождение этих элементов и миграция в растворах с последующей адсорбцией их глинистыми минералами, входящими в состав межугольных горизонтов.

Таблица 1. Среднее содержание элементов-примесей в олнгоцен-миоценовых лимпогенных глинистых толщах.

ЭЛЕМЕНТ, РРМ (Ю'%) Ва Ьа Се Са РЬ И> Бг У ТЮ,%

Подугольные отложения 87 23 30 7 8 15 23 16 1.57

Межугольные отложения 204 47 73 26 18 40 57 27 3.6

Кроме того, полученные данные соответствуют общей закономерности фазовой дифференциации вещества в осадочном процессе, сформулированной впервые Н.М. Страховым и дополненной впоследствии В.Н. Холодовым. Согласно ей, в обстановке гумидного литогенеза в угленосных формациях происходит активное накопление вплоть до образования рудных концентраций таких элементов, как Се, Ъс, В, Бг, V, и, Со, Сг, РЬ, 7л\, реже и Б, Ве, 'Бе, 'П, ТИ, А*. &1, В(.

Выявленная закономерность в распределении этих двух структурных типов каолинита по разрезу является весьма важным типоморфным признаком. Наличие в составе лимногенной толщи того или иного типа каолинита позволяет достоверно восстановить условия осадкообразования на разных стадиях развития древних озёрных структур.

При отсутствии в составе лимногенного комплекса буроугольных горизонтов как прямых признаков заболачивания водоёма, появление в нём глинистых прослоев,

30

содержащих хорошо окристаллизованный каолинит с высокой степенью совершенства структуры и существенно аутигенным генезисом, свидетельствует об общей смене палеогеографических условий и обстановки осадконакопления, приведшей к заболачиванию древнего озера.

Присутствие в разрезе терригенного каолинита с разупорядоченной, частично разрушенной структурой позволяет сделать вывод, что древний озёрный бассейн находился на относительном удалении от основных источников сноса, был проточным и характеризовался достаточно высокой гидродинамической активностью водной среды. Появление озёрно-болотных и собственно болотных фаций на длительное время в эти этапы развития озёрного бассейна маловероятно.

Таким образом, определение особенностей структуры каолинита в составе ископаемых лимногенных толщ является важным компонентом фациального анализа древних озёрных комплексов.

Наряду с каолинитом, в составе изученных нами глинистых отложений присутствует смектит, как диоктаэдрический, так и триоктаэдрический. Его содержание обычно не превышает 25%. На дифрактограммах смектит устанавливается по основному диагностическому рефлексу 001, дающему межплоскостное расстояние в области 14.03 - 14.25 А. При насыщении глицерином расстояние увеличивается до 16.09 - 18.05 А; при нагревании оно сокращается до 9.7 - 10.0 А. Причём в составе данных лимногенных комплексов в подугольных частях разрезов имеются отдельные весьма маломощные прослои, почти полностью состоящие из глинистых минералов группы смектита.

В отдельных прослоях преимущественно в средней части разрезов встречается диоктаэдрическая и реже триоктаэдрическая гидрослюда с достаточно совершенной структурой, которая на дифрактограммах диагностируется по серии рефлексов 10.010,2; 4,98-5,01; 3,31-3,34 А в исходном образце, не изменяющиеся при прокаливании и насыщении глицерином, а также смешаннослойные образования смектит - гидрослюда, имеющие как упорядоченную структуру с соотношением пакетов 50:50, так и неупорядоченную структуру с преобладанием разбухающих смектитовых пакетов в соотношении 80:20 - 70:30. Кроме того, здесь имеются смешагаюслойные образования каолинит-смектит, описанные ранее. Причём последние ассоциируют только с герригенным каолинитом первого структурного типа, описанного выше, и исчезают с появлением хорошо окристаллизованного каолинита с совершенной структурой в прослоях, непосредственно подстилающих буроугольные пласты, а также в межугольных горизонтах. Также в отдельных глинистых слоях Маячного месторождения обнаруживаются следы хлорита.

Таким образом, во время формирования олигоцен - миоценовых лимногенных комплексов на данной территории существовала слабо расчленённая аккумулятивная аллювиально-озёрная равнина. На основании полученных данных о составе лимногенных глинистых пород можно сделать вывод о том, что основным источником поступавшего в её пределы терригенного материала являлись гумидные коры выветривания алюмосиликатных пород. В результате происходившего во влажном климате выветривания древних экзогенных и эндогенных пород,

содержавших легко растворимые соединения, при свободном стоке, обеспечившем их вынос, происходило разложение алюмосиликатов и образование преимущественно каолинита.

