Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Строение и закономерности формирования морских хлоридных калиеносных ассоциаций

ВАК РФ 04.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "Строение и закономерности формирования морских хлоридных калиеносных ассоциаций"

1117 Г.Ч

АКАДЕМИЯ НАУК СССР СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Институт геологии и геофизики

На правах рукописи

КОПНИН Василия Иванович

УДК 551.243+552.53+553.632

СТРОЕНИЕ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ НОРМИРОВАН® МОРСКИХ ХЛОРИДНЫХ КАЛИЕНОСНЫХ АССОЦИАЦИИ

04.00.01 - общая и региональная геология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-шшераяогических наук

НОВОСИБИРСК - 1988

Работа выполнена в Пермском политехническом институте МВСиСО РСФСР

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор В.И.Седлецкий

доктор геолого-минералогических наук И.Н.Тихвинский

доктор геолого-минералогических наук, профессор Р.А.Цынин

Оппонирующая организация - Институт геохимии и геофизики

АН БССР (г.Минск)

Защита состоится "_"_ 1989 г. в_час.

на заседании специализированного совета Д 002.50.03 при Институте геологии и геофизики СО АН СССР, в конференц-зале.

Адрес: 630090 Новосибирск-90, Университетский просп., 3.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке ИГиГ СО АН

СССР,

Автореферат разослан "_"_ 1989 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор геолого-минералогичес-

ж шук В.В.Волков

Актуальность проблемы. Эффективное выполнение Продовольственной программы, выдвинутой и одобренной ХХУ1 и ХХУП съездами КПСС, предполагает неуклонное увеличение производства калийных удобрений, единственным минеральным сырьем которых являются калийные соли. Чтобы обеспечить добычу калийных агрономических руд ежегодно на уровне 90-100 млн.т, необходимо интенсифицировать производство калийных удобрений на действующих калийных горнодобывающих предприятиях, ведущих разработку Верхнекамского, Старобинского, Калуш-Годынского и Стебникского месторождений, освоить и вовлечь в промышленную эксплуатации Непское и Карляк-ское месторождения и укрепить минерально-сырьевую базу за счет доразведки известных и открытия новых-месторочсдений калийных солей.

В свете решения этой важной народохозяйственной задачи изучение строения и закономерностей формирования месторождений калийных солей, разработка и усовершенствование теоретических основ прогнозирования их размещения в земной коре, а также горногеологических условий эксплуатации являются актуальной научной проблемой, поставленной практической рудной геологией в интересах повышения качества и эффективности геолого-промышленной оценки месторо'кдений. Это направление исследований отвечает заданию, поставленному Госкомитетом по науке и технике при СМ СССР перед-научными учреждениями.

Цели и задачи исследования. Главная цель исследований - установление основных закономерностей строения, состава и условий формирования морских хлоридных калиеносных ассоциаций. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. На основе обобщения имеющихся материалов дать обзор классификаций отложений и разработать принципы выделения хлорид-ных калиеносных ассоциаций.

2. Обобщить и систематизировать фактические данные о конкретных морских хлоридных калиеносных ассоциациях различных регионов мира, выяснить их стратиграфическое положение, состав и строение.

3. Провести сравнительное изучение морских хлоридных калиеносных ассоциаций, установить основные закономерности их строе-

ния и состава, разработать классификацию морских хлоридных калиеносных ассоциаций.

4. Детализировать физико-химические, палеогеографические и палеотектонические условия формирования морских хлорицных калиеносных ассоциаций и раскрыть условия формирования крупных месторождений калийных солей хлоридного типа.

Научная новизна и защищаемые положения. Впервые проведено обобщающее исследование морских хлоридных калиеносных ассоциаций мира, с которыми связано более 90 % общих запасов калийных солей. Разработаны теоретические основы и методика выделения разновозрастных морских хлоридных калиеносных ассоциаций как одноранговых геологических тел внутри галогенных формаций, обеспечивающих возможность проведения сравнительного геологического изучения.

На основе обобщения и систематизации фактических данных по известным калиеносным бассейнам мира устанавливается 18 морских хлоридных калиеносных ассоциаций: раннекембрийского возраста -Непская и Троицко-Михайловская, средне- и позднедевонского -Прерия-Эвапорайт, Верхнефранская и Верхнефаменская Припятского прогиба, каменноугольного - Парадокс и Игл-Велли, Кассиди-Лейк и Нова-Олинда, пермского - Верхнепечорская и Верхнекамская,триасового - Хемиссет, позднеюрского - Гаурдакская, раннемелового-Альмурадская, Конго, Маха-Саракам и Ибура, позднепалеогенового-Эльзасская и Кардона-Салина.

По особенностям распределения соляных и несоляных пород морские хлоридные калиеносные ассоциации подразделяются на 2 типа: массивные и ритмичные. Каждый тип подразделяется на два подтипа: симметричные и асимметричные. К первым относятся ассоциации, в которых мощности несоляных отложений либо равны,либо незначительно меньше мощности соляных пород, а ко вторым -такие, в которых мощности несоляных отложений или несоляных пород в ритмопачках существенно меньше мощности соляных отложений. Большинство калиеносных ассоциаций содержит один основной калийно-эвапоритовый ритм с высокой калиенасыщенностью. Доминирующая масса калийных солей сосредоточена в нижней части калиеносной .пачки основного калийно-эвапоритового ритма. Структурно-текстурные особенности сильвинитов и карналлитовых пород позволяют подразделить морские хлоридные калиеносные ассоци-

ации на два класса: ассоциации, содержащие слоистые калиеносные, и ассоциации с неслоистыми сильвинитовыми и карналлитовыми породами.

Формирование промышленных скоплений калийных солей прежде связывалось преимущественно с процессами, протекавшими в верхней гидрологической части эвапоритового процесса. Вместо гипотезы "сухого озера" введено представление о системе солеродного бассейна, в котором имеет место круговорот калийных солей в жидкой фазе "рапа - межкристальные рассолы - рапа". Эта модель калийного осадконакопления раскрывает условия завершения метамор-физации рапы, образование необходимых объемов подготовленных к садке калийных солей растворов и последовательность чередования калиеносных пород, соответствующуа порядку кристаллизации солей при испарении морской воды.

Впервые исследована динамика эвапоритового процесса методом математического моделирования и разработана модель эвапоритового бассейна с периодичным понижением водной поверхности, которая наиболее полно соответствует палеогеографическим, гидрохимическим и палеотектопическим условиям звапоритовой седиментации.

На основании проведенных исследований защищаемые научные положения можно сформулировать следующим образом:

1. Морские хлоридные калиеносные ассоциации представляет генетически единый комплекс галогенных отложений, структура которого определяется слагающими его эвапоритовыми и калийно-эва-поритовыми ритмами.

2. Во время формирования морских хлоридных калиеносных ассоциаций продуктивное калиенакопление происходило в течение образования одного какого-либо эвапоритового ритма. Рудонакопле-ние начиналось очень мощно и масштабно, после чего интенсив -ность и размеры его уменьшаются. Масштабы калиенакопления зависят от масштабов предшествующего ему соленакопления.

3. Стадийное развитие эвапоритового цикла обусловливается сменой равновесной водной системы на неравновесную при перерастании гипсородного бассейна в солеродный.

4. Калийное осаднонакоплениэ в морских солеродных бассейнах фанерозоя по физико-химическим условиям кристаллизации ка-лиесодержащих минералов осуществлялось по пути либо термофидь-

ной, либо криофильной калийной седиментация. В условиях криофильной седиментации образуются слоистые сильвиниты и карналлито-вые породы, а при термофильном калийном осадкообразовании формируются неслоистые калиеносные породы.

Практическая значимость работы состоит в применении ее выводов и методических разработок к анализу геологического строения соленосных и калиеносных бассейнов и к оценке перспектив ка-диеносности районов соленакопления. Установленные особенности строения, состава и закономерностей формирования морских хлорид-ных калиеносных ассоциаций мира составляют теоретическую базу совершенствования методики поисков и разведки месторождений калийных солей. Выделенные типы и классы морских хлоридных калиеносных ассоциаций: массивные и ритмичные, со слоистыми и неслоистыми калийными солями - дают возможность разработать целый ряд практических рекомендаций по прогнозированию горно-геологических условий и методике геологоразведочных работ на протяжений всего времени освоения месторождений калийных солей. Для каждого месторождения калийных солей хлоридного типа в процессе его промышленного освоения требуется индивидуальная методика геологического изучения в соответствии с принадлежностью его к определенному типу и классу морских хлоридных калиеносных ассоциаций.

Разработанная модель эвапоритового бассейна с периодичным понижением водной поверхности обогащает палеогеографический анализ регионов соленакопления и повышает эффективность научного прогнозирования размещения полезных ископаемых, связанных с галогенными формациями, а рассмотренный автором вопрос о формировании крупных объемов калиесолеобразующих рассолов составляет существенный элемент теории осадочного рудогенеза.

