Скляров Е.В. (ред.) Интерпретация геохимических данных

Подождите немного. Документ загружается.

100

Иитерпрет

ация

геохимических

данных

группы

анорогенных

гранитов —

анортозиты/рапакиви

(AR)

щелочные граниты кольцевых комплексов

(RQ-

Согласно методу

С.

Агвала

[84] разделение на группы происходит последовательно.

Вначале разделяются

орогенные

анорогенные

граниты, а затем

орогенные

соответственно разделяются на LO и РО, а

анороген-

ные на AR и RC. В каждой из трех обозначенных пар (орогенные-

анорогенные,

LO~PO,

AR-RQ

упоминающиеся первыми

(оро-

генные, LO, AR) будем обозначать буквой

вторые, соответ-

ственно, буквой

Основное уравнение для разделения типов

гра-

нитов в пределах пар выглядит следующим образом: R = (D-

С.)/

/(Л/.

— С), где

— дискриминантное множество,

А/.

— среднее

множество группы Л С — дискретное значение,

1, 2, 3 со-

ответственно для пары

орогенные—анорогенные,

LO—PO,

AR—RC.

Если величина R имеет положительное значение, то анализируе-

мую породу можно отнести к типу

противоположном

случае —

к типу Q. Для расчетов используют следующие значения: ороген-

нные-анорогенные

£>,

= (0,929241 •

2,570311

• MgO +

1,246346

-Na

1,266569

•

К,О

- 11,75422),

}

(-0,4898),

С,

= 0,2915;

LO-PO

= (-0,889609 •

А1

+ 0,777671 •

2,03159-Na

1,787924-^0

- 5,102003),

Л/

(-1,2974),

С,

(-0,2317);

AR-RC -

= (-2,820296 • MgO + 1,980987 •

-"6,561133),

Л/

(-1,1354),

(-0,0516).

Содержания оксидов в

массовых процентах.

Пример. Имеется порода состава

(Si0

= 74,39,

ТЮ

0,19,

А1

12,45,

0,68, MgO

0,24, CaO = 0,96,

3,21,

K,O

5,46), геодинамическая природа которой неизвестна. Вна-

чале определим, к орогенному или анорогенному типу она отно-

сится. Рассчитаем величину

}

= (0,929241 • 0,68 -

2,570311

• 0,24 + 1,246346 - 3,21 +

1,266569-5,46

- 11,75422) = -0,82297;

используя величины

А/,

С,,

рассчитаем величину

R =

(-0,82297

0,2915)/(~0,4898

- 0,2915)

1,4264.

Величина R имеет положительное значение, поэтому данную по-

роду можно отнести к типу

орогенных.

Следующим шагом

будет

расчет отнесения породы к группе LO или РО. Рассчитаем величи-

ну

(-0,889609-12,45

0,777671-0,68

2,03159-3,21

1,787924-5,46

- 5,102003) = 0,63465

2. Использование

геохимических

данных при изучении магматических пород 1

затем величину

(0,63465 + 0,2317)/<-1,2974 + 0,2317) = -0,81294.

Полученная величина имеет отрицательное значение, поэтому

исследуемый гранит можно считать образованным в постороген-

ных

условиях.

Резюмируя рассмотренные в главе вопросы, выделим основ-

ные области приложения геохимических данных при изучении

магматических

комплексов и процессов. Использование геохими-

ческих данных позволяет решать следующие задачи:

1. Классификация магматических пород. На основании соотно-

шения главных или примесных элементов можно классифициро-

вать интрузивные или вулканические группы пород в целом (ди-

аграмма

—

SiO

)

или отдельные группы пород (гра-

нитоиды,

вулканиты основного состава). Среди гранитоидов наи-

более часто выделяются граниты А

(анорогенный

или щелочной),

/(изверженный),

S(осадочный)

(мантийный) типов, харак-

теризующиеся различными геохимическими особенностями и

внедряющиеся в разных геодинамических обстановках.

Базальтои-

ды

обычно классифицируются на

толеитовые,

субщелочные, из-

вестко

во

-щелочные и щелочные.

Выделение,

магматических серий. Наиболее часто выделяют-

ся толеитовая,

из

вест

ко

во-щелочная

и щелочная серии, каждая

из которых характеризуется собственной геохимической специ-

фикой. Магматические серии включают породы широкого спект-

ра составов от кислого до основного.

