Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Палеогидрогеохимические условия образования месторождения серы Гаурдак-Кугитангского района

ВАК РФ 04.00.00, Геолого-минералогические науки

Текст научной работыДиссертация по геологии, на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук, Беленицкая, Галина Александровна, Ленинград

Министерство высшего и среднего специального образования

РСФСР

Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им,Г.З*Длеханова

Беленицкая Г.А.

ПАЛЕОГЦДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ У9Л0ВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕРН ГАУРДАК-КУГИТАНГСКОГО РАЙОНА

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата геолого -минералогических наук

Научный руководитель чл.-корр.АН СССР П.МЛатаринов

УЬ9 №3

Ленинград 1972

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ ..............................................£

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ И ЙЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Крат кий обзор представлений о генезисе Гаурдакского

месторождения......................................{

Состояние вопроса и задачи исследования .........♦

Методы исследования и некоторые вопросы терминологии Р Глава П. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ГАУРДАК-КУГЙТАНГСКОГО РАЙОНА И ГАУРДАКСКОГО

СЕРНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ .........................26

Геологическое строение района.......................

Общая стратиграфическая характеристика разреза ».« 28

Основные элементы тектоники......................35

Некоторые черты геоморфологии .................... 37

Важнейшие особенности строения Гаурдакского месторождения ...............................................

Глава Ш, ОСНОВНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СУЛЬФАТОНОСНЫХ ПОРОД, СВЯЗАННЫЕ С ВОЗНИКНОВЕНИЕМ СЕРНЫХ РУД (Данные

литологических исследований) .................. />В

Некоторые литологические особенности гиссарскнх известняков ............................................... и

Разрез ангидритовой толщи вне серных залежей 55

Общая литологическая характеристика разреза.....« 55

Замещение известняка ангидритом................

О генетической природе сульфатно-карбонатных брекчий ..............................................67

Распространение гипса...........................

О некоторых аутигежанх акцессорных минералах ..... ^

Пористость пород................................. 71

Битумннозность пород............................*

Гипергенные преобразования карбонатко-сульфатных пород

в связи с возникновением серных руд.................73

Общая характеристика минерального состава руд Преобразования минералов сульфата кальция» предшествующие их замещению минералами парагенезиса

серы .............................................,7.7

О зоне перехода от вмещающих пород к серным рудам.

Цути распространения минерало- (рудо) образующих

растворов ♦..................................«««•••^

Генезис серно-кальцитовых агрегатов ...............90

О взаимоотношении между минералами исходных пород н

серных: руд ........................................т

Основные типы серных руд Гаурдакекого месторождения /'2 Признаки метасо магического образования серник зале«

жей (обобщение) ...................................152

Генезис флдорят-барит-целестияовой минерализации .• '35 Два типа гипергенных преобразований еульфатоносннх

пород .............................................

Баланс вещества в процессе сврообразования ........ '47

Основные преобразования серных руд в зоне окисления (54 Обобщение результатов литодогических исследований н некоторые выводы о химизме и динамике серообразующих

растворов ............................................155

Глава 1У. СОВРЕМЕННОЕ ШНЕРАЛООБРА ЗОВАНЙЕ В ПОДЗЕМНЫХ

ВОДАХ ГАУРДАКСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (по гидрогеохимическим и микробиологическим данным) ....... 161

Некоторые сведения по гидрогеологии Гаурдак-Кугитанг-

ского района........................................./бУ

Биогидрохимическая зональность на Гаурдакском месторождении ................................................

Современные гидрогеохимические и микробиологические

процессы на Гаурдакском месторождении................!В&

Об оценке мивдобнологнческих показателей..........'7/

Анализ гидрохимических данных..................... /73

Зональность подземные вод по сумме гидрогеохимических и микробиологических данных ..................ж

Баланс компонентов в составе подземных вод при их

взаимодействии о породами .....................

О возможной роли метасоматоза в осуществлении современных процессов .................................,/ЯЗ

Положение гидрогеохимических зон в разрезе......

О роли вод атмосферного происхождения в зональности

современных процессов ........................

Сопоставление результатов био- и гидрогеохимического анализа с литологическими данными ...................Щ

Глава У. НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДАЛЕОГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКОГО

РАЗВИТИЯ РАЙОНА .................................

Древняя эрозионная система района .....................

