Все научные статьи
Гончаров А.Б. Кварцево-карбонатно-углеродистые флюидизиты восточного Донбасса
Научная статья
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ
941
Кварцево-карбонатно-углеродистые флюидизиты
восточного Донбасса
Гончаров А. Б. (goncharov@geo.rsu.ru ) Ростовский государственный университет
Как известно, на территории Восточного Донбасса широко распространены породы образованные или преобразованные под действием флюидов различных составов. Наиболее широко представлены жилы кварцевого, карбонатного и кварц-карбонатного состава, а также, разнообразные метасоматически измененные породы. Для удобства рассмотрения вопросов, связанных с данными проявлениями, видится целесообразным использование термина флюидизиты, предложенного В. Н. Труфановым и П. Ф. Иванкиным [1, 2].
Нами были изучены кварц-углерод-карбонатные флюидизиты Белокалитвенского углепромышленного района Восточного Донбасса.
В целом, флюидизиты условно можно разделить на светлоокрашенные, существенно карбонатные и кварц-карбонатные, и темноокрашенные, существенно углеродистые. Цвет флюидизитов определяется их составом и условиями генезиса.
Незначительное содержание органики или ее полное отсутствие в светлоокрашенных разностях позволяет предположить, что их формирование происходило в условиях окислительной среды с преобладающим действием водных и водно-углеводородных флюидов. В структурно-тектоническом плане они приурочены к малым разрывным нарушениям и системам трещин как субмеридианального, так и субширотного простирания, образованным на заключительных стадиях формирования Донецкого бассейна и в периоды последующих тектонических активизаций.
Светлоокрашенные флюидизиты карбонатного состава слагают жилы и прожилки, распространенные, преимущественно, в известняках и песчаниках карбонового возраста. Это зернистые агрегаты или друзовидные кристаллические образования белого, желтоватого, светло-бурого цвета. Среди карбонатов, слагающих жильные тела, преобладают кальцит и арагонит. Кальцит имеет блочно-мозаичное строение кристаллов и большое количество минеральных флюидных включений. Арагониты отмечаются нескольких разновидностей - от белых сахаровидных до типичных мраморных ониксов медово-желтого цвета с полосчатыми текстурами и концентрической зональностью. Часто карбонаты образуют природные параге-незисы с кварцем, флюоритом, сульфидами железа и меди, глинистыми минералами.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 942 В каменноугольных породах Донбасса, также, широко распространены светлоокрашенные флюидизиты кварц-карбонатного состава. Они наблюдаются в виде прожилков и жил в угольных пластах и во вмещающих породах разнообразного состава. Их мощность обычно составляет 3-5 см, иногда она может достигать первых десятков сантиметров. В кварц-карбонатной массе часто в небольшом количестве содержатся чешуйки углефициро-ванного материала. Тонкие прожилки выполнены волокнами арагонита и агрегатами сросшихся удлиненных зерен кварца, расположенных перпендикулярно зальбандам. В более мощных жилах кварц, нередко, хорошо раскристаллизован и имеет кристаллографическую огранку. В жилах данного типа отмечается полисульфидное оруденение. Наиболее значительное содержание рудных минералов отмечается в образцах из углевмещающих пород района шахты Садкинская-Восточная № 1. В данных образцах отмечены пирит, халькопирит, марказит, галенит и сфалерит.
Второй группой изученных флюидизитов, являются темноокрашенные образования. Формирование данного типа флюидизитов происходило на этапе заложения и начальных этапах развития авлакогена, в условиях действия мантийных магматогенно-флюидных систем, связанных с внедрением магм основного состава с повышенной щелочностью. В данных
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 943 К данному типу флюидизитов следует отнести высокоуглеродисто-кремнистые образования и углеродисто-кремнистые тектониты.
Формирование высокоуглеродисто-кремнистых образований происходило на глубинах порядка 2 - 3 км среди углеродистых терригенных формаций. Они приурочены, как правило, к крупным долгоживущим глубинным разломам и слагают либо быстро выклинивающиеся по простиранию массивные линзы и уплощенные тела, залегающие согласно с вмещающими терригенными породами, либо обломки разной величины, входящие в состав высокоуглеродистых тектонитов.
Внешне высокоуглеродисто-кремнистые флюидизиты - от темно-серых до черных, очень крепкие и вязкие, трудно раскалывающиеся. Излом неровный, часто плоскораковистый. Нередко, даже в одном блоке, отмечается различное содержание углерода в разных его частях, что выражается в изменении интенсивности черного цвета.
Под микроскопом они имеют тонкозернистую микроструктуру. Размер зерен около 0,05 - 0,1 мм. Отмечаемое различие содержания углерода при обычном визуальном наблюдении прослеживается и в шлифе. Типично чередование более науглероженных крупнозернистых и слабоуглеродистых тонкозернистых участков, образующих нередко флюидальные рисунки.