Реализация результатов работы. Результаты изучения геологического строения и вещественного состава Верхнекамского месторождения калийных солей изложены в ряде отчетов о научно-исследовательских работах и переданы производственным объединениям "Уралкалий" и "Сильвинит" для использования при разработке Верхнекамского месторождения. Так, в 1967-1968 годах проведено исследование строения, состава и точности определения мощности водозащитной толщи, результаты которого использованы при разработке "Указаний по охране рудников от затопления... 1968,1974гг."

В I969-I98I годах изучен разрез пермских отложений по шахтным стволам на СКРУ-2, СКРУ-3, ЕКРУ-3 и ЕКЗ-4. На этих материалах так-«е разработана методика стратиграфического расчленения и корреляции разрезов, используемая Соликамской ГПП, рудоуправлениями объединений "Уралкапий" и "Сильвинит". В 1970-1982 гг. автор принимал участие в геологическом обосновании возможности совместной разработки калийных солей и нефтяных залежей на территории Всрхнекамского калиеносного бассейна. Эти исследования легли в основу организации нефтегазопоисковых разведочных и добычных работ в этом районе.

Исходные материалы. Диссертация выполнена в Пермском политехническом институте. Основой для ее написания послухили ре -зультаты работ автора по этой тематике в Индерской ГРЭ, Соликамской ГРП, УФ ВНШГа, ПермНКУИ, ППИ. Основные исследования проходили на Зерхнекамском месторождении калийных солей. Значительная часть материала получена во время геологических экскурсий на калийные месторождения СССР и в районы проведения поисково-разведочных работ на калийные соли.

Для решения целого ряда проблем широко использовались опубликованные как в нашей стране, так и за рубежом материалы.

Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 83 статьях, а также отражены в 23 отчетах по госбюджет -кнм и хоздоговорным научно-исследовательским работам.

Результаты проводимых исследований докладывались на Т, П, Ы, 1У Всесоюзном солевом совещании (Новосибирск, 1974, 1979, 1968, ?остов-на-Дону, 1983), ХП Всесоюзном литологическом совещании (Новосибирск, 1981), ХХУП сессии Международного геологического конгресса (Москва,август, 1984), различных межведомственных, отраслевых и региональных: совещаниях и симпозиумах (Чернигов, 1966, Алма-Ата,1969, Львов,1971,1978, Москва,1973, 1975,1981, Саратов, 1977, Калуга,1977, Еерезкики,1976, Пермь,1981, 1982,1983,1984,1985,1987), а также на ежегодных научно-технических конференциях Пермского политехнического института.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения общим объемом 414 страницы (в том числе 23i страниц текста). Работа иллюстрирована 114 рисунками и 17 таблицами. Список литературы включает 413 наименований.

В процессе работа над диссертацией автор пользовался сове-

тами и консультациями академика АН СССР А.Л.Яншина, академика АН СССР Р.Г.Гарецкого, докторов геолого-минералогических наук М.А.Жаркова, С.М.Кореневского, В.Г.Кузнецова, О.И.Петриченко,

B.И.Сецлецкого, И.Н.Тихвинского, Д.П.Хрущова, кандидатов геолого-минералогических наук В.Н.Апполонова, Ю.В.Баталина, В.В.Бла-говидова, В.И.Еорисенкова, Т.М.Жарковой, Л.К.Вишнякова, В.З.Кис-лика, Ф.И.Ковальского, Г.А.Мерзлякова, Н.С.Петровой, В.С.Попова,

C.А.Свидзинского, Э.В.Седун, Е.Ф.Станкевича, К.В.Тиунова, В.П. 5едина, а такт.е геологов производственных организаций Н.В.Кузнецова, А.Н.Котельникова (п.о."Уралкалий"), О.В.Корочкиной, Ю.В. Мынко (п.о. "Сильвинит"), С.Ю.Квиткина и В.Н.Янина (Соликамская ГПП), Г.А.Галкина (Северная ГРЭ), которым автор глубоко благодарен.

Успешной работе над диссертацией способствовала доброжелательная обстановка и поддержка коллег по кафедре и горно-нефтяному факультету: профессоров И.В.Пахомова, Л.Ф.Дементьева, Л.В. Шаронова, О.А.Щербакова, С.А.Шихова, Ю.В.Шурубора, доцентов В.Г. Галкина, Р.А.Жарковой, В.П.Наборщикова, Р.Н.Дозорцева, Г.М.Толкачева, А.С.Флааса и кандидатов геолого-минералогических наук А.С.Зуевой и В.И.Пахомова, которым автор выражает свою признательность.

ОЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КАЛИЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И ОШТЕ ИХ КЛАССИФИКАЦИИ

Осадочные калиеносные образования морского генезиса по вещественному составу подразделяются на три генетических типа: хлоридные, хлоридно-сульфатные и сульфатные, из которых последний имеет весьма ограниченное распространение. Морские калиеносные образования установлены на всех континентах, кроме Антарктиды, и встречаются среди отложений всех систем фанерозоя, за исключением ордовикской. По запасам преобладают калийные соли хлоридного типа, на долю которых приходится более 90 ^ от общего количества калийных солей. В истории фанерозойского калийного осадконакопления преобладало формирование хлоридных калийных солей, ибо образование сульфатных калийных солей имело место только в конце венд-палеозойского и мезо-кайнозойского циклов морского эвапоритового соленакопления.

Галогенные формации и соленосные отложения классифицируются по разным принципам: стратиграфо-литолого-фациальным соотношениям ( КгитЬе1п ,1951; Жарков, Благовидов, Жаркова, Мерзляков, Яншин, 1981), ландшафтно-тектоническим особенностям древних со-леродных бассейнов (Страхов, 1962), строении и составу основных седиментационных ступеней галогенеза (Иванов, Воронова, 1972), степени завершенности циклов галогенной седиментации (Кореневс-кий, 1973, 1982), сложности внутреннего строения и сочетания пород (Иванов,1977; Кузнецов,1972; Фивег,1960,1967; Гарецкий, Кислик, Высоцкий и др., 1984), тектоническому положению и строению седиментационного бассейна (Валеев, Кореневский, 1977; Иванов, Воронов, 1972; Калинко, 1973; Седлецкий, Еайков, Бойко, 1984; Тихвинский, 1981; Фивег, 1983), вещественному составу (Иванов, Воронова, 1972; Шарков, Благовидов, Жаркова, Мерзляков, Яншин, 1981; Кореневский, 1981; Баталии, Чайкин, Станкевич, 1986, 1987; Страхов, 1962; Тихвинский, 1984; Гарецкий, Высоцкий, Кислик, Ерошина; 1984, и другие). Ни одна из имевшихся классификаций галогенных формаций, содержащих калийные соли,не может быть использована для реализации главной цели исследования - установления основных закономерностей строения, состава и условий формирования морских хлоридных калиеносных ассоциаций. Для этой цели необходимо, во-первых, определить основные принципы выделения морских хлоридных калиеносных ассоциаций и, во-вторых, классифицировать и типизировать их по составу и строению. Только при этих условиях эффективно применение метода сравнительного геологического анализа разновозрастных геологических объектов.

Цикличность морской галогенной седиментации предопределяет ритмичное строение галогенных формаций. Ритмы выделяются по взаимоотношению соляных и несоляных пород (Н.Г.Валяшко, А.А. Иванов, В.З.Кислик, В.Г.Кузнецов, Ю.И.Лупинович, В.Н.Щербина и другие). В их число включаются глинисто-карбонатные отложения, которые не явчяются полноправными членами галогенного ряда: доломит-гипс (ангидрит) - соляные породы. Это обусловило выделение весьма большого количества разнообразных ритмов. Типизация и ранжирование их не привели к положительным результатам. Поэтому изучение ритмичности калиеносных ассоциаций выполнено на основе распределения пород только галогенного ряда. Доломит,

доломит-ангидритовая порода и ангидрит образуют нижнюю часть ритма, а каменная соль - верхнюю. Несоляные породы усложняет строение эвапоритовых ритмов, но не нарушают его генетическое единство. Такой ритм получил название эвапоритового ритма. Ритмы, содержащие калиеносные породы, называются калийно-эвапоритовыми.