В дальнейшем в виде механических взвесей последний выносился водными потоками и почти без диагенетических преобразований захоронился в проточных озёрных водоёмах. Подобные коры выветривания были широко распространены в позднем кайнозое на в пределах окружавшей данные лимногенные структуры аллювиально-озёрной равнины, где активно разрушались древние позднепалеозойско-раннемезозойские складчатые комплексы, а также на территории Южного Урала

Вместе с тем, на стадиях заболачивания древних озёрных структур и сопровождавшего этот процесс угленакопления происходила существенная трансформация первичного терригенного глинистого вещества, слагавшего межугольные прослои. Она сопровождалась разрушением смектитов и гидрослюд, а также появлением аутогенного каолинита и совершенствованием структуры терригенного каолинита.

Глава 5.

ЭПОХИ ЛИМНОГЕННОГО ОСА£1КОНАКОПЛЕНИЯ В ЮЖНОМ

ПРЯУРАПЬЕ.

Основываясь на результатах собственных исследований, а также на работах О.С. Адриановой, А.Н. Ботвинкиной, В.А. Гаряинова, И.К. Зиняхиной, В.В. Кирюкова, Л Д. Ожигановой, А.П. Рождественского, В.П. Твердохлебова А.Л. Яншина, В.Л. Яхимович и многих других геологов, нами было проведено обобщение данных по составу, строению и условиям образования фанерозойских континентальных отложений в пределах всего Южного Приуралья. Эти материалы приведены в главе 3 диссертации. В результате были выделены три эпохи лимногенного осадкообразования, в течение которых озёрные отложения были развиты наиболее широко в пределах всего региона: позднепермская, среднетриасово-среднеюрская и олигоцен-миоценовая (краткая характеристика озёрного осадкообразования на их протяжении приведена в таблице 2).

На основании полученных данных по цикличности озёрного седиментогекеза в Южном Приуралье нами было сформулировано четвёртое защищаемое положение.

4. Олигоцсн-миоцеповый период развития региона является завершающей фазой системы циклов лимногенного осадкообразования в фанерозое Южного Приуралья. Он характеризуется локализацией осадкообразования в небольших длительно развивавшихся впадинах в пределах плоской равнины при ровном гумидном умеренном климате, отсутствием крупных рек при стабильности общих условий осадкообразования. Эти факторы обусловили формирование в лимпогеппых структурах к концу этого периода промышленных залежей бурых углей.

Таблица 2. Краткая характеристика эпох лнмногенпого осадкообразования в Южном Приуралье.

Эпоха Интервал времени Тектоническая активность климат Распространённость ЛИМ1ЮГС11НЫХ комплексов

1 Ргиг - Т] Высокая, связанная с усилением складхо- и горообразовательных процессов на территории Южного Урала В начале Р: - аридный сухой с постепенным переходом к началу "Л в жаркий тропический и субтропический Лимногенные бассейны часто мигрировали, пересыхали, их контуры к размеры были очень изменчивы, развитие озёрных структур неоднократно прекращалось, а их местоположение часто менялось

2 Тг-3г Достаточно низкая, обусловленная завершением процессов складчатости в пределах Южного Урала Жаркий и влажный тропический и субтропический Формирование озерных осадочных комплексов происходило в отдельных изолированных длительно существовавших при постоянном местоположении впадииах

3 - N1 В течение почти всей эпохи низкая, лишь к концу N1 сильно возросла вследствие резкого повышения тектонической активности Южного Урала Умеренный влажный, благоприятствовавший процессам угленакопления Обра'зование лимногенных комплексов происходило в тех же впадинах, которые существовали в течение предыдущей эпохи при схожих условиях осадконакопления, но при более холодком климате

Перейдём к подробному описанию процессов озёрного осадкообразования в изучаемом регионе на протяжении фанерозойского этапа его континентального развития.

Поздпепермская эпоха

Рантшя, наиболее продолжительная эпоха озёрного осадконакопления приходится на время образования мощной красноцветной позднепермско-раннетриасовой красноцветной толщи.

Осадкообразование в течение всей поздней Перми происходило в континентальной обстановке в условиях жаркого аридного климата и были прерваны лишь на короткое время с наступлением раннеказанского моря. Климатическая обстановка при этом не оставалась постоянной. Если в начале поздней перми, в уфимское время, здесь господствовал унаследованный от кунгурского времени резко континентальный пустынный климат, то с позднеуфимского времени начало происходить постепенное смягчение климатических условий. В результате к концу татарской эпохи в регионе установился жаркий достаточно влажный тропический и субтропический климат.

На этом фоне происходило прогрессирующее во времени распреснение озёрных вод, увеличение количества поступавшего с территории Южного Урала терригенного материала при постепенном его огрублении.

В этот период времени в сложной и нестабильной фациальной обстановке предполагается наличие в регионе достаточно широкой речной сети. Аккумулятивные озерные равнины располагались преимущественно в пределах водораздельных пространств, внутри которых существовало большое количество небольших пресных и солоноватых озёр, часто мигрировавших и пересыхавших. В них накапливались преимущественно тонкие терригенные и карбонатно-терригенные осадки. Лимногенные комплексы этого времени характеризуются чётким строением и ясной ритмичностью, связанной с сезонными циклами увлажнения и пересыхания, а также с периодическим изменением количества поступавшего в озёрные водоёмы терригенного материала и с местными гидрологическими особенностями.