Высокоуглеродисто-кремнистые флюидизиты примерно на 85 - 88 % состоят из кремнезема. Как правило, он представлен криптокристаллическим кварцем, который облекают чешуйки углеродистого вещества (около 4-5 %). Около 1 - 2 % составляют кристаллики кварца размером до 1 - 1,5 мм. Магнитная сепарация протолочек флюидизитов данного типа показала, что примерно 3 - 4 % составляют зерна магнетита. Размер зерен от 0,2 до 0,8 мм. Около 5 - 8 % приходится на долю сульфидов, представленных, в основном, пиритом. Часто он образует кристаллы правильной кубической формы. Размер их колеблется от сотых долей миллиметров до нескольких сантиметров. Как правило, в скоплениях сульфидов прослеживаются текстуры флюидального течения с четко выделяемыми фронтами отложения (фото 1, 2). Неорганическое происхождение скоплений сульфидов доказывает выявление в изучаемых образцах пяти зон флюидодинамики, соответствующих пяти стадиям формирования бестрещинных жил, образующихся в проницаемых породах, экспериментально доказанных
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 944 По данным спектрального полуколичественного анализа, в образцах, отобранных в породных отвалах в районе города Новошахтинска (шахты Соколовская, Западная Капитальная), наблюдается повышенное содержание титана, циркония, свинца, цинка, бериллия, лития.
Весьма близкими к высокоуглеродисто-кремнистым образованиям, описанным выше, по условиям образования, составу флюидов, минеральному и химическому составу самих пород, являются идиты. Их образование происходило при раскристаллизации далеко перемещенного метаново-углеродисто-кремнистого флюида, проникавшего по восстанию структур в относительно холодные породы низкой ступени метаморфизма. Кремнекислота рас-кристаллизовывалась в условиях, оптимальных для выпадения углерода, что приводило к одновременному его отложению в количестве до 4 %. С быстрым остыванием связана стек-лоподобная структура лидитов. Растрескивание, происходившее при остывании, сопровождалось окислительной инверсией остаточных растворов, что вызывало образование кварцевых прожилков.
Породы от темно-серых до черных, иногда с тонкими (первые миллиметры) кварцевыми прожилками, массивные, часто достаточно хрупкие, с раковистым изломом.
Под микроскопом лидиты выглядят как биминеральные кварц-углеродистые образования с преобладанием микрофельзитовой структуры. Среди криптокристаллического кварца (~ 93 - 95 %) находится рассеянное углеродистое вещество (~ 3 - 4 %). Слабоуглеродистые кварцевые прожилки сложены более зернистыми разностями. По составу и микроскопическим особенностям описываемые породы близки к лидитам Карелии [5].
Углеродисто-кремнистые тектониты (флюидизит-брекчии) продукты флюидиза-ции углеродистых осадочных пород, состоящие из обломков этих пород и обломков высокоуглеродисто-кремнистых флюидизитов, сцементированных кварц-углеродистым цементом. Их образование происходило на глубинах около 1 - 2 км на участках, приуроченных к зонам активизации глубинных долгоживущих разломов. Часто образования данного типа имеют форму инъекционных тел и закономерно размещаются в тектонических структурах инверсионного типа. В зависимости от состава образующего флюида изменяется и цвет породы. Под воздействием метановых флюидов образуются темноокрашенные разности, а, в случае воздействия углекислотно-водных в окислительных условиях происходит генезис светлоокра-
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 945 Этот процесс в целом протекал в режиме преобладания восстановленных флюидов и потому сопровождался кристаллизацией углистого вещества совместно с кремнеземом. В периоды растрескивания окислительный потенциал среды повышался, происходило окисление углерода и кристаллизация жильного кварца. Для флюидизит-брекчий характерна сульфидная минерализация. Во многих образцах отмечаются желваки и конкреции, их обломки, скопления и отдельные зерна пирита. Размер некоторых желваков достигает 8-10 см.
Под микроскопом цемент флюидизит-брекчий преимущественно кварцевого и халцедонового состава с тонко рассеянным углеродистым веществом. В кремнистом цементе гра-нобластовой микроструктуры в небольших количествах заключены зерна других минералов. Среди них зерна кварца размером 0,3 - 0,8 мм л 1 %, сфена л 1 - 2 %, единичные кристаллики циркона, апатита и чешуйки мусковита.
Для разных описываемых образцов характерно большое постоянство химического состава. Кремнезем составляет 78 - 90 %, глинозем - 2 - 10 %, железо 1 - 5 %. Достаточно высоко в исследуемых образцах содержание титана (в десятки раз выше фонового значения). Такой химический состав хорошо коррелируется с минеральным составом углеродистых флюидизит-брекчий.