Изучение

особенностей

эволюции магматических пород. Для

наглядного отображения изменения состава породных серий в

результате разных процессов наиболее часто используются бива-

риантные

вариационные диаграммы и

мультиэлементные

диаг-

раммы.

4. Определение геодинамических

обстановок

формирования

маг-

^тическ,их

пород. Особенности распределения

петрогенных

эле-

ментов

и элементов-примесей в некоторых группах пород

(базаль-

°иды,

гранитоиды)

позволяют выделять геодинамические обста-

новки

их формирования. Для этого используется целый спектр

•Дойных

и тройных диаграмм, охарактеризованных выше.

Глава 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ

ДАННЫХ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

•

Осадочные породы представляют собой самые распростра-

ненные образования в современном эрозионном срезе материко-

вой суши и на дне морей и океанов, поэтому геологическое

кар-

тирование и исследование любого района не могут обойтись без

их наблюдения и изучения. Они интересны еще и тем, что в них

запечатлена летопись геологического прошлого. Им свойственны

многочисленные признаки, по которым возможна реконструк-

ция: морфологии

палеобассейнов

седиментации вместе с давно

эродированной сушей; особенности

палеоклимата

палеотекто-

нического режима эволюции изученной территории; наличие или

отсутствие вулканизма в непосредственной близости либо вдали

от области седиментации. Также с осадочными породами прямо

или косвенно связаны своим происхождением и/или условиями

локализации более 80 % всех известных видов полезных ископае-

мых. Все упомянутое выше возможно реконструировать только при

комплексных геологических исследованиях, в том числе и с ис-

пользованием геохимических методов.

3.1.

Петрохимические генетические модули,

используемые при изучении осадочных пород

Исследования терригенных отложений на основе петрохи-

мических модулей дает возможность более точно проводить их

классификацию, восстанавливать петрогенетический характер

источников сноса, реконструировать физико-химические и гео-

динамические особенности обстановок накопления. Данная

мето-

дика исследований применима не только для обломочных и гли-

нистых отложений, но и для их аналогов, которыми, с одной

стороны являются рыхлые несцементированные осадки, а с ДрУ"

гой —

параметаморфиты

(метаморфизованные

осадочные поро-

ды). Изучение петрохимических характеристик карбонатных и

крем-

нистых

отложений на основе этих модулей неэффективно вслеД'

Использование

геохимических данных при

изучении

осадочных пород

103

твие

незначительных содержаний большинства петрогенных

ок-

сИД°

их

ограниченного набора.

Методика петрохимических исследований основана на сис-

теме петрохимических модулей, т.е. отношениях петрогенных ок-

сидов.

Модули вычисляются непосредственно по данным сили-

катного или рентгенофлуоресцентного анализов породы в массо-

вых процентах. Наибольшего успеха в изучении терригенных от-

ложений на основе петрохимических модулей достигли Я. Э. Юдо-

вич

и М. П.

Кетрис

на примере в основном осадочных серий Пе-

чорского Урала.

Остановимся более подробно на наиболее часто применяе-

мых петрохимических модулях.

3.1.1.

Гидролизатный

модуль (ГМ)

FeO)/SiO

Этот модуль применяется [80] при изучении терригенных и

глинистых отложений и дает возможность разделять породы, со-

держащие либо продукты гидролиза (каолинит, оксиды алюми-

ния, железа, марганца), либо кремнезем, т. е. чем выше значения

этого модуля, тем более сильное и глубокое выветривание пре-

терпели исходные породы источников сноса и чем меньше значе-

ние этого модуля, тем выше зрелость осадочной породы. Этот ге-

нетический модуль надо применять с большой осторожностью для

сильножелезистых

граувакк,

а также для пород с высоким содер-

жанием FeO в карбонатной и сульфидной форме. По значениям

ГМ

терригенные

и кремнистые породы классифицируются следу-

ющим образом:

< 0,10 —

силициты

(кремни,

фтаниты,

яшмы,

лидиты

и пр.),

мономиктовые

кварцевые песчаники и кварциты;

0,10—0,20

— слабоглинистые силициты (глинисто-кремнистые

сланцы),

олигомиктовые

кварцевые песчаники и алевролиты;

0,20—0,30

— глинистые силициты (кремнисто-глинистые слан-

Ubi),

мезомиктовые

полимиктовые

кварцевые песчаники и

алев-

РОЛИТЫ;

0,30—0,50

—

глинистые породы, некоторые основные

; 5) > 0,50 —

гидролизатные

глинистые породы, содер-

либо каолинит, либо свободные оксиды алюминия, желе-

за,

марганца.