После кратковременного перерыва в осадконакоплении на рубеже перми и триаса, связанного с общим подъёмом Южного Урала и сопряжённых территорий, здесь продолжилось формирование мощного красноцветного комплекса континентальных отложений. Начиная с этого времени и вплбть до среднего триаса, в Южном Приуралье сформировалась узкая предгорная аккумулятивная аллювиально-пролювиальная равнина, внутри которой озёрное осадкообразование практически полностью прекратилось.

Средистриасово - среднеюрская эпоха

В конце раннего триаса сформированная в предшествующие периоды мощная красноцветная толща подверглась складчатости, произошла тектоническая перестройка территории Южного Приуралья. Эти сложно дислоцированные позднепермско-раннетриасовые породы являются тем фундаментом, на котором происходило накопление более молодых мезозойских и кайнозойских образований.

После эпохи складчатости на протяжении длительного периода континентального развития этого региона вплоть до конца средней юры, озёрные осадки и другие тесно с ними связанные фациальные типы отложений - озёрно-аллювиалвные, озёрно-дельтовые и озёрно-болотные - накапливались в пределах отдельных изолированных длительно существовавших мульдообразных прогибов. Формирование и развитие этих впадин, служивших местными областями аккумуляции, было связано с широким проявлением соляного диапиризма в пределах Предуральского краевого прогиба, а также сопряжённых с ним территорий Русской плиты.

Климат в начале этой эпохи был жаркий и достаточно влажный, сравнимый с современными условиями влажной подзоны приэкваториальной Африки, с чередованием влажных и засушливых периодов. С течением времени он постепенно изменялся в сторону ещё большего потепления и увлажнения, и к началу юры климат в Южном Приуралье стал влажным тропическим и субтропическим.

По нашим данным, на данной территории в это время существовала обширная аккумулятивная аллювиально-озёрная равнина. Формирование мощных лимногенных комплексов на её территории было приурочено к отдельным длительно существовавшим мульд ообрадным прогибам. В них накапливались пестроцветные

преимущественно тонкие терригенные отложения с отдельными маломощными прослоями бурых углей. Основной принос терригенного материала в озёрные и озёрно-болотные водоёмы осуществлялся реками с территории Южного Урала.

Эта палеогеографическая обстановка сохранялась в Южном Приуралье вплоть до масштабной морской трансгрессии конца средней юры, продлившейся до конца эоцена.

Олнгоцеп-миопеновая эпоха

Следующая крупная эпоха озёрного осадкообразования приходится на кайнозойский этап развития Южного Приуралья, начавшийся, по данным разных исследователей, с позднего палеоцена или с позднего эоцена. Однако начало формирования отдельных изолированных мульдообразных структур, к которым было приурочено формирование мощных лимногенных комплексов, приходится на олигоцен или конец эоцена.

Накопление этих мощных озёрных толщ происходило зачастую в тех же прогибах, где происходило формирование среднетриасово-среднеюрских лимногенных комплексов. Эти озёрные бассейны находились часто рядом с выходящими на поверхность или скрытыми диапирами, а их прогибание происходило, вероятно, параллельно с поднятием соляных и гипсовых диапиров и штоков. При этом неизбежный размыв солей и гипсов не приводил к осолонению прилегающих водоёмов, что было связано с высокой влажностью климата и проточностью озёрных бассейнов.

Климат в Южном Приуралье после регрессий моря и общих эпейрогенических поднятий в конце эоцена был жарким и достаточно влажным, субтропическим. На рубеже эоцена и олигоцена здесь предполагается даже кратковременная эпоха аридизации климата. Однако с начала олигоцена, по данным многочисленных палинологических исследований, климат стал изменяться в сторону его похолодания и увлажнения, и к концу палеогена здесь установились умеренно тёплые и достаточно влажные климатические условия, благоприятствовавшие пышному расцвету широколиственной листопадной растительности. Эта обстановка впоследствии, в миоцене, привела к формированию угленосной серии Южноуральского буроугольного бассейна.

В озёрах накапливались достаточно мощные (более 100 м) терригенные толщи песчано-глинистого состава, для которых не характерна чётко проявленная ритмичность, что является одним из генетических признаков озёрных отложений этого типа. По нашим данным, контуры и размеры олигоценовых и раннемиоценовых озёрных структур, а также, темп прогибания днища впадин и зоны развития различных фациальных типов лимногенных осадков были достаточно постоянны. Периодически, на короткое время, происходило заболачивание отдельных участков этих водоёмов с накоплением в их пределах маломощных невыдержанных буроугольных прослоев.