Морская хлоридкая калиеносная ассоциация - парагенетическая совокупность одного или нескольких эвапоритовых и к&лийно-звапо-ритовых ритмов. В вертикальном разрезе калиеносная ассоциация может охватывать либо всю, либо часть "галогенной формации. По латерали калиеносная ассоциация адекватна содержащему калийные соли соленосному литолого-фадиальному комплексу (ряду) или соле-носному типу разрезов галогенной формации. Морские хлоридные калиеносные ассоциации - это часть галогенной формации, сложенная содержащими калийные соли соленосными отложениями. Верхние и нижние границы их совпадают с горизонтами иного фациального облика, а по латерали ограничиваются зонами выклинивания соляных пород. В таком объеме калиеносная ассоциация формируется в одну фазу тектонического развития области соленакопления при неизменном тектоническом режиме в течение одного или нескольких циклов морской эвапоритовой седиментации.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХЛОРИДЩХ КАЛИЕНОСНЫХ АССОЦИАЦИЯ

На основе разработанных критериев выделения морских хлорид-ных калиеносных ассоциаций определен стратиграфический объем ассоциаций, выделены калийно-эвапоритовые ритмы и изложены необходимые сведения о калиеносности, типах разрезов и вещественном составе калийных горизонтов. Для этого использованы работы A.A. Байкова, И.В.Еритана, В.А.Вахромеевой, М.Л.Вороновой, Э.Л.Высоцкого, Г.А.Галкина, Р.Г.Гарецкого, В.В.Герасимовой, В.С.Дере-вягина, В.Н.Дубининой, М.Д.Ерошиной, М.А.Жаркова, Т.М.Жарковой, А.А.Иванова, В.З.Кислика, В.И.Копнхна, С.М.Кореневского.Г.А.Мзр-злякова, Г.М.Минко,, Я.Г.Машовича , Ю.И.Лупиновича, C.'i.OSpo-вец, Н.С.Петровой, В.С.Попова, Б.А.Протасевича, В.И.Седлецкого, Э.В.Седун, Н.М.Страхова, И.Н.Тихвинского, Ю.А.Третьякова, М.П. Фивега, А.Е.Ходькова, Х.Худайкулиева, Э.И.Чечеля, А.Л.Яншина,

Я.Я.Яржемского, ¿..'unade, J.Anderle, J.Belmonte, V.Benavides, ü.Kvans, T.uapakaset, G.Hernán, K.Grosby, H.Hite, ¡.I.Holt'.'1-, 0.Leenhardt, i'.Lotze, C.Orti, J.Peterson, Li.Pueyo, J.Rios, О.ДозоИ, P.Iluiter, P..izatHari, '.(.'.Vagпег, II.Wardlavv.

Наиболее древними ассоциациями явототся Непская иг Троицко-Михайювская, входящие в состав Восточно-Сибирского соленосного бассейна кембрийского возраста. Со средне- и верхнедевонскими отложениями связаны калиеносные ассоциации Прерия-Эвапорайт в Западно-Канадском соленосном бассейне и Верхнефранская и Верхне-фаменская ассоциации, выполнявшие Припятский прогиб. Также три калиеносные ассоциации установлены в каменноугольной системе. Это ассоциации Кассиди-Лейк в бассейне Маритайм и Парадокс в одноименном бассейне и одна, располагающаяся в Амазонском бассейне. В составе Восточно-Европейского сотеносного бассейна пермского возраста выделены две ассоциации: Верхнепечорская и Верхнекамская, приуроченные к Верхнепечерской и Соликамской впади -нам. В триасе установлена калиеносная ассоциация Хемиссет, расположенная в юго-западной части Прецрифтского соленосного бас -сейна. В Среднеазиатском соленосном бассейне выделяются ассоциации Гаурдакская поз днегорского и Альмурадская раннемелового возрастов. Кроме того, среди меловых отложений распространены ка -таеносные ассоциации: Ибура в бассейне Сержипи-Алагоас, Конго в бассейнах Южного Габона и Конго, Маха-Саракам в бассейнах Кхо-рат и Сакон-Накхон. И, наконец, палеогеновое хлоридное калиена-копление сосредоточено в Эльзасской калиеносной ассоциации Рейнского бассейна и Кардона-Салина бассейна Эбро.

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ СТРОЕНИЯ И СОСТАВА МОРСКИХ ХЛОРВДНЫХ КАЛИЕНОСНЫХ АССОЦИАЦИЙ

Сравнительный геологический анализ 18 морских хлоридных калиеносных ассоциаций позволяет отметить особенности их строения и классифицировать их по различным показателям. Данные калиеносные ассоциации автором подразделены на два типа: массивные и ритмичные. К первому типу принадлежат ассоциации, которые можно сопоставить с галогенными формациями простого строения по А.А.Иванову и моноцикличными по В.Г.Кузнецову, то есть этот тип охватывает ассоциации, в которых толщи несоляных отложений располагаются внизу, а соляных вверху. Другой тип калиеносных ассоциаций

г 9

представлен образованиями, в которых соляные и несоляные отложения не обособлены в отдельных толщи, а чередуются между собой, образуя простые и сложные ритмопачки. В каждом типе выделяются подтипы - симметричные и асимметричные - по соотношению мощностей соляных и несоляных пород. К симметричным ассоциациям относятся такие, в которых отношение мощностей толщ или горизонтов близко к 1:1. Асимметричные ассоциации характеризуются уменьшенной мощностью несоляных пород либо в нижней части ассоциации массивного типа, либо в ритмопачках ритмичных ассоциаций (табл.).

Таблица

Тип Массивные Ритмичные

Подтип симметричные асимметричные симметричные асимметричные

Калие- Кассиди-Лейк носные Верхнепечор-ассо- екая циа- Верхнекамская Конго ции Хемиссет Ибура

Гаурдакская Кардона' Альмурацская Салина

Прерия-Эвапо- Верхнефран-райт екая

Ново-Олинда

Маха-Саракам

Эльзасская

Непская

Троицко-Михай-

ловская

Верхнефамен-ская

Парадокс

Все калиеносные ассоциации являются многоритмичными образованиями. Калийные соли в 13 ассоциациях присутствуют всего в одном ритме, по два калийно-эвапоритовых ритма содержится в двух ассоциациях; три и пять калийно-эвапоритовых ритма встречаются в одной ассоциации, и только в ассоциации Пародокс насчитывается много ритмов с калийными солями; последнее требует специального изучения. Обращает внимание, что в ассоциациях с двумя и более калийно-эвапоритовыми ритмами один ритм включает основную массу калийных солей, а в других калийное осадконакоп-ление представлено либо калийной минерализацией непородообразующего ранга, либо маломощными, локально развитыми слоями. Следовательно, морские хлоридные калиеносные ассоциации независимо от их строения содержат всего один калийно-эвапоритовый ритм с высоким калиенасыщением.

Наличие одного основного калийно-эвапоритового ритма в составе калиеносных ассоциаций свидетельствует о том, что во время формирования ассоциации процесс интенсивного калийного осад-конакопления осуществлялся в течение одного эвапоритового цикла.

В другое время калиенакопление было эпизодическим и неэффективным. Из этого следует, что в эпохи цикличного галогенеза масштабное калийное осадконакопление имело одноактное действие,что является характерной чертой морского хлоридного галогенеза.

Калийно-эвапоритовые ритмы имеют сложное строение, размеры их изменяются от 4-5 до 400-435 м. Мощности ритмов не коррели-руются с размерами ассоциаций. Общая структура ритма определяется строением его верхней части, которая подразделяется на три пачки: подстилающую, калиеносную и покровную. По соотношению мощности подстилающей и калиеносной пачек калийно-эвапоритовые ритмы классифицированы на существенно галитовые, галито-калие-носные и существенно калиеносные; наиболее широко распространены два последних.

Во всех калийно-эвапоритовых ритмах сильвиниты постоянно сменяются карналлитовой породой, что подтверждает известное положение о соответствии последовательности залегания калийных солей порядку их кристаллизации при испарении метаморфизованной морской воды. Это еше раз указывает на морской источник образования калийных солей.

Как известно, для галогенных формаций характерен дефицит калийных солей по отношению к каменной соли. По данным M.А.Жаркова С197Э) масса палеозойских калийных солей в 630 раз меньше массы каменной соли. Вместе с тем, соотношение калийных солей и каменной соли в основных калийно-эвапоритовых ритмах и сравнение их с содержанием этих солей в морской воде показывает, что в составе основного калийно-эвапоритового ритма имеет место дефицит галита, то есть повышенное количество сильвина и карналлита.

Наряду с большим дефицитом каменной соли в калийно-эвапо-ритовых ритмах, в калиеносных ассоциациях наблюдается опреде -ленная зависимость между соляными отложениями. В массивных ассоциациях калиеносные зоны, как правило, находятся на верхних ее уровнях. В ассоциациях ритмичного строения калийные соли располагаются на разных уровнях, но как и в массивных ассоциациях, приурочены к верхним частям наиболее мощных соляных горизонтов. Между мощностью каменной соли, залегающей ниже калиеносной зоны вплоть до нижней границы ассоциации, и суммарной мощностью калиеносных пород прослеживается тесная зависимость, а именно: с увеличением мощности каменной соли увеличивается мошность калий-

II

ных солей. Следовательно, масштабы калийного осадкообразования зависят от масштабов предшествующего ему соленакопления.

Калиеносные зоны обладают еше и другими особенностями строения. По размерам, количеству, распределению и строению калийных горизонтов они весьма разнообразны, то есть каждая из них по своему строению индивидуальна и неповторима. Но вместе с тем, в одних калиеносных зонах калийные горизонты разделяются чистой каменной солью, а в других - промежуточная каменная соль содержит калийные минералы в форме вкраплений и тонких линзовидных прослоек. Это позволяет выделять калиеносные зоны с прерывным и непрерывным типами распредепения калийной минерализации.

Сравнение площадей распространения катайных горизонтов между собой подтверждает представления об уменьшении площади выше-запегаюшего калийного горизонта относительно площади нижезалега-юшего (Иванов, Воронова, 1975). В одних калиеносных ассоциациях каждый вышезалегагащий горизонт располагается в пределах контура нижележащего Шепская, Верхнефаменская, Эльзасская), а в других оцин-два калийных горизонта могут перекрывать площади нижних или смещаться относительно границ последних (Верхнефранская, Верхнекамская, Прерия-Эвапорайт, Гаурцакская).

