Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Онежские шунгиты (геология, генезис, прогнозная оценка)

ВАК РФ 04.00.14, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Горлов, Валерий Иванович

1. ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Актуальность работ

1.2. Цель исследования

1.3. Научная новизна работы

1.4. Практическая ценность.

1.5. Реализация работы

1.6. Апробация работы и публикации

1.7. Фактический материал и объем работы

2. ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ШУНГИТОВЫХ ПОРОД

3. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ШУНШТОНОСНОЙ ТОЛЩИ

3.1. Внутреннее строение заонежской свиты

3.2. Внутреннее строение суйсарской свиты

4. КЛАССИФИКАЦИЯ ШЖГИТОВ

4.1. Шунгиты I - нестратифицированные шунгитовые горные породы

4.1.1. Шунгиты I - продукт регионального метаморфизма и тектонического воздействия.

4.1.2. Шунгиты I - продукт пиролиза

4.1.3. Шунгиты I среди вулканогенных осадков суйсарской свиты

4.1.4. Шунгиты I - протерозойский битум

4.1.5. Геохимические критерии, подтверждающие нафтоидную природу шунгитов I

4.2. Стратифицированные шунгиты

4.2.1. Шунгитовые породы

4.2.2. Шунгитистые породы

4.2.3. Шунгитсодержащие породы

4.2.3.1. Первично-осадочные шунгитсодержа-щие породы

4.2.3.2. Шунгитсодержащие породы с переотложенным шунгитовым веществом

5. ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ШУНГИТОВ

5.1. Шуньгское месторождение шунгитовых пород . wo

5.2. Максовоко-Зажогинекое месторождение шунгитовых пород .•.Ю

5.3. Месторождения шунгитсодешащих пород

5.3.1. Геология Кондопожской синклинали

5.3.I.I. Нигозерское месторождение шунгитсодержащих сланцев

5.3.2. Геология Мунозерской синклинали

5.3.2.1. Мягрозерское месторождение шунгитсодержащих сланцев

6. ВЫВОДЫ О ГЕНЕЗИСЕ ШУНГИТОВ.

6.1. Характерные фитолиты .13В

6.2. Геохимические особенности отдельных генетических типов шунгитов

6.3. О факторах, обусловивших появление, осаждение и формирование шунгитового вещества.

7. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА РЕСУРСОВ 11ШШТ0В НА ТЕРРИТОРИИ ОНЕЖСКОГО СИНКЛИНОРИЯ.

7.1. Поисковые предпосылки для различных типов шунги-тоносных пород

7.2. Геологические факторы, контролирующие качество шунгитов как комплексного сырья

7.3. Поисковые признаки

7.4. Прогнозные ресурсы шунгитов на территории Онежского синклинория и перспективные участки.18°

8. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ШУНШТОВ

Введение Диссертация по геологии, на тему "Онежские шунгиты (геология, генезис, прогнозная оценка)"

Термин "шунгит" появился в семидесятых годах XIX века и был применен профессором СПб Университета А.А.Йностравдевым для обозначения особой формы углерода, представляющей собой "крайний член в ряду аморфного углерода" (52). Этот термин им же был применен и для обозначения своеобразной, напоминающей антрацит, углеродсодержащей породы, залежи которой были обнаружены в Карелии близ С.Шуньга на Заонежском полуострове. Позднее шунгита-миж стали называть большую группу докембрийских пород, очень различных по петрографическому составу и генезису минеральной основы, содержащих аморфный углерод - шунгит от долей процента до 99$. Неоднородность минерального состава и содержания шунги-тового вещества обусловили большое разнообразие физико-химических и технических свойств этих пород, а отсюда и широту их практического использования в отдельных отраслях народного хозяйства. Большие запасы шунгитов на территории Южной Карелии создают надежную основу для их практического освоения, а своеобразие этого, встречающегося пока только на территории Карелии, полезного ископаемого уже давно привлекает к себе внимание геологов, химиков, технологов, специалистов других отраслей науки и производства.