В раннем миоцене произошло общее заболачивание территории Южного Приуралья при практически полном прекращении поступления терригенного

материала из пределов Южного Урала, и началось формирование угленосной серии Южноуральского буроугольного бассейна. В это время в пределах практически всех впадин происходило образование мощных промышленных залежей бурых углей. К этому этапу приурочено максимальное распространение озёрно-болотных и болотных фаций при практически полном исчезновении речных отложений. Территория Южного Приуралья представляла собой в это время своеобразное полесье, центр которого занимал Сакмаро-Вельскую, наиболее погруженную часть южной зоны Предуральского прогиба.

Эти процессы сопровождались некоторым похолоданием и увеличением сухости климата. В этом регионе, по данным палинологических исследований В.Л. Яхимович, H.A. Васильевой, Н.Д. Коваленко и др., в начале этапа широкого появления углеобразования существовали лесные массивы из бука, дуба, каштана, липы, вяза с участием вересковых, папоротников, мхов, характерных для лесных ассоциаций. Пониженные участки суши были заняты зарослями ниссы и болотным кипарисом, а на более возвышенных каменистых склонах произрастали заросли сумаха. Присутствие пыльцы злаков и маревых свидетельствует о возможности существования открытых пространств.

В период формирования угленосной серии Южноуральского буроугольного бассейна климат в регионе не оставался постоянным, а постепенно изменялся в сторону похолодания и сухости. Это выразилось в увеличении примеси более холодовыносливых мелколиственных пород и сосен, а также травянистых в составе спорово-пыльцевых комплексов и постепенном сокращении таксодиевых, обеднении широколиственного комплекса после максимума его развития на рубеже олигоцена и миоцена до начала широкого угленакопления, увеличении значения ольхи, берёзы и ивы (относительно широколиственных пород).

Вторая половина миоцена характеризовалась эпохой значительных поднятий Южного Урала и Русской платформы. Произошло общее вздымание территории, значительно возросло количество поступавшего а пределы прогиба обломочного материала. Начала формироваться блуждающая речная сеть, и углеиакоплеиие прекратилось. Озёрные отложения в этот период были мало распространены. Они представлены пестроцветными песчано-глинистыми осадками, часто ожелезнёнными, иногда содержат небольшие линзы бурых углей и являются образованиями фаций мелких неглубоких периодически пересыхавших озёр. Эти отложения распространены не только внутри описанных ранее впадин, но и за их пределами.

Новые масштабные тектонические движения на границе миоцена и плиоцена прервали наметившуюся было тенденцию к восстановлению озёрных и озёрно-болотных обстановок. К этому времени относятся наиболее активные проявления альпийского орогенеза в области Тетиса. Южное Приуралье представляло собой в этот период времени высокую равнину или плато с глубоко врезанной гидрографической сетью.

Плиоценовые отложения представлены пестроцветными терригенными аллювиальными толщами, лишь в отдельных депрессиях обнаруживаются маломощные делювиально-озёрные и частично озёрно-бологные комплексы с

редкими непромышленными прослоями бурых углей, которые, однако, имеют резко подчинённый характер по отношению к вмещающим их тесно с ними парагепетически связанным аллювиальным толщам.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В результате проведённого литолого-фациалыюго анализа лимногенных комплексов Сакмаро-Бельской депрессии автором были сформулированы следующие защищаемые положения.

1. Изменение климатических условий и уменьшение терригенного сноса в пределы Сакмаро-Бельской депрессии при неизменной геодинамической ситуации вызвали существенные изменения литологического состава раннемиоценовых толщ: во внутренних частях лимногенных впадин начали формироваться мощные буроутольные залежи. При этом в краевых зонах продолжалось накопление терригенных осадков прибрежных озёрных фаций, но более тонкого состава, чем в предшествующие этапы развития лимногенных структур.

2. Положение береговой линии, контролирующей распределение озёрных фаций на рассматриваемой площади, в позднем олигоцене и раннем миоцене стабилизировалось, что обуславливает непрерывность процессов озёрного седиментогенеза в пределах пенепленизированной внутриконтинентальной равнины при незначительных изменениях скорости осадконакопления.

3. В составе пород олигоцен-миоценовых лимногенных комплексов изученного регаона выделяются два генетически различных типа каолинита, отличающихся структурными характеристиками и являющихся типоморфными индикаторами палеообстановок формирования озёрных осадков. Первый тип каолинита терригенный седиментогенный и локализован в подугольных толщах озёрного генезиса. Каолинит второго типа - аутигенный диагенетический и приурочен к межугольным прослоям озёрно-болотного и болотного происхождения.

4. Олигоцен-мионеновый период развития региона является завершающей фазой системы циклов лимногенного осадкообразования в фанерозое Южного Приуралья. Он характеризуется локализацией осадкообразования в небольших длительно развивавшихся впадинах в пределах плоской равнины при ровном гумидном умеренном климате, отсутствием крупных рек при стабильности общих условий осадкообразования. Эти факторы обусловили формирование в лимногенных структурах к концу этого периода промышленных залежей бурых углей.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ A.B. ТАРАСОВА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Эпохи озёрного осадконакопления территории Сакмаро-Бельской структуры (Южное Приуралье)// Геологические исследования литосферы. Тезисы докладов IX конференции молодых учёных Института Литосферы РАН. - М.,

1995. - С. 8 - 9.