Явление закономерного уменьшения интенсивности калийного осадкообразования во время формирования калиеносных зон более показательно аргументируется распределением массы калийных солей в пересчете на количество хлористого калия. Диаграмма этой массы имеет грушеобразную форму. Наибольшая масса хлористого калия сосредоточена в первом снизу калийном горизонте, имеюшем максимальную площадь развития. Чаще всего это второй снизу горизонт. Например, запасы хлористого калия двух нижних калийных горизонтов составляют в Верхнекамской ассоциации 36 на Кар-люкском месторождении 43 Непском - 65 ^ от обших его запасов. Подобный характер распределения массы хлористого калия в морских хлоридных калиеносных ассоциациях свидетельствует о мощном и масштабном калиенакоплении на ранней стадии его развития, а■ затем интенсивность и масштабы его заметно уменьшаются с отдельными небольшими всплесками продуктивности.

Минеральный состав морских хлоридных калиеносных ассоциаций относительно простой. По набору калиесодержащих минералов они принадлежат к галит-сильвин-карналлитовому и галит-сильвин-карналлит-тахгидритовому семействам (Жарков и др., 1981). Верх-

нефранская, Нова-Олинда, Альмурадская ассоциации относятся к си^ьвиновому, Непская, Троицко-Михайловская, Верхнефаменская, Прерия-Эвапорайт, Парадокс, Верхнекамская, Верхнепечорская, Га-урдакская, Эльзасская и Кардона-Салина - сильвин-карналлитовому, Хемиссет-сильвин-карналлит-риннеитовому подсемейству калит-силь-вин-карналлитовому семейства, а Конго, Маха-Саракам и Ибура-силь-вин-карналлит-тахгидритовому подсемейству, галит-сильвин-карн&ч-лит-тахгидритовому семейству.

Понятия "сильвинит" и "карначлитовая порода" являются рудными терминами, означающими минеральные образования с содержанием полезного компонента (хлористого калия или хлористого магния) в количестве не менее 5-15 Этому условию отвечают галит-сильвиновая, сильвин-галитовая, галит-карналлитовая, галит-кар-наллит-сильвиновая, а также сильвиновая и карналлитовая породы (Атлас галогенных пород, 1974, Жаркова, 1981, Иванов, Воронова, . 1972, Яржемский, 1966, 1967 и др.). Из перечисленных пород слагаются отдельные наборы и слои, но чаще всего последние формируются в самых разнообразных сочетаниях с каменной солью (галито-вой породой). Это обстоятельство обусловливает интеграционную сущность терминов "сильвинит", "сильвинит-карналлитовая","кар-наллит-сильвинитовая" и "карналлитовая" породы. Несмотря на простой минеральный состав калиеносных ассоциаций хлоридного типа, петрографический состав калийных солей сложен и разнообразен. Так, в Верхнефаменской ассоциации выделено 16 петрографических разновидностей сильвинитов, классифицируемых на сильвиниты "ста-робинского" и "петриковского" типов (Н.С.Петрова, Э.В.Седун), на Верхнекамском месторождении 4 типоморфных разновидности минерала сильвина (В.И.Копнин, Н.Е.Молоштанова), на Непском-2 (Л.К. Семейкина и В.Н.Козлова).

По текстурно-структурным свойствам калиеносные породы морских хлоридных калиеносных ассоциаций подразделяются автором на слоистые и неслоистые (массивные). Классификационным критерием служит соляной набор, который представляет наиболее мелкое породное сочетание в калийном горизонте (М.А.Жарков, Т.Маркова, 1969). Продуктивные наборы слоистых калиеносных пород имеют сезонную слоистость, образованную разными породами: галитовой,га-лит-сильвиновой, сильвкновой, галит-карналлитовой, карналлито-вой и другими. Например, красные и полосчатые сильвиниты Верхне-

камской ассоциации, красноцветные сильвиниты "старобинского" типа Верхнефаменской, сильвиниты и карналлитовая порода Эльзасской к других. Продуктивные соляные наборы неслоистых калиеносных пород сложены одной породой: галит-сильвиновой, сильвин-галитовой, галит-карналлитовой и■другими; сезонная слоистость отсутствует. Такие породы распространены в Непской, Прерия-Эвапорайт, Гаур -дакской ассоциациях и др.

Принципиальное отличие рассматриваемых типоморфных разновидностей пород состоит в том, что в соляном наборе в одном случае галит и калиесодержащий минерал залегают раздельно в виде полос, а в другом - образуют относительно однородную массу. Другим важным отличием является структура пород. В слоистых сильвинитах преобладает мелко-среднезернистая структура, а в неслоистых -средне-крупнозернистая до гигантозернистой. Форма зерен также различается: в первых она от неправильной изометричной до уплощенной, а во вторых - от неправильной изометричной до близкой к идиоморфной.

Типоморфные разновидности калийных солей в калиеносных ассоциациях встречаются автономно. Как правило, в ассоциации развит какой-либо один вид сильвинитов и карналлитовой породы или один вид доминирует над другим. Последний случай наблюдается в Верхнекамской ассоциации, в которой пестрые сильвиниты являются метасоматитами по карналлитовой породе (А.А.Иванов), и в Непском калиеносном бассейне, где розовые слоистые сильвиниты слагают маломощный'горизонт в верхней части калиеносной зоны. Слоистые породы приурочены исключительно к калиеносным зонам с прерывной, а неслоистые - к зонам с непрерывной калийной минерализацией.

Наличие структурно-морфологических видов сильвинитов и карналлитовой породы, избирательное их сонахождение друг с другом и строгая приуроченность к калиеносным зонам с определенным распределением в них калийной минерализации позволяют подразделить морские хлоридные калиеносные ассоциации на ассоциации, сложенные слоистыми калиеносными породами, и ассоциации, в которых развиты неслоистые сильвиниты и карналлитовьге породы. К первому классу ассоциаций относятся Верхнефранская, северная зона Верхнефаменской, Нова-Олинда, Кассиди-Лейк, Парадокс и Игл-Велли, Верхнекамская, Альмурадская, Ибура, Кардона-Салина и Эльзасская. Ассоциации Непская, Троицко-Михайловская, Прерия-Эвапорайт, цен-

тральная зона Верхнефэменской, Верхнепечорская, Хемиссет, Гаур-„ дакская, Конго, Маха-Саракам составляют другой класс.

Вышеизложенные особенности строения морских хлоридных кали- • еносных ассоциаций и закономерности калийного осадконакопления в совокупности указывают на сложные взаимоотношения калиеносных отложений и вмещающей их ассоциации. Зависимость масштабов калийного осадкообразования от масштабов предшествующего ему соле-накопления и порядок чередования калийных солей в ассоциациях, соответствующий последовательности выпадения калийных солей при испарении метаморфизованной морской воды, указывают на условия эвапоритовой седиментации в морских солеродных бассейнах. Вместе с тем, отсутствие связи между строением и составом калиеносных зон и строением калиеносных ассоциаций, приуроченность продуктивного калиенакопления к одному калийно-эвапоритовому ритму, избыток калийных солей в последнем по отношению к количеству га-лита позволяет заключить, что формирование крупных месторождений калийных солей хлоридного типа является .аномальным "лавинообразным" осадкообразовательнкм процессом в нормальном ряду эва-поритовой седиментации. Формирование завершенных галогенных ритмов (циклов) как результат эволюционного (нормального) развития морского галогенного осадконакопления не приводит к масштабному калийному рудогенезу.

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МОРСКИХ ХЛОРВДНЫХ КАЛИЕНОСНЫХ АССОЦИАЦИЙ

До настоящего времени проблема геолого-геохимических условий развития морского хлоридного галогенеза остается во многом дискуссионной. Как известно (М.Г.Валяшко, М.АЛарков, A.A.Иванов,М.С.КореневскиЙ, О.И.Петриченко, В.Й.Седлецкий,Н.М.Страхоэ, И.Н.Тихвинский, М.П.Фивег, А.Л.Яншин и др.),аридная обстановка разрешает галогенез.конседиментационные тектонические движения определяют строение и объемы галогенных отложений,а водно-ссля-ной баланс эвапоритовой системы - вещественный состав продуктов галогенеза. По всеч этим вопросам имеются разночтения и противо-речквньге высказывания. 3 первую очередь, следует выделить такие кардинальные дискуссионные вопросы, как геологические условия реализации стадийности галогенеза и пути формирования достаточ-

ного слоя подготовленной к садке калийных солей рапы. Решение первого вопроса неразрывно связано с представлениями о характере перехода подготовительной в солсродную стадию, глубинах эва-поритового бассейна на обеих стадиях и водообмене в системе "море - эвапоритовый бассейн". Что касается второго вопроса, то изложенные выше особенности строения калиеносных ассоциаций и полученный вывод о масштабном калиенакоплении, как усложняющем нормальную эвапоритовую седиментацию процессе, обусловливают необходимость оценки распределения калия в системе солеродного бассейна. Вместе с тем, установленные типоморфньге разновидности калийных солей позволяют уточнить физико-химические условия калийного осадконакопления. Все перечисленные вопросы рассматриваются в работе.