Карстовые системы, их соотношение в эрозионным, возрастав Основные этапы развития карстово-эрозионных систем

района..............................*..................225

Некоторые выводы....................................* 227

Глава У1. 'ПШОГИДРОГЕОЛОГЙЧЕСКЙЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ СЕРНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ГАУРДАК-КУГЙТ АНГСКОГО РАЙОНА........ 229

Пал#огидрогеологические закономерности формирования зон

гипергенеза в ангидритовой толще района ................ 225

Основные черты истории геологического развития района 229 Общая последовательность палеогидрогеологического

развития района ♦ .........«..........•...........♦ . 232

Некоторые закономерности формирования зон гипергенеза

в ангидритовой толще • ............................ 234

Палеогидрогеологические условия формирования Гаурдакско-

го месторождения....................................... 237

Основные этапы развития Гаурдакской долины.......... 24о

Признаки связи формирования серных залежей с развитием Гаурдакской долины ............................. '

История палеогидрогеологического развития и последовательность формирования Гаурдакского месторождения ••• 2 кЦ

О роли долииы в образовании месторождения ........... 2$4

О более общем характере связи экзогенных месторождений серы с древними долинами и возможностях ее практического

использования........................*................. г5т

Использование установленных закономерностей при оценке перспектив сероносности ГаурдакеКугитангского района ... 264 Использование палеогеоморфологических показателей при изучении палеогидрогеологических условий образования некоторых других местороздений зоны гипергенеза и при их

оценке .............................................9 26*

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ...........................................з 75

Таблицы фотографий шлифов и штуфов (таблЛ-ХУ, фиг#1-Х09) . ж ЛИТЕРАТУРА ................................................ 930

ВВЕДЕНИЕ

Многочисленные исследования экзогенных месторождений серы, и в частности Гаурдакского, нозволили решить ряд основных проблем генезиса серных руд таких месторождений. Однако еще многие принципиальные вопросы генезиса до последних лет остаются спорными, а комплекс условий формирования в значительной степени неясным*

Ценность серы как химического сырья, ее важнейшая роль в химической промышленности и особенно в.бурно развивающейся промышленности Туркмении, растущий дефицит запасо~в^з"мировом масштабе - все это определяет актуальность решения таких вопросов не только е научной точки зрения, но и с позиций их народнохозяйственной значимости«

Большие возможности для решения этих вопросов на Гаурдакском серном месторождении открыло проведение здесь с 1962 по 1968 гг. комплексных исследований, включавших гидрогеологические, микробиологические, геолого-литологические, геоморфологические и па-леогеоморфологические исследованиям позволивших осветить проблему в разных аспектах. Работы проводились отделом Гидрогеохимии и поисковой гидрогеологии ВСЕГЕй в содружестве с Управлением Геологии Туркменской ССР* Организовал исследования, руководил ими и непосредственно в них участвовал ст.научн.сотрудник ВСЕГЕЙ М.С.Гуревич, объединивший группу специалистов разного профиля«

Будучи с 1965 по 1969 гг. геологом Кугитангской геолого-разведочной экспедиции, автор работала в составе указанной группы, выполняя диалогические, геоморфологические (палеогеоморфологи-ческие) и гидрогеохимические.исследований по тематике, совпадающей с темой настоящей работы.

На основании проведенных исследований и литературных материал лов уже в 1966 году была произведена реконструкция основных этапов палеогеоморфологического развития района, палеогидродинами-

Обрааобания

ческих и палеогидрогеохимических условии^месторождений серы и разработала схема последовательности формирования серных залежей. Эти данные впервые были доложены в 1966 г» на I научной конференции по палеогидрогеологии в г.Ашхабаде в двух коллективных сообщениях. В том же году построения автора были изложены и обсуждались на рабочем совещании по прогнозу месторождений самородной серы в г.Казани.

С 1968 по 1969 гг., продолжая исследования по перечисленным вопросам, автор выполнила работу по специальным диалогическим темам, предложенным Кугитангской ГРЭ: "Изучение типов серных руд Гаурдакского месторождения серы" и "Выяснение основных закономерностей размещения целестина и барита в разрезе Гаурдакского месторождения".

Результаты всех этих исследований отражены в ряде отчетов, опуб-

й

ликовалных и находящихся в.печати работки послужили основой настоящей диссертационной работы. Работа завершена при прохождении с 1969 по 1971 гг. аспирантуры в Ленинградском горном институте под руководством чл.корр. АН СССР П.М.Татаринова.