2. Особенности состава подугольных толщ миоценовых озёрных отложений Башкирского Приуралья//Седиментогенез и литогенез осадочных образований. Тезисы докладов к Уральскому литологическому совещанию 17-18 сентября 1996г. - Екатеринбург, 1996г. - с. 123 - 125.

3. Лимногенные отложения Южного Приуралья//Седимснтогенез и литогенез осадочных образований. Тезисы докладов к Уральскому литологическому совещанию 17-18 сентября 1996г. - Екатеринбург, 1996г. - с. 104 - 105 (в соавторстве с A.A. Рассказовым).

4. Особенности состава миоценовых подугольных отложений Бабаевского и Маячного месторождений бурых углей (Южноуральский буроугольный бассейн)//Геологические исследования литосферы. - Материалы X научной конференции молодых учёных Института Литосферы РАН. М., 1996. - с. 63 -

65.

5. Состав и происхождение глин миоценовых отложений Южного Урала (на примере Маячного и Бабаевского буроугольных месторождений)//Уголь Урала -состояние, проблемы, перспективы. Тезисы докладов к V Уральскому угольному совещанию 16-17 сентября 1997 г, - Екатеринбург, 1997. - с. 28 - 29 (в соавторстве с A.A. Рассказовым).

6. Состав и происхождение глин лимногснных миоценовых отложений Южного Приуралья. - В сб. «Геология угольных месторождений», Екатеринбург, 1998 г.

- с.234 - 242.

7. Фациальные особенности лимногенных отложений позднего олигоцена и раннего миоцена Сакмаро-Бельской депрессии. - В сб. «Закономерности строения осадочных толщ», Екатеринбург, 1998. - с. 155 - 158.

8. Особенности формирования лимногенных комплексов Южного Урала. - В сб. «Закономерности строения осадочных толщ», Екатеринбург. 1998. - с. 135 - 141. (в соавторстве с A.A. Рассказовым и И.Е. Стукаловой).

9. Эпохи лимногенного осадконакопления в Южном Приуралье. - В печати (Бюллетень МоОИП).

W.Composition end faciès of Miocene calbering clay sediments in the «Mayashnoe» brown coalfield (Southern Ural). - European coal conference - 97. - Izmir, Turkey, 1997. - p. 106 - 107.

Текст научной работыДиссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Тарасов, Алексей Всеволодович, Москва

У /

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЛИТОСФЕРЫ ОКРАИННЫХ И ВНУТРЕННИХ МОРЕЙ

ТАРАСОВ Алексей Всеволодович

Лптолого-Фаипальные особенности позпиеолпгоиеиовых и раниемпоие-новых лимногенных комплексов Сакмаро-Бельскоп депрессии (Южное

Прпуралье)

Специальность 04.00.01 - общая и региональная

геология 04.00.21 - литология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого - минералогических наук

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук Рассказов Андреи Андреевич

Москва 1999 г.

«Пнищу 1111

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ------------------------------------------------------3

ГЛАВА 1. ОБШАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГИОНА---------------------------------7

1.1. Географическое положение и о5шпе сведения------------------------------------------7

1.2. Стратиграфия-----------------------------------11

1.3. Тектонические особенности и условия залегания пороа-----------——------------28

1.4. Полезные ископаемые. Угленосность ~ 32 ГЛАВА 2. ЛИТОЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ОЛПГО11ЕН - МИОЦЕНОВЫХ ОЗЁРНЫХ И ОЗЁРМО - БОЛОТНЫХ КОМПЛЕКСОВ---------------------—----------37

2.1. Бабаевское месторождение--—----------38

2.2. Маячное месторождение------------------45

2.3. Литологический состав олигоиен-мпоиеновых пооугольных и межугольных отложений------------------48

2.4. Описания разрезов олигоиен-миоие-новых озёрных и озёрно-болотных отложений------------------—-----------------52

ГЛАВА 3. ФАЦИАЛЫЧЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛИМ-НОГЕННОГО ОСАЛКОНАКОПЛЕНИЯ В ОЛИГОЦЕН -МИОЦЕНОВУЮ ЭПОХУ------59

3.1. Фаииальный состав лимиогеиных комплексов------------------------------------59

3.2. Цикличность и её генетическая интерпретация--------------------------------65

3.3. Обшие выводы об обстановках осаа-конакопления--------------------—----------79