104

Интерпретация геохимических данных

Использование геохимических

дпнных

при изучении осадочных пород

105

3.1.2.

Алюмокремневый

модуль (AM)

O./S/O

Этот модуль [22],

дублирующий

предыдущий, достаточно

ши-

роко применялся ранее для разделения глинистых и песчаных

пород, указывая на степень их химического выветривания, как и

гидролизатный

модуль. Однако при использовании этого модуля

не учитывалось то, что нередко типичные

гидролизатные

отложе-

ния могут быть бедны глиноземом, но обогащены железом, как,

например, некоторые железные руды. Вследствие этих причин

гид-

ролизатный модуль является более универсальным при классифи-

кации

алюмокремневых

пород. Использование этих двух модулей

совместно может дать дополнительную информацию о содержа-

нии примесей другого генезиса в породе. С одной стороны, для

этих двух модулей типична положительная корреляция. С другой

стороны, нарушение этой корреляции указывает на наличие чуж-

дых примесей в породе (например, низкие AM при высоких зна-

чениях ГМ возникают при появлении железистого вулканогенно-

го материала). По значениям AM

терригенные

и кремнистые по-

роды классифицируются следующим образом: 1) < 0,10 — квар-

цевые песчаники и кремнистые породы; 2)

0,10—0,22

— песчани-

ки; 3)

0,22—0,35

— глинистые породы; 4) > 0,35 — гидролизатные

породы, связанные с корами выветривания.

Под названием «кремневый модуль» это отношение исполь-

зуется для классификации бокситов. Все породы с модулем > 0,85

относятся к

адлитам.

Порода с модулем, равным 0,85 или близким

к нему, принадлежит к

сиаллитам.

3.1.3.

Фемический

модуль

(FM)

FeO +

MgO/SiO

Ограничением для использования этого модуля [50] являет-

ся то, что его нельзя применять для пород, содержащих доломит.

В остальных случаях он

достаточно'

удобен и наиболее применим

для разделения граувакк [83]. Раннее этот модуль вычислялся по

молекулярным количествам и обозначался F. Теперь все расчеты

ведутся в массовых процентах.

По значениям AM терригенные и кремнистые породы клас-

сифицируются следующим образом:

0,03—0,05

— кварцевые пес-

чаники и кварцевые породы; 2)

0,05—0,20

— песчаники; 3) > 0,20

— гидролизатные породы, связанные с железистыми корами вы-

ветривания и железные руды.

Следует отметить, что при разделении песчаников граувакки

тяготеют к верхнему интервалу вследствие того, что для них ха-

рактерно

достаточно большое количество темноцветных мине-

ралов, поэтому нередко в этом случае граница между песчаными

глинистыми породами бывает нечеткая.

3.1.4. Титановый модуль

(ТМ)

ТЮ

/А1

Применение модуля ТМ [42] основано на двух противопо-

ложных тенденциях поведения титана и алюминия в процессах

химического выветривания, осадкообразования и диагенеза [17].

С одной стороны при разрушении кристаллической решетки алю-

мосиликатов алюминий и титан

гидролизуются

и могут мигриро-

вать в виде коллоидных растворов и взвесей. В этом случае они

совместно обогащают глинистую составляющую коры выветрива-

ния. С другой стороны, минералы

титана,

главным образом рутил

и ильменит, принадлежат к числу весьма устойчивых минералов

и накапливаются в грубых фракциях коры выветривания, тогда

как алюминий теряется в процессе химического разложения си-

ликатных минералов. Однако не стоит забывать о том, что суще-

ствует вероятность поглощения титана губками и другими орга-

низмами и, таким образом, его повышенные значения могут от-

мечаться для кремнистых органогенных пород, например для спон-

голитов [83].

На величину ТМ влияют два фактора: содержание титана в

материале, поступившем в осадок, и степень механической сор-

тировки осадочного материала, т. е. максимальные значения ТМ

характерны

для зрелых осадочных пород, таких как хорошо от-

сортированные кварцевые песчаники, а минимальные — для ар-

гиллитов

флишевых

толщ. Вследствие этого высокие значения ТМ

будут

наблюдаться в прибрежных отложениях, а минимальные —

глубоководных.