Одним из продуктов регионально проявившегося процесса углеводородной флюиди-зации, как на описываемой площади, так и во всем Восточном Донбассе, являются угли высоких степеней метаморфизма. Они всегда приурочены к зонам интенсивной тектонической подвижности и проницаемости земной коры. Данные критерии обуславливали возможность активного поступления глубинных (мантийных и внутрикоровых) флюидов, привносивших углерод, титан, медь, ртуть, свинец, цинк и другие элементы в угли и углевмещающие породы с одновременной их аргиллизацией, окварцеванием и карбонатизацией. Одновременно с этим происходило перераспределение и вынос таких элементов, как железо, кальций, натрий. Учитывая многоэтапность формирования авлакогена логично предположить, что угли и углевмещающие породы Донбасса могли подвергаться неоднократной флюидизации при разных РТ-параметрах.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 946 Формирование основной массы высокометаморфизованных каменных углей и антрацитов связано со II этапом образования угольного бассейна, который по времени совпадал с периодом основных складчатых и разрывных дислокации. Боковое сжатие прогиба привело к продольным подвижкам по глубинным разломам, вызывавшим дисгармоничное смятие толщ и приразломное рассланцевание пород, включая послойные дислокации самих углей.
От описанной выше II стадии, и связанных с ней процессов флюидизации и преобразования углей, качественно отличаются те процессы, которые обусловлены воздействием на угли более поздних флюидных потоков при температурах ниже 200 - 250С и давлениях менее 1200 бар. Они приводят не к образованию более упорядоченных антраксолит-графитовых простых веществ, а, наоборот, к возникновению более сложных углеводородов и возникновению новых микроструктур.
Новообразованиями при регрессивной флюидизации являются различные промежуточные формы между антраксолит-керитом и нефтебитумами, а также смолоподобные и жидкие углеводороды, тонкодисперсно распределяющиеся в массе угля. Углеводородные вещества битумного ряда отмечаются, как правило, в углях средних частей угольного ряда, сформированных в температурном интервале, свойственном условиям синтеза жидких углеводородов. Поэтому правомерно предположить, что подобные угли, если не полностью, то в какой-то своей значительной части являются продуктами наложения регрессивной флюидизации на угли разных типов.
Проведенные исследования показали, что изучение флюидизитов имеет не только теоретическое, но и прикладное значение, так как некоторые из них могут найти практическое применение.
Как светло-, так и темноокрашенные разности пригодны для использования в строительстве. Наиболее массивные могут применятся в качестве строительного камня. Некоторые флюидизированные образования отвечают требованиям, предъявляемым к облицовочным камням.
Высокая прочность и химическая инертность темноокрашенных флюидизитов дает возможность использования их, как кислотоупорное сырьё. Они пригодны для изготовления
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 947 Окварцованные массивные тонкозернистые разности, благодаря особенностям их структуры и химической стабильности могут использоваться в качестве пробирного камня. Испытания, проведенные в Донской государственной инспекции пробирного надзора, показали, что кварц-углеродистые флюидизиты отвечают необходимым требованиям и не уступают другим природным и синтетическим материалам.
Многие исследованные образцы обладают прекрасными декоративными качествами, что позволяет использовать их в качестве нетрадиционного камнесамоцветного сырья. Черные высокоуглеродистые окварцованные разности хорошо обрабатываются и полируются, напоминая по внешнему виду высококачественные черные ониксы. Белые и медовые мраморные ониксы Поцелуевского карьера могут использоваться для изготовления предметов декоративно-прикладного назначения и вставок в ювелирных изделиях (фото 3, 4). Нередко, при флюидизации, происходило обогащение пород сульфидами. Приполированные образцы с хорошо раскристаллизованным пиритом могут использоваться в качестве поделочного камня (фото 1).
В дополнение к вышесказанному, флюидизиты могут рассматриваться, так же, как дополнительный поисковый признак для обнаружения участков повышенной метаноносно-сти углей и углевмещающих пород, и для выявления зон повышенной выбросоопасности при добыче угля.
Дальнейшее изучение минерального состава, геологической позиции и свойств кварц-углерод-карбонатных флюидизитов позволит уточнить вопросы их генезиса и определить пути их практического применения.
Список литературы.
- Иванкин П.Ф., Труфанов В.Н. Об углеводородной флюидизации ископаемых углей. Докл. АН СССР, т. 292, № 5, 1987.
- Иванкин П. Ф., Назарова Н. И. Методика изучения рудоносных структур в рудоносных толщах. М., Недра, 1988.
- Поспелов Г. Л., Каушанская П. И. Стадии развития и типы бестрещинного жилооб-разования. Геол. и геофиз., 1962, № 9.
- Поспелов Г. Л., Каушанская П. И. Сорбционные и хроматографические процессы при рудообразовании. Коллоид, ж., 1963, № 2.
- Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования. Под ред. Шлямина А. Н. Петрозаводск, Карелия, 1975.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИ
948
Фото 1,2. Скопление пирита со следами флюидалыюго течения в высокоуглсродистыч фл ю иди з игах.
Электронный журнал ИССЛЕДОВАНО В РОССИИаа 949
w
I
"
Х
Фото 3, 4, Белые и медовые мраморные ониксы.
Все научные статьи