ГЛАВА 4. ВЕЩЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПООУГОЛЬНЫХ И МЕЖУГОЛЬНЫХ ОЛИГОЦЕИ-МПОЦЕ-

НОВЫХ ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИИ-------82

ГЛАВА 5. ЭПОХИ ЛИМНОГЕННОГО ОСАЛКОНАКОПЛЕНИЯ В ЮЖНОМ ПРИУРАЛЬЕ------98

5.1. Позинепермская эпоха---------------------100

5.2. Среанетрпасово-сроднеюрская эпоха -106

5.3. Олпгоиен-мпоиеновая эпоха-------------110

5.4. Закономерности лпмногенного осадкообразования в Южном Прпуралье

в Фанерозое----------------------------------122

ЗАКЛЮЧЕНИЕ-----------------------------------------------126

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ------------------------------------128

ВВЕДЕНИЕ

Лимногенные осадочные комплексы пород и другие непосредственно связанные с ними фациальные типы континентальных отложений являются очень важными, точными и подчас незаменимыми индикаторами палеогеографических, палеогеоморфологических и палеотектонических условий формирования древних осадочных формаций, что делает особенно актуальным их изучение.

Несмотря на широкое распространение разновозрастных лимногенных отложений в Южном Приуралье и особенно в пределах Сакмаро-Вельской депрессии, степень их изученности далеко не достаточна. В особенности это справедливо по отношению к олигоцен-миоценовым подугольным озёрным толщам в пределах Южноуральского буроугольного бассейна, подстилающим промышленные пласты бурых углей. Обширные многолетние исследования буроугольных отложений подробно освещают особенности формирования и развития именно этого этапа эволюции лимногенных комплексов, а также состав пород, строение и условия образования месторождений бурых углей, но в значительно меньшей степени раскрывают предшествующие и последующие условия развития озёрного седиментогенеза в этом регионе.

Цель исследований заключалась в выяснении

закономерностей и особенностей лимногенного осадкообразования в пределах Сакмаро-Вельской депрессии, а также окружающих её районах Южного Приуралья в фанерозое, и в первую очередь на протяжении кайнозойского этапа развития этого региона, на основе подробного изучения литолого-фациального и вещественного состава лимногенных комплексов, их циклического строения с целью реконструкции общей палеогеографической ситуации в регионе и её развития во времени.

О "

-Задачи исследовании состояли в следующем. 1. Изучение литолого-фациального и вещественного состава олигоцен-миоценовых озёрных комплексов Сакмаро-Вельской

депрессии, а также распределения различных фациальных типов лимногенных отложений на площади и их положения в разрезах древних континентальных формаций.

2. Разработка литологических критериев для палеогеографических реконструкций на основе детального изучения вещественного состава древних озёрных толщ региона.

3. Восстановление палеогеографической ситуации и условий осадконакопления в позднем олигоцене и раннем миоцене.

4. Изучение минерального состава озёрных глин и структуры глинистых минералов, входящих в состав лимногенных комплексов.

5. Выделение основных крупных эпох озёрного осадкообразования на протяжении всей длительной истории континентального развития Южного Приуралья в фанерозое.

Научная новизна исследований.

1. Автором впервые для Сакмаро-Вельской депрессии, а также прилегающих территорий Южного Приуралья, было проведено детальное литолого - фациальнос изучение древних осадочных комплексов озёрного генезиса с использованием совокупности литолого - фациальных и минералога-петрографических методов, а именно изучения структурно-текстурных особенностей осадков, характера цикличности и распределения озёрных фаций, петрографических исследований прозрачных шлифов, рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии и др. В результате этого были восстановлены палеоусловия осадкообразования озёрных и озёрно-болотных толщ позднеолигоценового и раннемиоценового возраста.

2. Были подробно изучены состав и минералого-структурные особенности глинистых отложений олигоцен-миоценовых озёрных толщ.

3. В результате исследования глинистого вещества было показано, что различные генетические типы каолинита являются специфическими для различных этапов развития древних озёрных и озёрно-болотных бассейнов.

4. Была установлена цикличность озёрного осадкообразования на протяжении всей фанерозойской истории развития Южного Приуралья и выделены периоды, во время которых лимногенные отложения были развиты наиболее широко как в пределах Предуральского краевого прогиба, так и прилегающей к нему территории Русской плиты.

В результате проведённых автором работ были подробно изучены олигоцен-миоценовые лимногенные комплексы. Причём применённый в работе подход к исследованию древних озёрных отложений с позиций связи литолого-фациальных, геодинамических процессов и вторичной минерализации осадков позволил установить литолого-фациальные критерии для реконструкции условий осадкообразования в древних озёрных бассейнах и для восстановления общей палеогеографической ситуации в регионе. Результаты исследований могут быть использованы при изучении древних озёрных толщ и приуроченных к ним месторождений бурых углей, для реконструкции обстановок их формирования, прогноза размещения буроугольных залежей и других лимногенных полезных ископаемых, в частности, огнеупорных глин и кварцевых песков. Промежуточные результаты этих изысканий нашли применение в работах по научному гранту РФФИ, посвящённому проблемам озёрного литогенеза.