За последние два десятилетия оцределены основные пути использования шунгитов, включающие в себя такие направления, как минеральные пигменты, новые строительные материалы, заменители графита в металлургии, заменители кокса при производстве желтого фосфора, агрономические руды и др.Использование шунгитов в этих направлениях дает значительный экономический эффект по сравнению с применяемыми в настоящее время видами сырья благодаря

V I х Синоним - шунгитоносные породы. доступности и дешевизне добычи.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений", Горлов, Валерий Иванович

6. ВЫВОДЫ 0 ГЕНЕЗИСЕ ШУНШТ0В

Точка зрения на биогенную природу шунгитового вещества бытует давно. В середине XIX века шунгит относили к каменным углям, основываясь на чисто внешнем сходстве и называли "карельским антрацитом". Позднее А.А.Иностранцев опроверг это название, не высказав, правда, своей точки зрения на генезис шунги-та (52).

В 30-х годах Н.И.Рябов (123, 204), несмотря на отсутствие палеонтологических находок и опираясь только на геологические наблюдения, отнес шунгитовые породы к древнейшим протерозойским сапропелитам, предсказав нахождение в них органических остатков.

Позднее, в 50-х годах П.А.Борисов (8) нарисовал достаточно стройную картину накопления протошунгитового вещества, когда ". в обстановке стоячих мелководных морских водоемов интенсивно развивалась примитивная жизнь того времени, преимущественно в виде водорослей, а минеральные осадки на дне отлагались в ат форме песчано-глинистых иловых масс". В конечном счете он делает вывод о сапропелевой природе шунгитов.

В последующие 70-е годы в работах А.В.Сидоренко, Св.А.Сидоренко (132,135), З.А.Мишуниной (98) на основе анализов керо-гена шунгита признавалась его органогенная природа.

В конце 70-х годов появилась абиогенная гипотеза происхождения шунгитов (62), базирующаяся на основе парагенезиса шунги-тового вещества с продуктами вулканической деятельности, а также на прямой корреляционной связи содержаний углерода с химическим и минеральным составом пород и генетическим типом их минеральной основы, Эта гипотеза может быть принята с многочисленными оговорками и нуждается в дальнейшей проверке и подтверждении геологическими фактами.

Многочисленные находки органических остатков, сделанные автором и другими исследователями, где С^ является главным компонентом в строении сохранившихся форм в огромной мере противоречат абиогенному подходу к природе шунгитового вещества.

6.1. Характерные фитолиты

Палеонтологические данные последних лет обязывают пересмотреть традиционно сложившиеся представления об уровне эволюции нижнепротерозойской биосферы. Единичные, считавшиеся ранее уникальными свидетельства в горных породах с возрастом древнее I млрд.лет, пополнились многочисленными открытиями массовых местонахождений органических остатков, многие из которых имели породообразующее значение. Наиболее показательной, в этом отношении, можно считать территорию Карелии. Уже задолго до накопления вулканогенно-кремнисто (карбонатно)-углеродистой формации заонежского времени, а именно в ятулийский период, констатируется широкое развитие сообществ сине-зеленых водорослей и бактерий не только продуцировавшие отдельные биогенные тела (стро-матолитовые и микрофитолитовые доломиты, имеющие значительную мощность и простирающиеся на десятки и даже на сотни километров (89) , но и обусловившие накопление огромного объема биомассы, несомненно явившейся одним из источников накопления шун-гитовых толщ.

Хорошо сохранившиеся органические остатки в шунгитах известны близ д.д. Шуньга, Тетюгино, Керака, Кяппесельга, на о. Волк-остров, в скважинах № 60 и 67 у д.Зажогино (рис.6.1.1).