По значениям ТМ песчаные и глинистые поро-

ДЬ[

классифицируются в зависимости от

фациальных

и климати-

ческих

условий (табл. 3.1).

ТМ используется для изучения геохимии процесса образо-

вания

бокситов; в зависимости от колебаний этой величины в

П^Уппах

пород выделяют упорядоченный и пестрый типы титано-

°го

модуля.

106

Интерпретация

геохимических

Таблица

3.1

Значения титанового модуля для

терригенных

отложений из различных

(радиальных

обстановок [17]

Глава

Использование

геохимических

данных при

изучении

осадочных пород

107

Фациапьные

обстановки

Континентальные

и лагунные

Прибрежно-морские

Пелагические (открытое море)

Климатичес-

кие условия

Аридные

Гумидные

Аридные

Гумидные

Аридные

Гумидные

Глинистые

породы

0,048

0,051

0,052

0,057

0,053

0,048

Песчаники

алевролиты

0,058

0,070

0,052

0,078

0,060

0,055

3.1.5.

Натриевый модуль

(НМ)

O/AI

Натриевый модуль также характеризует течение процессов

химического выветривания и вызревание поступающего в бассейн

седиментации осадочного материала, как ГМ и AM, т. е. характе-

ризует процесс химического выветривания, при котором разру-

шаются плагиоклазы. Этот модуль весьма эффективен при выде-

лении граувакк, где он имеет самые высокие значения. По значе-

ниям НМ

терригенные

и кремнистые породы классифицируются

следующим образом: 1) < 0,010 — только

гидролизатные

отложе-

ния; 2) 0,010-0,050 - кремнистые отложения; 3)

0,050-0,20

терригенные отложения, причем в песках выше, чем в глинах;

4) > 0,20 — только

граувакковые

песчаники.

3.1.6. Калиевый модуль (КМ)

О/А1

О,

Калиевый модуль несет в себе важную генетическую инфор-

мацию о распределении калия и алюминия среди породообразую-

щих минералов. С учетом того, что КМ для мусковита и ортоклаза

составляют соответственно 0,31 и 0,92, значения данного модуля

будут иметь следующую интерпретацию

[83]:

1) < 0,10 — преобла-

дание хлоритов при низких значениях ЩМ (щелочного модуля)

и плагиоклазов — при высоких; 2)

[0—0,30

— гидрослюды

хлорит

(±плагиоклаз);

при низком ЩМ — гидрослюды + хлорит;

3) 0,30-0,90 — гидрослюды + ортоклаз; 4) > 0,90 — либо орто-

клаз + неглиноземистые

калийсодержащие

силикаты

(например,

стильпномелан), либо при высоком ЩМ — ортоклаз + плагио-

клаз, что характерно только для аркозов.

Этот модуль используется геологами-нефтяниками при про-

гнозировании нефтегазоносных толщ. Поскольку глинистые по-

роды генерируют микронефть и газ, которые в дальнейшем отжи-

маются и локализуются в других породах, то в зависимости от

минерального

состава можно предполагать обнаружение вверх по

разрезу

либо нефти, либо газа. Считается, что в процессе диа- и

катагенеза

породы хлоритового состава (неразбухающие глины)

выделяют

газ, а с гидрослюдистыми (монтмориллонит, каоли-

нит,

вермикулит,

смектиты

и др.) (разбухающие глины) связы-

вают

нефтяные месторождения и проявления

[2].

3.1.7. Щелочной модуль (ЩМ)

O/K

Данный модуль чаще всего используется совместно с натри-

евым и калиевым, как дополнительный. Это дает возможность более

корректно оценить наличие в породе натрийсодержащих породо-

образующих минералов. Высокие значения ЩМ характерны для

пород с натровым плагиоклазом, значительным количеством слюд

и калиевых полевых шпатов.

3.1.8.

Общая нормативная щелочность или сумма

модулей (НМ + KM)

О/А1

Одна из проблем, с которой сталкиваются при изучении оса-

дочных серий, — это диагностика примеси вулканогенного мате-

риала в породе. Нередко петрографические методы исследований

не дают однозначных ответов на этот вопрос. В этом случае доста-

точно действенным оказывается модуль общей нормативной ще-

лочности. Этот модуль также называют «полевошпатовым индика-

тором»

[83].