Результаты исследований неоднократно обсуждались в лаборатории седиментологии и докладывались на заседании методического учёного совета по осадочному породо- и рудообразованию Института Литосферы РАН, на Уральском региональном литологическом совещании «Седиментогенез и литогенез осадочных образований» (Екатеринбург, 1996), V Уральском угольном совещании (Екатеринбург, 1997), совещаниях молодых ученых (ИЛСАН РАН, 1995 и 1996 гг.)

Фактический материал для диссертации был отобран автором во время полевых сезонов 1995 и 1997 гг. на территории Республики Башкортостан и Оренбургской области. При проведении полевых работ изучались естественные обнажения, а

также керновый материал и описания скважин, пробуренных АО Башкируголь, было отобрано около 320 образцов. Антологические особенности отложений, кроме полевых наблюдений (структура, текстура, наличие и характер органических остатков, состав обломочного материала, видимые вторичные изменения и др.), были изучены автором макроскопически и в прозрачных шлифах (60 шт.). При исследованиях глинистого вещества были использованы методы рентгеноструктурного (65 шт.), химического (57 шт.) анализа, электронной микроскопии, выполненных в лабораториях ИАСАН РАН, МГУ, ГИН РАН, АО Башкируголь.

Диссертация выполнена в Институте Литосферы РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук A.A. Рассказова, которому автор выражает свою глубокую признательность.

При проведении полевых работ большую помощь и содействие оказали сотрудники АО Башкируголь A.A. Артюхин, Ф.М. Исхаков, А.Ю. Фомин и многие другие, директор Института геологии Уфимского Научного Центра РАН доктор геол.-мин. наук В.Н. Пучков, заместитель директора доктор геол.-мин. наук Д.Н. Салихов и сотрудники Института доктор геол.-мин. наук А.П. Рождественский и канд. геол.-мин. наук Г.А. Данукалова, которых автор искренне благодарит за поддержку и консультации.

Автор благодарит за полезные дискуссии и советы в процессе выполнения работы доктора геол.-мин. наук И.И. Плюснину, профессора О.В. Япаскурта, доктором геол.-мин. наук H.A. Соловьёву (МГУ), сотрудников Института Литосферы окраинных и внутренних морей РАН доктора геол.-мин. наук В.М. Моралёва, доктора геолого-минералогических наук В.В. Ляховича, доктора геол.-мин. наук О.Г. Лазура, И.С. Кудиярова и многих других.

ГЛАВА1.

ОБШАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕГИОНА.

1.1. Географическое положение и общие

сведения.

Сакмаро-Вельская впадина составляет южную, наиболее погруженную часть Южноуральского буроугольного бассейна, в пределах которой сосредоточено наибольшее количество буроугольных месторождений (см. рис. 1). Последний относится к платформенному типу, возникшему в подвижной области более древнего герцинского Предуральского краевого прогиба. Промышленное угленакопление в нём приурочено к третичным отложениям. Бассейн представляет собой депрессию меридионального направления, которая, расширяясь и углубляясь к югу, переходит в Каспийскую синеклизу. Он вытянут в меридиональном направлении на 350 км при ширине 70 - 80 км и объединяет многочисленные разрозненные лимнические месторождения бурого угля олигоцен-миоценового возраста.

В административном отношении бассейн занимает северную окраину Оренбургской области и юго-западную часть Республики Башкортостан. Областной центр г. Оренбург находится в 40 км к юго-западу от бассейна, а столица Башкортостана г. Уфа в 40 км к северу от него.

Восточная граница бассейна чётко проводится по линии предгорных хребтов Урала, сложенных раннепермскими отложениями (см. рис. 1). На севере бассейн ограничивает структурно-тектонический комплекс массива Кара-Тау. Граница бассейна на западе проходит с севера на юг по долинам рек Уфы и Уршака, затем пересекает верховья рек Куганака, Стерли, Ашкадара и Сухайли и следует вдоль долины реки Большой Куюргазы. Далее к югу она проходит по междуречью Салмыша и Нижней Чебеньки. Южная генетическая (естественная) граница

Красноубцпьский

Стерлитамак

Ишимбай

Üħ

Мелеуз

Октябрьско!

Условные обозначения к рис.1

- четвертичные образования голоцена и плейстоцена

- нерасчлеиённые верхнеплиоценовые и древнечетвертичные образования

- плиоценовые отложения нерасчлеиённые - кинельский, акчагыльский и апшеронский ярусы

- нерасчлеиённые континентальные отложения среднего - верхнего миоцена

| • нерасчлеиённые озёрные и озёрно-болотные отложения верхнего ол и го цена -— раннего миоцена, залегающие в изолированных впадинах