х) в приводимых ссылках отчеты помечены годом их сдачи в фонды с буквой Ф (например, Х966Ф); для работ , находящихся в печати, показан год их приема к печати с буквой П (например, 19690)» а для опубликованных - год издания (например, 1968).

Помимо названных совещаний, основные положения работы докладывались автором: на УШ Всесоюзном литологическом совещании в г,Москве (1968 г.)$ на Совещании по геохимии и минералогии серы в г.Москве (1969 г.); на I научной конференции аспирантов геологических специальностей г.Ленинграда (1970 г.); на заседаниях отдела Гидрогеохимии и поисковой гидрогеологии ВСЕГЕЙ (1966, 1967); на заседаниях НТО Кугитангской ГРЭ в Гаурдаке (1966,1967, 1968, 1969 гг.)> а также на заседании кафедры Геологии месторождений полезных ископаемых Ленинградского горного института (1972)« Автор выражает глубокую благодарность П.М.Татаринову и М.С.Гу-ревичу за научное руководство выполненными исследованиями, а также Я.К.Писарчик за советы и важные указания на всех этапах работы* Автор сердечно благодарит Г.В.&плювиеву и А.Б.Липина за ценные консультации при выполнении физико-химических расчетов и просмотр соответствующего раздела рукописи, Л.Н*Ершову и И.Й.Йванову, любезно выполнивших по нашей просьбе ряд специальных анализов, Л.Б.Помераяц, Н.П.Малинскую и З.Ф.Алексееву за дружескую помощь в работе. Автор признательна руководству Туркменского Управления Геологии и Ленинградского горного института, создавшим условия для выполнения и завершения работы.

Глава I, СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ И ЮОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

нес то рождения

Гаурдак-Ку гит аы г с ки й район входит в состав Среднеазиатской се-роносной провинции с характерный для нее развитием экзогенных месторождений самородной серы и выделяется либо как самостоятельный серо-носный бассейн, либо как часть сероносного района Юго-Западных отрогов ЙЕОсара (Соколов, 1958; Юшкин, 19682)« В работе рассматривается большая часть территории этого района, включающая три его крупнейшие и основные сероносные структуры - Гаурдакскую, Кугитангскую, Тюбе« гатанскую.

На площади района в настоящее время известно,помимо ряда участков непромышленного осернения, лишь одно крупное - Гаурдакское -месторождение самородной серы* Многолетняя (с 1927 г*) история изучения этого месторождения является ярким отражением тех острых дискуссий и борьбы мнений, которые характеризуют развитие представлений о генезисе экзогенных месторождений серы вообще, и прежде всего двух ведущих принципиально отличающихся точек зрения - о сиигенетнчной или эпигенетичной с вмещающими породащ природе оруденения. Согласно первой из них,образование серы происходило одновременно с накоплением вмещающих преимущественно карбонатных осадков в бассейне седиментации, зараженном сероводородным брожением. В СССР эта теория развивалась Д.В.Дробышевым (1930), А.В.Дановым (1936), В.П.Нирошни-ченио (1933), П.М.Мурзаевыи ( Миггасеу , 1937) и др., а в применении к некоторым экзогенным серным месторождения отстаивается и в настоящее время (Иванов, 1964; Нерлич, Даценко, 1969). Согласно второй точке зрения,образование серы связывается с процессами, накладывающимися на первично неосерненные карбонатно-сульфатные породы. Их осуществление рассматривается как результат воздействия углеводо-

родов нефти на сульфаты кальция млн сульфат-ион растворов* Теории эпигенеза имеет несколько вариантов« Сущность ее в варианте, разработанном в СССР А.С.Уклонении (1928-1964) и лежащем по существу в основе остальных ее разновидностей, сводится к следующему*

Процесс имеет три стадии: I) образование сероводорода при химическом воздействии углеводородов на сульфатный ион подземных вод в присутствии катализатора; 2) окисление сероводорода до серы в пористых породах, худа он попадает в результате миграции; 3) растворение серы в битумах и нефтяных водах и ее нереотлохение* Главная масса серных месторождений должна быть связана с тектоническими нарушениями - путями миграции растворов. "Само серное месторождение, как правило, бывает приурочено к пористым породам • •« в силу характера своего генезиса оно часто бывает в ближайшем соседстве с гипсами, но это не обязательно" (Уклонений, 1940, с,266), В основе теории лежит представление о тесной генетической свяэи серы с нефтью. Обосновывается ряд парагенных сере минералов: кальцит, арагонит, целестин и другие, которые рассматриваются как производные нефтяных вод*