Сущность этого модуля заключается в расчете стан-

дартной смеси гидрослюд и полевых шпатов и интерпретации от-

клонений

в ту или иную сторону. Повышенные значения данного

одуля

могут возникать в следующих случаях: при увеличении

количества

полевых шпатов в породе и присутствии

малоглинозе-

Мистых

силикатов (щелочных амфиболов, железистых гидрослюд),

в состав которых обычно входят щелочи. Как правило, высокие

значения

(НМ + КМ) характерны для пород, содержащих при-

весь

вулканогенного материала основного состава.

По значениям данного модуля терригенные и кремнистые

°Роды

классифицируются следующим образом: 1) < 0,20 — ги-

°Шелочные;

2) 0,20-0,40 — нормально-щелочные; 3) 0,40-

108

Интерпретация

геохимических

данных

Глава

Использование

геохимических

данных при

изучении

осадочных

пород

109

0,70 — повышенно-щелочные; 4)

0,70—1,00

—

высокощелочные-

5) > 1,00 — гиперщелочные.

3.1.9.

Железный модуль (ЖМ)

'е

МпО/А1

ТЮ

FeO

Этот модуль чаще всего используется вместе с

гидролизат-

ным.

Это позволяет получать более подробную информацию о

пе-

литовых

продуктах гидролиза по соотношению глиноземистых и

железистых компонентов.

По значениям ЖМ

терригенные

и кремнистые породы клас-

сифицируются следующим образом:

< 0,20 —

гипожелезистые;

0,20—0,60

— нормально-железистые; 3)

0,60—1,00

— повышенно-

железистые; 3}

1,00—3,00

— высокожелезистые; 4) > 3,00 — гипер-

железистые.

Для большинства

терригенных

пород значения этого модуля

укладываются в интервал

0,20—0,60.

Значения < 0,20 характеризу-

ют глиноземистый состав пелитов, а значения > 0,60 — железис-

тый состав пелитов. Искажения значений этого модуля могут быть

связаны с постосадочными процессами. Например, на этот пара-

метр могут значительно влиять железо или марганец, находящие-

ся в породе в сульфидной или карбонатной форме, т. е. высокие

значения ЖМ не всегда соответствуют первичной железистости

пелитового вещества, будучи связанными с эпигенетической пи-

ритизацией или с диагенетическим перераспределением железа и

марганца в карбонатах (образование конкреций).

При использовании железистого модуля не следует забывать,

что речь идет не об абсолютной, а об относительной железистос-

ти породы.

3.1.10.

Плагиоклазовый

модуль

(ПМ)

СаО +

O/K

Этот модуль [10] используется главным образом для

скры-

токристаллических

пород, в которых трудно определить преобла-

дание глинистой или

известковистой

составляющей. Низкими зна-

чениями модуля характеризуются глинистые породы, тогда как

карбонатных осадках высокие содержания СаО и низкие

оп-

ределяют высокие значения модуля.

Индекс химического выветривания (CIA)

[Alfl

/(Al

+ СаО +

0)J

•

100

[198]

Этот модуль [198] используют как показатель климата в об-

ласти размыва. Рассчитывается он, в отличие от предыдущих мо-

дулей, по молекулярным количествам

петрогенных

оксидов.

Интенсивность химического выветривания в области размыва

напрямую коррелируется с

палеоклиматом.

Для осадочных отло-

жений

гумидных

обстановок характерен вынос из полевых шпа-

тов кальция, натрия и калия, что ведет к увеличению

соотноше-

ния алюминия и щелочей в продуктах выветривания. В аридных и

гляциальных

обстановках в область аккумуляции поступает тон-

козернистый слабо переработанный материал, представленный в

основном глинистыми минералами с меньшим содержанием алю-

миния и значительным количеством неизменных или слабо из-

мененных полевых шпатов [40]. В качестве критерия для

разграни-

чения отложений, формирующихся в обстановках теплого и хо-

лодного климата, принято считать значение индекса химическо-

го выветривания, равное 70. Невыветренные породы характери-

зуются значениями CIA порядка 50, тогда как сильно выветрен-

ные разновидности сооветствуют CIA около 100.