- нерасчлеиённые отложения эоцена и олигоцена, залегающие вне угленосных впадин

• верхнемеловые морские отложения

- континентальные отложения нижней и средней юры

- рэт - леиасовые озерные отложения

- средне - верхнетриасовые континентальные отложения

В ¡ШШ

- нерасчлеиённые верхнепермские - нижнетриасовые отложения

• нерасчлеиённые пермские морские, лагунные и континентальные отложения

- эвалоритовые образования кунгурского яруса нижней перми

Я

- каменноугольные отложения

- складчатые образования Южного Урала

- тектонические нарушения, установленные (а) и предполагаемые {6}

-буроугольные месторождения эксплуатируемые

А | - буроугольные месторождения неэксплуатировавшиеея

- детально разведанные буроугольные месторождения

месторождения: 1 - Бабаевское, 2 - Пинегинское, 3 - Куюргазинскоет 4 - Маячное, 5 - Ворошиловское, 6 - Чикановское, 7 - Яман-Юшатырское, 8 - Тюльганское, 9 - Масловское, 10 - Хабаровское, 11 - Репьёвское, 12 - Матвеевское, 13 - Быковское, 14 - Семёновское, 15 -Талалаевское, 16 - Наумкинское, 17 - Маклыкульское.

бассейна не выявлена. Современная эрозионная граница на юге проходит по долине р. Сакмары (участок широтного течения реки).

В Южноуральском буроугольном бассейне выделяется ряд широтных зон, характеризующихся разным возрастом угленосных толщ и разделённых почти широтными Стерлитамакской и Мелеузовской тектоническими ступенями (В.Л. Яхимович, 1959; О.С. Адрианова, В.В. Кирюков, 1964 и др.): Ашинско-Стерлитамакская на севере, Стерлитамакско-Мелеузовская, центральная, и Сакмаро-Вельская, южная, наиболее погруженная. На территории последней сосредоточены основные промышленные месторождения бурых углей. Эта субширотная зональность была унаследована от древнего структурного плана (кристаллического фундамента).

Бассейн приурочен к обширной площади развития пермских и нижнетриасовых красноцветных образований, в пределах которой почти все более молодые образования мезо-кайнозойского возраста накапливались в изолированных мульдообразных депрессиях, и только морские меловые и палеоценовые отложения представляют собой останцы когда-то сплошного покрова, почти полностью уничтоженного в кайнозое последующими эрозионными процессами.

Южноуральский бассейн обладает значительными разведанными запасами бурых углей, которые составляют около 1755,12 млн. тонн. Большая часть месторождений пригодна для разработки открытым способом. Однако промышленная добыча углей велась лишь в пределах трёх месторождений, расположенных в пределах Сакмаро-Вельской депрессии Бабаевского, Маячного и Тюльганского; кроме того, в предвоенные годы и во время Великой Отечественной войны две шахты на Куюргазинском и Талалаевском месторождении эксплуатировались местной промышленностью. Во всех этих месторождениях запасы бурого угля в значительной степени выработаны, а темпы и объём добычи постепенно снижаются.

Рассмотрим подробнее тектонические особенности, условия залегания и стратиграфию отложений изучаемого нами комплекса лимногенных структур Сакмаро-Вельской депрессии.

1.2. Стратиграфия

1.2.1. Палеозойские отложения

Породы палеозойского комплекса на территории бассейна имеют значительную обнажённость по берегам рек, оврагов и на водоразделах. При этом каменноугольные, сакмарские и артинские отложения ранней перми выходят на поверхность у

О «9 о

восточной и северной границ бассейна, где они слагают передовые хребты Урала и массив Каратау. В пределах бассейна они погружаются на значительные глубины под более молодые образования.

В распределении кунгурских, верхнепермских и нижнетриасовых отложений на современной поверхности Южного Приуралья отмечается следующая закономерность. По мере движения с севера на юг под четвертичным покровом получают преобладающее развитие всё более молодые образования: кунгурские и уфимские на севере, казанские в центральной части и татарские и нижнетриасовые в южной части. Это отражает общую тенденцию погружения Уральского краевого прогиба в южном направлении.

Из составляющих фундамент бассейна палеозойских образований, местами обнажающихся на поверхности, наиболее широко распространена нижнепермская толща морского генезиса сакмарского и артинского возраста, сложенная карбонатными осадками.

Мощность сакмарских отложений в пределах западной части бассейна достигает почти 300 м. Они содержат цепочку погребённых рифовых массивов которые выходят на поверхность только вблизи г. Стерлитамак в виде одиночных холмов «шиханов». Относительное превышение рифов достигает 1 км и

Цитологи ческий состав

:> о о о о о о о

О О О О О О О с Оу-^оо о _

т,?

I- I ш

>5

К

ш

Краткая литологическая характеристика отложений

Плиоценовые отложения апшеронского и акчагыльс-кого ярусов и кинельского горизонта. Галечники, пески, глины сфауной.

Угленосная серия Южноуральского бассейна. Глины жирные углистые, мощные промышленные залежи углей. По периферии месторождений пески, алевриты.

Базальная свита угленосной серии. Алевриты, пески, тины, угли, галечники.

Пески, песчаники, конгломераты.

Писчий мел, глины, мергели, пески глаукониговые.

Кремнистые мергели с фа/ной.

Глины, пески, флора папоротников, редкие включения пирита.