Исследование условий соленакопления методом математического моделирования. Применены два способа расчета материального баланса водносоляной четырехкомпонентной системы с общим хлор-ионом: решение уравнения баланса с применением ЭВМ (Копнин,1977) и вычисление с помощью диаграмм состояния растворимости. Уравнение поцчосоляного баланса:

Uf J*1

Q. - масса раствора в конце акта, Р£ - массы компонентов: _ CaCOg, CaS04, WaCI, М§>$04, MqCIg, KCl, CaC^ ;/Ya3z , HgO в начале акта; h - масса испарившейся воды; - масса образующегося осадка CaCOg, CaS04, WaCI, ~ массы компонентов в исходном растворе, вводимом в систему после каждой рас-четооперации, те же, что и Р^ ; массы компонентов, имитируших метаморфизуюшие агенты: Са(НСОд), твердая фаза, Н20

Сущность расчета состоит в том, что из исходного раствора вычитается масса воды, испарившаяся за один испарительный период, и по реальным коэффициентам рассчитывается масса образующегося осадка. Затем в систему вводится новая порция исходного раствора в объеме, равном количеству испарившейся воды, и вычисляется состав получаемого раствора. Концентрация солей в растворе после каждой расчетооперации "испарение-выпадение осадка-долив" увеличивается, то есть моделируется эвапоритовый процесс. Моделирова-

ние процессов эвапоритового цикла показа ю, что прогрессирующее развитие морского эвапоритового бассейна с закрытой равновесной гидрологической системой протекает только в течение подготови -тегьной стадии. Продолжение поступательного развития гаогекеза может быть в том сучае, ее-и система "море - эвапоритовый бассейн" становится нер?вновесной и приток навык порций морской во- ■ ды составляет менее 0,8 от величины испарения. Следовательно, граница гипсородной и солеродной стадий отражает не простое количественное изменение концентрации рапы при постоянном объеме, а характеризует скачкообразное изменение масс и объемов в со неродном бассейне.

Другим важным выводом, вытекающим из моделирования калийного осадкообразования (Копнин,1971,1977), является тезис о том, что в ззапоритовых системах, питающихся растворами с нормальным соотношением солей, формируются осадки с калиепроявлением минералогического типа. Калийные со^и в достаточно больших количествах и высокого качества образуются из растворов с повышенным содержанием хлористого калия по отношению к морской воде нормального состава. Обогащение рапы хлористым калием и хлористым магнием происходит вследствие выпадения в осадок хлористого натрия. Такая модель калиенакопления в природных условиях может реализоваться на таких участках солеродкого бассейна, куда поступает уже обогащенная калийными солями рапа.

Модель эвапоритового бассейна с периодичным понижением водной поверхности. Достоверность любой модели эвапоритового бассейна тесно зависит от степени раскрытия геологических условий реализации стадийности галогенеза. К числу последних необходимо отнести соотношение темпоз осадконакопления и тектонических движений. А.Л.Яншин, Р.Г.Гарецкий, М.А.Жарков обосновали положение о заполнении соляными отложениями некомпенсированного прогиба. При этом исходят из предпосылки о постоянстве темпа тектонического прогибания в течение всего времени формирования галогенной формации. Наши расчеты (Когтнин, 1970) глубины некомпенсированного прогиба в раннеиренское время и величины избыточного осадконакопления в период формирования Верхнекамсяой калиеносной ассоциации подтверждают положение о постоянстве тектонического прогибания в эпохи галогенеза.

Из предпосылки о постоянстве тектонического стиля консед'.ь

ментационных движений во времени и разной интенсивности осадко-накопления в эпохи гатогенеза в условиях действия закона компен-сиру-ошей седиментации выведено 4 динамических типа формирования галогенных формаций (Копнин, 1981): равномерно-, ритмично-, объемно- и нало'кеннокомпенсационный, из , которых морским хлоридным калиеносным ассоциациям свойственны только два: ритмичные калиеносные ассоциации формируются по ритмичнокомпенсационному и массивные1- по объемнокомпенсационному динамическим типам.

Реконструкцией глубины древних звапоритовых бассейнов занимались М.Г.Вачяшко, Л.Делвиг, М.А.Йарков, А.Л.Иванов, В.З.Кислик, В.Л.Ковачевич, С.М.Кореневский, А.И.Кудряиов, Р.Кэн, Ф.Лотце, Ю.И.Лулинович, О.И.Петриченко, В.И.Седлецкий, Н.М.Страхов, Г. Рихтер-:'ернбург, А.Л.Яншин и многие другие. Они 'применяли различные методы, но ни по одному из них невозможно определить однозначно величину столба жидкости в эвапоритовом бассейне на со-леродной стадии. На основании критического анализа применения методов определения глубины звапоритовых бассейнов в работе обоснован вывод о том, что глубины звапоритовых бассейнов на разных стадиях их развития могут быть разными: на подготовительной стадии как мелководными, так и глубоководными, а на солеродной -только мелководными.

Цикл галогенеза состоит из двух стадий: подготовительной и солеродной. Особенность его динамики, как явствует из результатов моделирования условий соленакопления, изложенных выше, состоит не в постепенном превращении подготовительного бассейна в солеродный в ходе постулатечьного прогрессирующего осолонения воды, а в изменении типа системы "питающий водоем - эвапорито-вый бассейн", ее превращении из равновесной системы с обшей непрерывной водной поверхностью в неравновесную, в которой водная поверхность разорвана, и последняя забегает на разных гипсометрических отметках. Переход с гипсородной стадии в солеродную сопровождается понижением уровня воды относительно уровня питающего водоема. Если на гипсородной стадии бассейн был глубоководным, то на солеродной он становится обязательно мелководным.

Модель эвапоритового бассейна с периодичным понижением водной поверхности была впервые разработана автором (Копнин,1966, 1970,1973) применительно к условиям формирования Верхнекамской калиеносной ассоциации. Она применена И.С.Чумаковым (1971) и К.Я.

Хся ( Hsa , 1973) для анализа.условий накопления верхнемиоценовых соленосных отложений на территории Средиземного моря и использована Р.Майером (1981) при оценке глубины раннецехштейново-го солеродного бассейна.

Массивные и ритмичные калиеносные ассоциации обладают неоднородным строением: образование несоляных горизонтов, как прави- ' ло, связано с подготовительной стадией галогенеза, а горизонтов солей - с солеродной. История формирования калиеносных ассоциаций состоит из чередования и смены подготовительных и солеродных стадий развития эвапоритового бассейна. Следовательно, водная поверхность эвапоритовых бассейнов периодически понижалась, что вызывало изменение его глубины и переход с одной стадии развития в другую. Именно такой механизм развития эвапоритового бассейна объясняет резкую смену в разрезе глубоководных и мелководных фаций и наоборот создает весьма сложные сочетания галогенных пород ' в эвапоритовых формациях.

По условиям водообмена и составу галогенных осадков разработана классификация эвапоритовых бассейнов, согласно которой все эвапоритовые системы можно подразделить на гидрологически открытые (I), к которым относятся внутренние моря и промежуточные бассейны архипелагового, барьерного и проливного типов, гидрологически полуоткрытые (Па), в которых подготовительный бассейн является карбонатородным, а тупиковый - гипсородным, гидрологически полузакрытые (П°), в которых подготовительный бассейн- гипсородный, а тупиковый - солеродный, и, наконец, гидрологически закрытые (Ш), состоящие из одного или нескольких тупиковых солеродных бассейнов (Копнин, 1985), В основу предлагаемой классификации эвапоритовых бассейнов положены данные моделирования условий соленакопления. Она подтверждается палеогеографическими . данными по регионам соленакопления (М.А.ЗКарков, 1979, А .А.Иванов, 1972, М.С.Кореневский,1965, В.И.Седлецкий,1969,1977, Н.М. Страхов,1962, И.Н.Тихвинский,1985, М.П.Фивег,1983).

Распределение калия в системе солеродного бассейна. Солеродный бассейн - это закрытая гидрологическая система, в которую поступает морская вода разной степени сгущения» Отсутствие какого-либо выноса солей из солеродного бассейна обратно в питающий водоем позволяет оценку распределения минеральных компонентов выполнить путем сравнения состава морских калиеносных ассоциаций

с содержанием солей в морской воде.Установлено, что в калиеносных ассоциациях в макро- и микроформах содержится только 10-30 ^ KCl от общего его количества, которое можно ожидать по объему галита (Копнин, 1987). Хлористый калий в системе солеродного бассейна (на примере пласта КрП Верхнекамской ассоциации) распределяется следующим образом: в твердую фазу переходит 30 обратный вынос в питающий водоем составляет не более 10 эахороняется с межкристальными рассолами 25 ^ и 35 уходит за пределы ассоциации. Следовательно, больше половины калия, поступающего в соле -родный бассейн с морскими водами, распределяется в жидкой фазе осадков. В дальнейшем калийные соли из захороненных рассотов частично возвращаются в рапу солеродного бассейна. Это вытекает из следующего. В пласте Кр.П каменная соль присутствует в двух видах: перистой (60 t) и зернистой (40 Я). Так как перистая соль образуется в испарительные сезоны, а зернистая - продукт высаливания, то одновременно с массой хлористого натрия, необходимого для образования перистой каменной соли, в бассейн поступило всего 3 t хлористого калия от общего его количества в пласте. Поэтому логично полагать, что 97 - KCl, содержащегося в пласте Кр. II, связаны с межкристальными рассолами. Качий не выводился из системы солеродного бассейна, а при определенных условиях возвращался обратно в наддонную рапу и продолжал участвовать в калийной седиментации (рис Л).