3.2. Элементные

фациальные

индикаторы

3.2.1. Индикатор

Fe/Mn

Одним из

фациальных

индикаторов [52] для осадочных от-

ложений, в том числе и карбонатных, является отношение желе-

за и марганца (Fe/Mn). Значения этого модуля уменьшаются с

увеличением глубины и с переходом от

шельфовых

фаций к пе-

лагическим. Наиболее отчетливы различия при разделении

грау-

вакк

пассивной континентальной окраины и

граувакк

океани-

ческих островных дуг. Различия фиксируются также в глинистых

отложениях,

в меньшей степени — в карбонатных. Тенденция

Уменьшения модуля с глубиной

осадконакопления

обусловлена

Поглощением

осадочными отложениями марганца из морской

°Ды,

сильнее проявленным в глубоководных условиях.

По значениям отношения Fe/Mn осадочные породы, в том

числе

и карбонатные, классифицируются следующим образом:

< 40 — глубоководные; 2) 80 — мелководные; 3) 160 — мел-

110

Интерпретация

геохимических

данных

Использование

геохимических

данных при изучении осадочных пород

111

ководно-прибрежные

преимущественно

терригенным

источни-

ком сноса.

Расчеты значений в данном случае ведутся в массовых содер-

жаниях элементов в породе, которые необходимо пересчитывать

из оксидов при помощи коэффициентов (табл. 3.2).

•

Таблица 3.2

Коэффициенты

пересчета элементных и оксидных содержаний

мае.)

Элемент - оксид

А1-»А1

Оз

Коэффициент

1,88988

Ва-»ВаО

1,11648

Са-^СаО

1,39920

Са->СаСО

2,29726

Со-*СоО

1,27146

Сг-»Сг

1,46145

Cs^-CsO

1,06020

Fe*

-»FeO

1,28648

t—ь

~>ге

Оз

,42972

FeO->Fe

1,11135

К-»К

Li^LI

Mn—

»MnO

Mq->MgO

Na->Na

Ni->NiO

P_>.p

Rb-»Rb

Si—

>SiO2

Sr^SrO

Ti^TiO,

Zr^ZrO

,20462

2,15274

1,29128

,65789

,34787

1,27262

2,29116

,09359

2,14041

1,18259

,66806

1,35080

Оксид -

элемент

^-AI

Коэффициент

0,52913

BaO^Ba

0,89567

СаО->Са

0,71469

СаСОз^-Са

0,40044

СоО-»Со

Сг

-»Сг

0,78650

0,68425

CsOj-»Cs

0,94323

->Fe*

O3-»FeO

FeS->Fe

O-^-K

0,77731

0,69944

0,89981

0,63327

0,83013

Li;O-*Li

0,46452

MnO->Mn

0,77443

MgO^Mg

0,60317

NazO-i-Na

NiO-»Ni

Oc—

O-»Rb

0,74191

0,78578

0,43646

0,91442

SiO

^-Si

0,46720

SrO-»Sr

0,84560

TiOs-^Ti

0,59950

ZrO;>->Zr

3.2.2.

Индикатор

Ti/Zr

0,74030

При оценке дальности переноса терригенного материала ис-

пользуют отношение титана к цирконию (Ti/Zr). При длительной

транспортировке обломочной составляющей породы значения

этого модуля уменьшаются вследствие лучшей сохранности

цир-

кона в сравнении с

титансодержащими

минералами.

Повышен-

ные значения отношения Ti/Zr характеризуют пелагические гли-

ны и особенно карбонаты, что непосредственно связано с

веду-

щей ролью примеси разрушающихся базитов при образовании

терригенной

составляющей океанических осадков. Обычно при-

рнос

обломков минералов, возникающих при размыве базитов в

бассейн седиментации, проявляется также в вариации отноше-

ний Sc/Zr и Ni/Zr. В таких ситуациях присутствие продуктов подвод-

ного размыва базитов нередко контролируется находками единич-

ных зерен пироксена и моноклинного амфибола (тремолит, акти-

нолит, роговая обманка и др.) при изучении тяжелой фракции.

3.3. Диаграммы, используемые при изучении

осадочных пород

3.3.1.

Генетические диаграммы

При помощи этих диаграмм возможна более детальная клас-

сификация отложений для определенных типов пород, например

при разделении обломочных пород на песчаники и глинистые. Как

правило, для диаграмм используют основные петрогенные окси-

ды в массовых или мольных процентах. Многие из диаграмм легли

в основу генетических классификаций отдельных групп пород.