Другим вариантом теории эпигенеза является гипотеза метасомагического или ивфильтрационно-метасоматического образования серных РУД* Согласно этой гипотезе, их образование связано с замещением серой и кальцитом сульфатов кальция исходных пород в основном непосредственно на месте их залегания. Заложенный работами Г,Бшвофа ( , 1863), этот вариант эпигенетической теории развивался

сначала Н.А.Головкинским (1869) и Г.Бергом (Вег^ , 1877), а позже, главным образом в последние десятилетия - многими исследователями серных месторождений как за рубежом ( Тау£ог, &о^топ, (95г; &иа1иег1> тэиэ5з; U5zkiewi.cz, 1956; Ран^о^кц ; Сигт1п$к1,Ш);

рс^оууька, 4982 и ДРО, гак и в Советском Союзе (Лучицкий, 1934; йиропольский, 1935£ 2; Кротов,

1935; Сахаров, I947I>2; Коган, 1959, I96II>2; Яковлева, Юшкин, 1962; Юшкин, 1962-1969; Иванов, 1964; Соколов, 1965, 1969; Колтун, 1965; Писарчик, 1968; Беленицкая, I968I>2; 1971р 1971 П; Саксеев, 1969; Пиеарчик и др. 1970П; Лазарев, 1970).

Утверждению гипотезы метасоматоза долгое время в значительной степени препятствовал тот факт, что в нормальных условиях, характеризующих приповерхностные участки земной коры, с которыми связаны все такого типа месторождения серы, осуществление процессов сульфат-редукции чисто химическим путем термодинамически невозможно. В связи с этим особую роль сыграли результаты биохимических исследований и данные анализа стабильных изотопов серы и углерода* Проведенные И.В.Ивановым (1964) специальные биохимические исследования на конкретном материале месторождений серы убедительно показали, что в подземных водах этих месторождений процессы сульфатредукции происходят, и достаточно интенсивно, благодаря участию микроорганизмов.

Анализ соотношений стабильных изотопов серы и углерода в серно--кальцитовых рудах и вмещающих их сульфатно-карбонатных породах показал относительное обогащение первых легкими изотопами этих элементов на всех крупнейших экзогенных серных месторождениях мира (Thode a. ors, 1954 , Lones a. ors,4956; Feety, Kulp, -1957; ZCotoivskl, 4960; Виноградов и др. 1961, 1964; Dessau , Iensen, NakaL, -f 962) Гриненко и др. Î967j Drtnenko, 1967 ; Галимоб,Î36ô; Мамчур, 1970 и др.). Фракционирование изотопов серы с обогащением ее в рудах легким изотопом S32 рассматривается всеми исследователями как определенный показатель участия в процессах сульфатредукции микроорганизмов. Одновременное обогащение "остаточных" сульфатов кальция тяжелый изотопом серы подтверждает, что сульфатредукция осуществляется за счет сульфатов кальция исходных пород. Изотопный состав углерода вторичного тарагенного сере кальцита руд, облегченный но сравнению с углеродом седиментационных карбонатов вмещающих пород и близкий органи-

ческому углероду нефти (или природного газа), говорит о генетической связи вторичного кальцита с углеводородами нефти и о том, что последние служили источником энергии при осуществлении микроорганизмами сульфатредукции» В сумме эти данные указывают на биохимический путь осуществления процессов сульфатредукции, подтверждают возможность их прохождения в близповерхностных условиях за счет ангидритов вмещающих пород непосредственно на месте отложения серы и кальцита.

Теория сингенеза, эпигенетическая в варианте А.С.Уклонского и метасоматическая последовательно находили свое преломление на Гаурдаг с ком месторождении.Подтверждению и признанию представления об эпиге-ветичности месторождения способствовало накопление и изучение фактических данных в процессе проведения здесь разведочных и эксплуатационных работ (Соколов, 1945Ф, 1949Ф, 1957Ф; Соколов, Зверев, 1946Ф; Петров, 1949-1957; Иванов с соавторами, 1956Ф; Парникель с соав