Первые находки были сделаны автором еще в 1965 г.(195), а позднее, в 1970 г. они были описаны А.Г.Вологдиным (18). В образцах лидитов с четко выраженной сезонной слоистостью были выявлены представители двух семейств сине-зеленых водорослей, отнесенных к трем новым родам, и трем новым видам. К семейству Vesicularaceae Vol. , отнесены одноклеточные водоросли нового рода Gorlovella Vol. , вид Gorlovella obvoluta Vol.,s.ri.(pHC.6.I.2, 6.1.4). Два других рода и вида отнесены к семейству AgaTnuscealeVol.,f.Ti. - это роды Grenularia Vol.oj.n. , и Agamus Vol.g.n. , виды, соответственно Grenularia borissovi, s.n. и Agamus shungiticus Vol.,s.n. (рис.6.1.5, 6.1.6)

В строении всех описанных видов участвует шунгитовое вещество, слагая стенки клеток, центральное ядро. Помимо этих

Рис.6.1.1. Схема местонахождения органических остатков в шунгитах.

I. Шуньга; 2.- Тетюгино; 3.Скважина 67; 4. Скважина 60; 5. д.Керака; 6. Волк-остров; 7. д.Кяппесельга.

Рис.6.1.2. Сезонная слоистость в образце лидита. М-ие Шуньга.

Рис.6.1.3. Сезонная слоистость в шлифе лидита. шл. 333, ув 30х, ник.II.

Рис. 6.1.4. Скопление остатков планктонной одноклеточной водоросли Сог1с^е11а оЬуо1и1а \/о1.,д.е! э.п. п. Шуньга. Ув. 300х. элементов клеток, шунгитовое вещество является "строительным материалом" колоний водорослей (рис.6.1.8).

Среди карбонатных пород лидит-доломитового комплекса в дд. Кяппесельга, Шуньге, Зажигино в скважинах и обнажениях встречаются макроскопические остатки онколитов родов Оэадтв, \Zolvatel-1а, Аз1:его5рЬбего1о1ез (89), где шунгитовое вещество является главным компонентом в строении их элементов (рис.6.1.12).

Среди шунгитов (Ш (К) Зажогинского месторождения Г.С.Калмыковым (70) описаны и приведены в фотографиях многочисленные остатки сложенных шунгитом организмов аналогичных встреченным в лидитах колониальным формам проявления синезеленых водорослей (рис.6.1.10).

Необходимо помнить, что все вышеприведенные формы являются и являлись бесскелетными организмами. Они не могли сохраниться в грубых терригенных осадках, но несомненно поставили уг

Рис.6.1.5. Остатки водоросли Grenularia borissovi Vol.,g.ets.n , ув. 300х, пос.Шуньга.

Рис.6.1.6 Остатки водоросли Aganrus shungiticus Vol.,s.n. , в процессе деления клеток. Лидит, пос.Шунгьга, ув. 600х. г ■ ч- / 4 < Г

Рис.6Л.7. Колоний клеток в лидите. д.Тетюгино. Шл.57. Ув. ЗОС^.

Рис.6Л.8. Колония клеток в лидите. д.Тетюгино. Шл. 57. Ув. 300х.

Рис.6.1.9. Колония одноклеточных водорослей с крупными ядрами (не определена). Шл.2. Ув^. 300х. д. Тетюгино.

Рис.6.1.10. Разорванная колония клеток. Agamusshungiticus Vol. д. Тетюгино. Шл.2. Ув. 200х.

Рис.6.1.11. Макроскопические остатки фитолита. Овэ^а Кирт^'акоуп & Коп. эр. поу. в доломите. Шл.С-2/70. Ув.30х. д.Кяппесельга. Фото Кононовой Г.М.

Рис.6.1.12. Макроскопические остатки \7olvatella а^а в. Коп. зр. я. в доломите. Шл.9/10,5. Ув. 30х. д.Кяппесельга. Фото Кононовой Г.М. леводородные соединения в осадки, дав таким образом начало накоплению в них протошунгитового вещества. Своей сохранности они обязаны только хемогенным и тонким сапропелевым илисто-глинистым осадкам. Но и в них не везде мы видим сохранившиеся формы. Только очень благоприятные условия "консервации" органики, исключающие всякое перемешивание осадка, связанное с подводными течениями, оползнями, активной тектоникой и т.д. помогли сохраниться этим хрупким формам. Этому способствовал также медленный и спокойный режим диагенетических изменений и слабая степень изменчивости на уровне низших ступеней зеленосланцевой фации метаморфизма.