Доказательством того, что рассолы испарения, образующиеся в поверхностном слое рапы солеродного бассейна, проникают вниз в соляные осадки, может служить идентичность состава внутрисо-ляных *(микровключенной рапы), внутриформационных (суфлярных скоплений рассолов) и подсоляных рассолов, установленных в областях соленакопления: в нижнекембрийском соленосном бассейне Во- . сточной Сибири, в Припятском, Предуральском и Предкарпатском прогибах (Бельтюков,1970, Валяшко,Власова,1985, Поливанова,1977, Петриченко,1982).

Другим аргументом круговорота рассолов "рапа - рассолы испарения - межкристальные рассолы - рапа" является распределение брома в подстилающей каменной соли, содержание которого в интервале 200-300 м практически не меняется и лишь резко возрастает в маломощной (15-50 м) пачке каменной соли, залегающей в основании калийных горизонтов. Это свидетельствует о том, что значи-

А йп^ощис ¿р*>с(м

С <2гк!-»"

|00000|0П000

г' + ' ♦ [♦ ' ¿м-и« * 1 +■ I | + 4-

I

Г Т Т Т

- 4 + , $ -а 1—и— + -(- +

+ « "с. +

та

Шз 04 са? Шб Ш7

Рип. I. Принципиальная схема системы содеродного бассейна. Стадии: Х- галитонакопления, Л - калийнонакопления. 7- рапа (Р); 2,3 - новосадка;2 - галит, л - сильвинит;4 - старосадка - подстилающая соль; 5- испарение; 6,7- рассолы: 6 - испарения (РИ) ? — межкристальные'(М). Массы: цПр - сгущенных морских вод; - испарения; 115 - концентрация, а - удельный вес рассолов

4 Ы ф И ф

О О О

А0 О £>

Бдс > втз

т0

Бдс = 8тз тАс = т0

ШШ1 02 СЮз

Рис. 2. Схема калийной седиментации:/- термофильная (0_- биминеральный: активный рост кристаллов на дне) и Л - криофильная (0 - мономинеральный; пассивный рост кристаллов на дне) седиментации. Г~ галит;2 - сильвинит; 3 - гравитационное движение рапы.5 - концентрация рапы, /7?-масса кристаллов. ¿^-„Деятельный слой, ТЗ - транзитная зона, 0 - осадок

тельная часть соляных толщ формировалась при относительно низких концентрациях рапы. По-видимому, во время галитонакопления рассолы испарения, как более тяжелые, погружались через новосадку в поровое пространство каменносоняных осадков. Их отвод из рапы препятствовал росту ее концентрации, обеспечивал стабилизацию концентрации рапы на одном уровне, и, как следствие, содержание брома в новосадке практически не изменялось. Этот процесс захоронения высококонцентрированных рассолов испарения продолжался до тех пор, пока концентрация рассолов испарения и межкристальных не выравнивалась во всей толще подстилающей каменной соли. Только после этого создавались условия для роста концентрации рапы в солеродном бассейне и садки калийных солей.

В условиях циркуляции и круговорота рассолов в системе рапного солеродного водоема образуются крупные объемы подготовленных к садке калийных солей рассолов. Дренаж подготовленных рассолов обусловливает образование калийных горизонтов, размеры которых определяются масштабами дренируемых межзерновых рассолов. Этот путь аккумуляции калийных солей в межзерновой рапе и их возвращение в наддонную рапу единственный, который может объяснить образование весьма крупных залежей калийных солей.

Физико-химические условияг типы и бассейны калийной седиментации хлоридного типа. Источником образования эвапоритовых отложений служит морская вода, химический тип которой сульфатный. Согласно теории морского галогенеза (Валяшко,1962, Жарков, 1979,1984, Иванов,1953, Кореневский,1965,1985, Рыковсков,1932, Страхов,1962, Тихвинский,1974,1985, Фивег,1966,1983, Яншин,1977, 1980 и другие), возникновение калийных месторождений хлоридного типа связано с мегаморфизацией морской воды в процессе ее сгущения и насыщения калийными солями. Основные изменения состава морской воды, заключающиеся в ее обессульфачивании , обогащении хлоридом кальция и потере магния, происходит в две стадии: на первой либо имеет место только частичная метаморфизация морской воды в подготовительных или промежуточных гипсородных бассейнах, либо метаморфизация ее завершается полным удалением сульфат-иона; на второй, наряду с глубоким обессульфачиванием морской воды, идет процесс накопления в растворе хлористого кальция.

Исследование химического состава жидких включений в галите Верхнекамской и Верхнефаменской калиеносных ассоциаций под-

тверждают положение о стадийности метаморфизации рапы (Петриченко,1982, Ковалевич, Московский, Копнин,1985). Например, в Соликамском солеродном бассейне содержание сульфат-иона в рапе во время формирования нижних горизонтов соляной толщи достигало 5,1 г/л, что свидетельствует о частичной метаморфизации рапы перед поступлением ее в бассейн. Полная метаморфизация рапы и превращение ее в хлоридную происходило уже в самом солеродном бассейне во время второй стадии метаморфизации, ибо жидкие включения в галите из зоны калийных солей совершенно не содержат сульфат-иона.

Хлоридный тип растворов в солеродных бассейнах подразделяется на хлормагниевый (первая степень метаморфизации) и хлор-кальциевый (вторая степень метаморфизации) подтипы (Петриченко, 1982). Калиеносные ассоциации массивного типа формируются в бассейнах с рапой хлормагниевого подтипа, а ритмичные с глинисто-карбонатными несоляными породами в бассейнах с рапой хлоркальци-евого подтипа.

Первичный сильвин относится к группе криофильных минералов (Валяшко,1962, Борхерт,1953). Однако, Д'Анс и Р.Кюн предполагают, что садка сильвина возможна как при охлаждении, так и при испарении.А.С.Колосов и А.К.Пустыльников (1981) обращают внимание на возможность образования сильвина в условиях испарения при относительно высоких температурах (40-50°). О.И.Петриченко (1982) по микровключениям рапы в кристаллах галита из калийных горизонтов определяет температуру садки калийных солей - 60-70°. Поэтому сильвин следует считать не только криофильным минералом, но и термофильным. Это же, по-видимому, относится и к карналлиту.

Продукты кристаллизации солей при испарении и вымораживании различаются по морфологическим и гранулометрическим характеристикам. Термофильные минералы более крупные, с более полной кристаллографической формой, чем зерна криофильных минералов. При испарении возможна одновременная садка двух и более солей из сложных растворов, тогда как при вымораживании осаждается преимущественно одна соль. Сопоставление данных по физико-химическим условиям кристаллизации калийных солей с типоморфными разновидностями калиеносных пород показывает, что сильвин и карналлит в калиеносных ассоциациях со слоистыми и неслоистыми

калийными солями кристаллизуются в разных физико-химических условиях: первые - при охлаждении, вторые - при испарении рапы. Следовательно, формирование калиеносных отложений осуществля -лось в обстановке либо термофильного, либо криофильного минера-лообразования, что дало основание сформулировать .положение о двух типах калийной седиментации: термофильной и криофятьной (рис.2). Это положение раскрывает разнообразие текстурно-структурных свойств капиеносных пород и условий их образования.

Эвапоритовые бассейны по ландшафто-тектоническому принципу Н.М.Страхов (1962) подразделил на пять типов, из которых морские калиеносные ассоциации формируются в трех: крупных заливах закрытого'типа, краевых частях зпиконтинентальных морей и внут-риконтинентальных морских водоемах. Реализация типа каттийной седиментации зависит от палеогеографической обстановки и, главным образом, от влияния вод поверхностного, стока. Поэтому в дополнение к вышеприведенной ландшафтно-тектонической классификации эвапоритовых бассейнов бассейны калийной седиментации по типу калийного осадкообразования подразделяются на два класса: бассейны термофильного и бассейны криофильного калиенакопления.

Бассейнами криофильного калиенакопления являются седимен-тационные бассейны, в которых формировались Верхнефранская, Но-ва-Олинда, Кассиди-Лейк, Верхнекамская, Альмурадская, Кардона-Салина, Ибура и Эльзасская ассоциации. Они относятся к классу ассоциаций со слоистыми калийными сотями и прерывным распределением капийной минерализации в калиеносных зонах. В палеогеографическом плане бассейны криофильной калийной седиментации с одной"или двух сторон примыкали к областям суши.