Тройная диаграмма А. Б. Ронова [53] для глинистых отложений

Данная

треугольная

(SiO,

(СаО

+ MgO + FeO

Данная треугольная диаграмма с координатами

(А1,0

ТЮ

)

\-~-.uv^

|тжф»_/

•

^i^r

i'Q.\).

~г

INa.L/

~г

(_,О.~г

п.п.п.) [53] (рис. 3.1) применяется для разделения глини-

А1

+ТЮ

СаО + MgO + FeO

SiO,

К,О

O+

+SO

п.п.п

ЗД.

Тройная диаграмма А. Б. Ронова для классификации глинистых отложений

химическому

составу

112

Интерпретация

геохимических

данных

стых

отложений из различных климатических

фациальных

зон.

Поскольку глины являются продуктами выветривания, то от типа

и физико-химических характеристик процесса и зависит минера-

логический, а следовательно, и химический состав отложений.

Удобство диаграммы заключается в том, что здесь используется

весь стандартный набор

петрогенных

оксидов и не требуется до-

полнительных пересчетов, которые приводили бы к 100

На диаграмме (рис. 3.1) показаны области основных генети-

ческих типов глинистых отложений: /— континентальные холод-

ного и умеренно холодного климатических поясов;

— то же,

влажного и жаркого климатического пояса;

III

— морские и ла-

гунные.

Классификационная

диаграмма для песчаников Ф. Петтиджона

Диаграмма с координатами

log(Na

O/K

—

log(SiO

/Al

)

используется при классификации и разграничении зрелых и не-

зрелых осадочных пород псаммитовой размерности (рис. 3.2). В ос-

нове разделения на группы заложен геохимический критерий,

отражающий содержания кварца, глинистых минералов и поле-

вых шпатов. Чем дольше составные части песчаника подвергаются

переносу и чем дальше отлагаются от источника сноса, тем боль-

ше выражена в них тенденция к обогащению кварцем по сравне-

нию с другими минералами.

Различия между незрелыми песчаниками, для каждого из ко-

торых характерно низкое отношение

Si0

/Al

применяются для

более дробной классификации пород песчаной размерности, обо-

гащенных

и обедненных щелоча-

ми. Удается выделить

лититовые

песчаники, для которых характер-

но присутствие в породе глинис-

тых минералов, обогащенных

алюминием и обедненных щело-

чами. Исключение составляют

лититовые граувакки, в которых

обломки пород чаще всего пред-

ставлены вулканогенными

поро-

дами с повышенными содержани-

ями щелочей.

Богатые щелочами

незрелые

песчаники подразделяются здесь

ява

Использование

геохимических данных при изучении осадочных пород

113

0,5

2,0

1,0

1,5

log{Si0

/AI

)

Рис. 3.2.

Классификационная

диаграм-

ма

для

песчаников

Ф. Петтиджона

на

две

группы на основе различия в значениях отношения

jvj^O/K.,0;

это

аркозы

арениты.

Высокое отношение

O/K

граувакках

связано с преобладанием натриевого плагиоклаза над

ка

лиевым

полевым шпатом и калиевыми слюдами.

При построении диаграммы используются массовые проценты

оксидов, без дополнительных пересчетов. На рис. 3.2 приведена

диаграмма Петтиджона, усовершенствованная Хироном (Rollin-

gson,

1984) и более удобная в применении.

Классификационная диаграмма

М. М.

Хирона

для терригенных

отложений

М. М. Хирон [157], взяв за основу диаграмму Петтиджона,

использовал

log(Fe

вместо

log(Na,O/K

O).

Новая диаг-

рамма позволяет более полно классифицировать аркозы, а также

оценивать степень сохранности

железомагниевых

минералов, ме-

нее устойчивых в процессе выветривания (рис. 3.3). Сланцы, кото-

рые не укладывались в схему Петтиджона, распознаются здесь на

основе очень низкого отношения

SiO,/Al

0,5 1,0 1,5

log(Si0

/Al,0

)

2,0

ний

. 3.3.

Классификационная

диаграмма М. М. Хирона для терригенных отложе-

Диаграмма Ф. Петтиджона для разделения

аркозов

и граувакк

Диаграмма с координатами

Na,O—

|49] является осново-

°лагающей

при выделении граувакк. Данная диаграмма

основы-

ае

тся

на

минералогических

различиях

двух рассматриваемых

ти-

114

Интерпретация

геохимических данных

Рис. 3.4. Диаграмма

Ф.