6.2. Геохимические особенности отдельных генетических типов шунгитов

Геохимические факторы, подтверждающие битумно-нафтоидную природу щунгитов I рассмотрены в главе 4.1.5, где по способу проявления они подразделяются на миграционные и миграционно-переотложенные. По степени дифференциации они, в свою очередь, могут быть разделены на разновидности, относящиеся первоначально к и /5 нафтоидам.

В задачу настоящего раздела входит рассмотрение с геохимических позиций правомерности разделения шунгитов на породы с первично-осадочной и переотложенной природой ОВ и выделения соответствующих генетических типов.

Среди химических элементов осадочных пород наблюдается своего рода "специализация", одни из них ассоциируют с обломочной фацией, другие с кремнистой или карбонатной, третьи - с органическим веществом. Для шунгитов интересной представляется последняя группа элементов. Для пород разного возраста, обогащенных сацропелевым веществом, характерны такие элементы как Сг, 0и,1г? , Мо , А// , Со , Р ,1/ , 5 , Ие , и , Ад ,Аи,Аз ,7Ъ

Au , Аз ,Th , причем в разных породах их содержания могут быть различными, отдельные элементы могут и отсутствовать, но такие как Zn , Cu ,V , Мо ,hl) ,V ,Th , црисутствуют почти всегда (107).

Согласно Дж.Вайна и Э.Туртло (179) содержания этих элементов в породах черносланцевой формации Сев.Америки (США и Канада) превышают, в среднем, в несколько раз содержания таких же элементов в глинистых сланцах. Так V - в 1,2-4 раза, № -в 2 раза, ZП-в 3-4 раза, Мо - в 4-13 раз, Си - в 2-5 раз, - в 1,1-14 раз. Обязательным является повышенное содержание 11 в несколько десятков раз.

Исследование микроэлементного состава шунгитов проводилось, как и для шунгитов I, с применением инструментального нейтронно-активационного метода (ИНАА), который позволяет без озоления проб получить данные с точностью превышающей иногда на несколько порядков данные полученные спектральным методом. Определения производились по известной методике (II). Методом ИНАА были проанализированы шунгиты П из Шуньги, очищенные и неочищенные от железа, лидиты Шуньги, Кяппесельги, Волк-острова с органикой и без нее, шунгитсодержащие доломиты из Шуньги с видимой органикой и без нее, суйсарские шунгитсодержащие породы с месторождений Нигозерского, Викшезерского и Мягрозер-ского из пачек Б2 и Б^ продуктивной толщи. Все данные сведены в таблицу 6.2.1. Кроме того часть этих пород была проанализирована химически на Ш , , Со , Cu , V и др. металлы Табл.6.2.2.).

Как видно из таблиц специализация шунгитов не отличается по набору элементов от сапропелитов. Но в связи с этим, особо хочется остановиться на отношении ТЬ/\/ в различных шунгито-носных породах. При изучении фациальной обстановки соотношения

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные положения защищаемой диссертации сводятся к следующему:

1. Щунгиты являются своеобразным и уникальным многоцелевым полезным ископаемым, не имеющим аналогов среди известных углеродистых образований.

2. Шунгиты в разрезе нижнепротерозойских образований встречаются на нескольких стратиграфических уровнях приурачи-ваясь к заонежскому и суйсарскому горизонтам.

3. Накопление органического вещества шунгитов разных стратиграфических уровней шло разными путями. Шунгиты заонежского горизонта формировались при активном участии биогенных процессов, суйсарские - накапливали переотложенный углерод, вынесенный из зоны гипергенеза более древних заонежских осадков.

4. Территория Онежской структуры является территорией развития промышленных запасов различных типов шунгитов.

I. Рис.3.1.

2. Рис.3.1.1,

3. Рис.3.1.2.

4. Рис.3.2.1,

5. Рис.3.2.2.