По типу термофильного калийного осадконакопления происходило образование калийных солей в Троицко-Михайловской, Непс-кой, Преприя-Эвапорайт, Верхнепечорской, Хемиссет, Гаурдакской, Конго, Маха-Саракам ассоциациях класса неслоистых калийных солей и непрерывного распределения калийной минерализации в калиеносных зонах. Палеогеографическая обстановка бассейнов термофильного калийного осадконакопления характеризовалась положе -нием их либо внутри обширного солеродного бассейна (Непский, Кхорат, Сакон-Накхон и другие), либо в краевой части крупных солеродных бассейнов (Среднеазиатский в гаурдакское время, Западно-Канадский во время формирования формации Прерия-Эвапо -

райт, Хемиссет и другие).

Зерхнефаменский Припятский солеродный бассейн распадается fia северную и центральную зоны осадконакопления. 3 северной зоне имело место криофильное калиенакопление (Старобинское месторождение), а в центральной - термофильное (Петриковское месторождение) .

О роли конседиментационной тектоники в калийном, осадкона-коплении. В связи с тем, что соотношение площадей калиенаконле-ния и соленякопления значительно изменяется ч что масштабный и "лавинообразный" характер калийного осадкообразования предполагает дренаж больших масс обогащенных калийными солями межкристальных рассолов, з работе в развитие концепции о связи калие-накопления с конседиментацнонными тектоническими прогибаниями (М.Г.Валяшко, М.А.Нарков, А.А.Иванов, Н.М.Страхов, И.Н.Тихвинский, В.И.Седяецкий, М.П.Фиьег, А.Л.Яншин и др.) рассматриваются условия палеотектонического развития Соликамского, Непского, Среднеазиатского и Припятского соленоскьгх бассейнов.

Обязательное кснседиментационное погружение участков соле-родных бассейнов во время калийного осадконакопления следует рассматривать как синхронное осадконакопления прогибание участка бассейна, так и наличие существовавшего к началу образования калийных солей некомпенсированного прогиба, ибо все соляные горизонты формировались по типу избыточного осадконакопления. последнее обстоятельство является причиной того, что между строением калиеносных зон и конседиментационной тектоникой отсутствуют какие-либо зависимости, за исключением только мощности или интенсивности ка-ийного осадкообразования.

Но значение тектоники не ограничивается. Елэково-глы-бовые движения и связанные с ними внутрикоровые разломы, миграция областей максимальных прогибаний и поднятие краевых зон га-литонакопления выше уровня дна солеродного бассейна обусловли -вали условия разгрузки межкристальных рассолов. Именно сочетание этих факторов в некомпенсированных прогибах в эпохи солсна-копления и разрешало, и обеспечивало мощное и масштабное калийное осадконакопление.

Источник палеотектонического развития Соликамского бассейна позволяет отметить еше один из факторов, способствующий дренажу межкристальных рассолов в деятельный солеобразующий слой

рапы. Наличие угловых несогласий в основании основного калийно-эвапортового ритма Верхнекамской ассоциации указывает на проявление складкообразовательных движений, предшествующих калиена-коплению. Кондиагенетическое складкообразование (Копнин,1982, 1983) путем перекомпоновки соляных масс в мелких складках течения приводило к отжатию межкристальных рассолов, то есть выступало одним из факторов, обуславливающим литификацию соляных отложений.

Зависимость калийного осадконакопления от конседиментацион-ной соляной тектоники (галокинеза) в работе показана на примере Верхнефаменской ассоциации, за время формирования которой некоторые соляные структуры сформировались более чем на 50 * (Р.Г. Гарецкий, В.З.Кислик, Э.И.Высоцкий и др., 1984). Дренаж межкристальных рассолов из горизонтов, приподнятых конседиментацион-ными галокинетическими движениями выше поверхности осадков, объясняет такие особенности строения ассоциации, как рассеивание калийных горизонтов по разрезу, их невыдержанность, весьма изменчивую мощность и рассредоточенность по площади.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе обобшен многолетний опыт изучения автором калийных месторождений и содержащих их звапоритовых формаций. Наи -более детально и всесторонне изучено Взрхнекамское калийное месторождение, исследование которого автором проводилось в течение почти 30 лет. Основные выводы по работе сводятся к следующему.

Разработаны теоретические основы и методика выделения разновозрастных морских хлоридных калиеносных ассоциаций как генетически единых комплексов галогенных отложений, структура которых определяется слагающими их эвапоритовыми и калийно-эвапори-товыми ритмами. Расчленение ассоциаций на ритмы основано только на анализе распределения профилирующих горных пород, какими для галогенных формаций являются породы нормального эвапорито-вого ритма. Выделенные па этим принципам'ассоциации являются одноранговыми геологическими телами внутри галогенных формаций.

Так как они представляют собой основную часть ("ядра") соленос-ных формаций, то закономерности строения и условия формирования калиеносных ассоциаций составляют существенную часть теории морского галогенеза.

Анализ строения морских хлоридных калиеносных ассоциаций на всех уровнях от породного до формационного позволил автору провести типизацию строения ассоциаций, калиеносных зон, калийно-эвапоритовых ритмов и калиеносных пород, а исследование распределения полезного компонента в калиеносной ассоциации сделать вывод, что масштабный продуктивный калийный рудогенез во время формирования ассоциации (формации) представлял собой кратковременное одноактное действие в масштабе эпохи галогенеза. При этом установлено, что масштабы калиенакопления связаны с маштабами предшествующего ему соленакопления. Выпадение больших масс полезного компонента в начальные периоды калийного осадкообразования характерная черта калийного рудогенеза.

Выявлены основные палеотектонические и палеографические условия эвапоритовой седиментации в эвапоритовых бассейнах, питавшихся морской водой. Было исследовано развитие эвапоритовой системы в условиях неравновесного водного баланса путем математического моделирования с помощью ЭВМ. Выявлены динамические типы формирования калиеносных ассоциаций. Дана оценка г чубины эвапоритовых бассейнов и показано, что солеродные водоемы являются мелководными. В итоге обоснована модель эвапоритового бассейна с периодическим понижением водной поверхности, которая раскрывает формирование сложных галогенных формаций. Изложенные сведения о падеотектонических и палеогеографических условиях формирования калиеносных ассоциаций обогащают палеогеографический анализ регионов соленакопления и повышают достоверность научного прогнозирования размещения полезных ископаемых, связанных с галогенными формациями.

Установленные особенности строения калиеносных ассоциа -ций хлоридного типа и закономерности калийного осадконакопления позволили раскрыть палеотектонические, палеогеографические и геохимические условия формирования месторождений калийных солей. Аномальный характер калийной седиментации обусловлен тем, что

достаточный для мошного и масштабного калийного осадкообразования слой рапы в солеродном бассейне формируется в результате дренажа подготовленных к садке калийных солей межкристальных рассолов из подстилающих соляных осадков. В солеродных бассейнах имеет место круговорот рассолов: "рапа - рассолы испарения -межкристальные рассолы - рапа", который обеспечивает выравнивание концентрации жидкой фазы во всей системе солеродного бассейна и создает благоприятные условия для мощного и масштабного калийного осадкообразования. Только этот путь аккумуляции калийных солей а межзерновых рассолах и их возвращение в наддонную рапу является единственным, который может объяснить образование весьма крупных залежей калийных солей и зависимость масштабов галитового и калийного осадконакопления.

Типоморфные разновидности калийных солей и закономерности их размещения в калиеносных зонах позволили автору обосновать положение о двух физико-химических типах калийного осадконакопления: криофильной и термофильной калийной седиментации. В соответствии с физико-химическим типом калийной седиментации калийные солеродные бассейны подразделены ча бассейны криофильного и бассейны термофильного калийного осадкообразования. Это не только расширяет палеогеографический анализ, но и позволяет прогнозировать вещественный состав калийных солей и их технологические свойства на ранних стадиях изучения месторождений калийных солей.

Роль конседиментационной тектоники в калийном осадконакоп-лении как фактора, обусловливающего поступление больших масс подготовленных к садке калийных солей рассолов, остается определяющей, ибо формирование некомпенсированного прогиба, блоко-во-глыбовые движения и связанные с ними внутрикоровые разломы, конседиментациокная соляная тектоника типа галокинеза, мигра -ция областей максимального прогибания, поднятие краевых зон со-ленакопления и образование кондигенетической складчатости в совокупности обеспечивают поднятие нелитифицированных соляных масс выше дна солеродного бассейна и возможность дренажа межкристальных рассолов. Тектонические движения контролируют интенсивность и масштабы калийной седиментации, но не ее последовательность и вещественный состав.

Изложенные закономерности строения и формирования морских хлоридных калиеносных ассоциаций позволяют обосновать следующие рекомендации по поискам, разведке и геологическому обеспечению месторождений калийных солей хлоридного типа.

- Наличие морских хлоридных калиеносных ассоциаций практически во всех системах фанерозоя и почти на всех континентах мира свидетельствует о возможности открытия калиеносных отложений среди соленосных формаций любого геологического возраста, включая ордовичские и силурские галогенные образования. Все морские соленосные формации с горизонтами каменной соли более 250-300 м могут рассматриваться как потенциально калиеносные.

- Перспективные на калийные соли площади располагаются либо в центральных частях соленосных бассейнов простого тектонического строения, либо в периферических зонах соленосных бассей -нов, которые в палеогеографическом отношении подобны тупиковым бассейнам, а в палеотектоническом - представляют участки, вовлеченные в прогибания на заключительных стадиях эпохи соленакоп-ления,либо в центральных и периферических частях бассейна, испытывавших направленное смещение зоны максимального тектонического прогибания во время формирования соленосной формации.

- Поиски залежей калийных солей в соленосных формациях следует ориентировать на I) верхние горизонты соленосных формаций массивного строения, 2) наиболее крупные по мощности горизонты каменной соли в формациях ритмичного строения, не осложненных соляной тектоникой, 3) все уровни распространения горизонтов каменной соли в формациях ритмичного строения, формирование которых осложнялось конседиментационной соляной тектоникой.

- Наличие горизонтов каменной соли с проявлением калийной минерализации в форме вкрапленников, отдельных прослойков и слойков, т.е. комплекса пород завершенных циклов галогенной седиментации, не является свидетельством возможности размещения промышленной минерализации на данном стратиграфическом уровне. Такие калийно-эвапоритовые ритмы, расположенные в верхних частях соленосных формаций, указывают на возможность обнаружения залежей калийных солей на более глубоких уровнях соленосных отложений.

- Методика геологоразведочных работ и геолого-экономическая оценка месторождения калийных солей хлоридного типа должна ст-

роиться с учетом типизации морских хлоридных калиеносных ассоциаций на типы и классы, которые предопределяют индивидуальный подход к их изучению. Необходимость специализации методов изучения, их очередности и комплексирования подчеркивается тем обстоятельством, что такие горно-геологические и горно-технические условия разработки, как совокупность рабочих пластов и их параметры, качественный состав и технологические свойства руд, строение и состав водозащитной соляной толщи над рабочими горизонтами, существенно различаются между собой на месторождениях калийных солей одного типа, подтипа или класса калиеносных ассоциаций .

- При выборе и обосновании способа разработки месторождений калийных солей подземным выщелачиванием важную роль будут играть типоморфные разности калиеносных пород. Интенсивность и эффективность процесса выщелачивания слоистых и неслоистых сильвинитов, безусловно, будет существенно различна, и возможно, что слоистые сильвиниты могут оказаться мало пригодными к разработке этим способом.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Копнин В.И. О соленосности пород верхнего кунгура в районе Верхнекамского месторождения солей // Докл. АН СССР,1962, т.144, № 5, с.1123-1125.

2. Копнин В.И. О площадном распределении хлористого калия в сильвинитовых пластах Верхнекамского месторождения // Докл.1 АН СССР, 1963, т.149, № 2, с.416-419.

3. Копнин В.И. О генезисе некоторых структур на Верхнекамском месторождении солей // Докл. АН СССР, 1963, т.151, № 4, с.915-918.

4. Копнин В.И. О распределении постоянных компонентов в соляных отложениях Верхнекамского месторождения // Геохимия, 1966, № 6, с.715-725.

5. Копнин В.И. Об объемных соотношениях жидких и твердых фаз при образовании соляных отложений // Геол. и геофиз. -1964, с.32-37.

6. Копнин В.И. Изменчивость слоистости каменной соли как поисковый признак калиеносности // Геол. Урала и Приуралья: Тр.

Перм.политех.ин-та, № 48. - Пермь, 1969, с.54-62.

7. Копнин В.И. О методике палеотектотческого анализа солености толщ на примере Верхнекамской галогенной формации // Геолого-геофиз. методы поисков и разведки нефт.месторож. в Перм. Прикамье. - Пермь: Перм.книж.из-во, 1970, с.82-91.

8. Копнин В.И. Условия седиментации кунгурских соленосных отложений в Соликамской впадине Предуральского прогиба // Нижне-Пермскиэ отлож. Камск.Предуралья. - Пермь: Пермск.книж.из-во, 1973, с .221-238.

9. Копнин В.И., Зуева A.C. К вопросу корреляции иренских отложений Соликамской впадины // Нижнепермские отложения: Тез. докл.совещ. - Пермь, 1974, с.50-52.

10. Копнин В.И., Коротаев М.А. Изучение слоистости и петрографического состава солей в южной части Верхнекамского месторождения // Геол.месторож. калий.солей и изменчив, их свойств: Тр.ВНИИГалургии, вып.71. - JI., 1974, с.15-18.

11. Копнин В.И. Исследование условий соленакопления методами моделирования // Пробл. соленакоп. - т.1. - Новосибирск: Наука, 1977, с.159-170.

12. Копнин В.И., Зуева A.C. О значении переходного типа разрезов для изучения палеогеографических условий осадконакоп-ления в иренское время на территории Соликамской впадины // Пробл.соленакоп. - Т.П. - Новосибирск: Наука, 1977, с.128-134.

13. Копнин В.И. О глубинах солеродных бассейнов фанерозоя и методах их определения // Изв. ВУЗов: Геолог, и разведка. -1978, № 7, с.3-9.

Г4. Копнин В,И. Геологическое строение Верхнекамского месторождения // Технолог.схемы механиз. очистной выемки калийн. пластов Верхнекам.месторож.: Тр. УФ ВНИИГалургии. - Пермь,1973," с.6-16.

15. Копнин В.И., Кухарчук А.К. Строение сильвинитового пласта Красный П на Верхнекамском месторождении калийных солей // Строение залежей бшл офита и калийн. солей. - Новосибирск: Наука, 1980, с.32-44.

16. Копнин В.И., Молоштанова В.Е. К вопросу о минеральном составе сильвинитовых руд Верхнекамского месторождения // Особен, строения залежей бишофита и калийных солей. - Новосибирск: Наука, 1980, с.45-47.

17. Копнин В.И., Коротаев М.А. Стратификация соляной толщи Верхнекамского месторождения калийных солей // Строение и условия формиров. месторож. калийных солей. - Новосибирск: Наука, 1981, с.ТЭ-94.

18. Копнин В.И. Динамические типы формирования галогенных формаций // Основ.пробл. соленакоп. - Новосибирск: Наука, 1981, с.38-45.

19. Копнин В.И. Диагенетические процессы в галогенеэе // Эволюц. осадоч.процесса на континентах и океанах: Тез. докл. Всес. литол. совещ., Новосибирск, II—13 нояб., 1981. - Новосибирск, 1981, с.120-121.

20. Толкачев Г.М., Зуева A.C., Копнин В.И., Дозорцев Р.Н. Опыт изучения нефтегаэоносности калиеносных бассейнов // Сов, геология. - 1981, W 2, с.45-48.

21. Копнин В.И. Кондиагенетические складки течения на месторождениях калийных солей // Егалл.МОИП, отд.геол. - 1982,№ 2, с.49-59.

22. Копнин В.И. Линейные структуры соляных пород и условия их образования // Геол. и геофиз. - 1982, № 10, с:44-50.

23. Копнин В.И. Этапы и условия складкообразования на Верхнекамском месторождении калийных солей // Геотектоника. -1983, № б, с.46-59.

24. Копнин В.И. Взаимоотношение фациальных и формационных элементов в галогенеэе // Литолого-фациальные особен.осадкона-копления в эвапоритовых басс.: Сборник науч.тр. - Новосибирск, 1983,. с.8-10.

25. Зуева A.C., Толкачев Г.М., Копнин В.И., Никулин A.B., Рыбаков В.Н. Новые данные о нефтегаэоносности подсолевых отложений территории Верхнекамского месторождения калийных солей // Геол. нефти и газа. - 1982, № 3, с.18-21.

26. Копнин В.И. Деформации в соляной тектонике и их происхождение // 27 Междунар. геол. конгресс, Москва, 4-14 августа 1984: тез., т.З, секция 0,6 и 0,7. - M.; 1984, с.262-263.

'27. Копнин В.И. Основные особенности диагенетических процессов в галогенном литогенезе // Обстановки осадконакоп. и их эволюция. - M.: 1984, с.209-214.

28. Копнин В.И. Гидрологические системы эвапоритовых бассейнов и их пространственные взаимоотношения // Общие вопросы

галогенеза. - M.: Г985, с.36-48.

29. Ковалевич В.M., Московский Г.Н., Копнин В.К. Химический состав para нижнепермских солеродных бассейнов Восточно-Европейского региона // Литолого-фациал. и геохим. пробл. солена-коп. - М.: Наука, 1985, с.203-211.

30. Копнин В.И. Строение калиеносных ассоциаций и условия морского хлоридного калиенасыщения // Осадочные формации и обстановки их образования. - Новосибирск: Наука, 1987, с.44-69.

31. Копнин В.И. Условия морского хлоридного калийного осадконакопления // Проблемы морского и континентального галогенеза. Тез.докл. 1У Всесоюзного солевого совещания. - Новосибирск, 1988, с.82-83.

32. Копнин В.И. Закономерности строения морских калиеносных ассоциаций хлоридного типа // Проблемы морского и континентального осадконакопления. Тез.докл. 1У Всесоюз. солевого со-вещ. - Новосибирск, 1988, г я^-Д^

Подписано в печать 12.12.88. ЛБ 02159. формат 60х841/Г6. Объем 2 п.л. Тираж 100. Заказ 366. Бесплатно.

Ротапринт Пермского политехнического института