Петтид-

жона

для

разделения аркозов и

граувакк

пов

пород, которые обусловлены преобладанием натриевых пла-

гиоклазов в

граувакках

и, соответственно, калиевых породообра-

зующих минералов в аркозах. В верх-

нем поле располагаются

фигуратив-

ные точки, соответствующие

граувак-

кам, а в нижнем — аркозам (рис. 3.4).

До известной степени

граувак-

ки и

аркозы

отражают различные об-

ласти питания. Аркозы характеризу-

ют гранитные области сноса. Для гра-

увакк число возможных областей пи-

тания меньше и соответствует вулка-

ническим областям, причем граувак-

ки, по мнению большинства геоло-

гов, накапливаются только в морс-

ких или океанических обстановках и

связаны с турбидитами.

Диаграммы Я.

Э.

Юдовича

для разделения песчаников

и глинистых пород

Диаграммы в координатах

ТМ

(титановый модуль) —

ТЮ

[83]

дают

возможность на основе отмеченной положительной кор-

реляции этих двух характеристик производить дробное разделение

псаммитов и пелитов. К удобству диаграммы можно отнести то,

что используемые элементы остаются инертными при процессах

диагенеза и регионального метаморфизма, что позволяет приме-

нять

ее и для

метаморфизованных

осадочных пород.

На диаграмме отчетливо видно, что наиболее высокими со-

держаниями титана и одновременно максимальными значениями

ТМ обладают граувакки и туфы основного состава (рис. 3.5). Наи-

меньшей титанистостью и самыми низкими значениями ТМ харак-

теризуются аркозы и

кварц-полевошпатовые

песчаники. Особенность

кзарцевых

песчаников заключается в том, что они явно выбивают-

ся из общего корреляционного поля. При титанистости близкой к

аркозам, они обладают более высокими значениями ТМ, что отра-

жает более развитый в них процесс разделения алюминия

и-титана,

который связан с процессами химического выветривания.

Диаграмма

ТМ—ТЮ,

позволяет классифицировать тонкодис-

персные глинистые отложения по минеральному составу (рис.

3.6)-

Наиболее высокими содержаниями титана и высокими значения-

па 3. Использование геохимических данных при

изучении

осадочных пород

115

гы

0,12

0,09

0,06

0,03

/ /

g I

I 1

1 1

••'

\ '

i '

.-'—Ч

•'

Ч'

/.'

/•

----

- -

\.Л'

i i

ТМ

0,10

0,08

0,06

0,04

,-Г\

0,02

t/'

//.*'

......

... J

.-2

TiCX

0,2 1,0 1,8 2,6

ТЮ

Рис. З.6. Диаграмма Я. Ю.

Юдовича

для

разделения глинистых отложений:

поля преобладающих типов глинистых

отложений: / — каолинитовые; 2— су-

щественно гидрослюдистые;

3—

суще-

ственно

монтмориллонитовые

Рис. 3.5. Диаграмма Я. Ю. Юдовича для разделения

песчаников:

границы

полей:

— граувакк; 2 — аркозов; 3 — кварцевых песчаников

ми титанового модуля отличаются каолинитовые глины, мини-

мальными значениями обоих параметров характеризуются

монтмориллонитовые

глины. Промежуточное положение занима-

ют существенно гидрослюдистые и

гидрослюдисто-хлоритовые

лины.

Последнее хорошо согласуется с их

полигенностью

и вто-

Ричностью,

так как они в значительной мере формируются уже

стадиях катагенеза по субстрату как монтмориллонитовому,

Та

и каолинитовому. Если каолинитовые глины имеют низкие

°Держания

титанового модуля, то это связано с тем, что они

Яв

ляются

продуктом кислотного выщелачивания кислых вулка-

ических

пеплов [83].

116

Интерпретация

геохимических данных

Диаграмма трендов

выветривания

Треугольная диаграмма (СаО* +

А1

[199]

позволяет проследить направленность выветривания породы, яв-

ляющейся источником обломочного материала для

терригенных

пород (рис. 3.7). Начальные стадии выветривания образуют тренд

параллельный (СаО* +

—

А1

стороне треугольника на

диаграмме, тогда как основная фаза выветривания фиксируется

по заметной потере

и смещением фигуративных точек в на-

правлении угла

А1

Тренды

соответствуют

линиям смешения,

отражающим миграцию щелочей и кальция в растворе во время

разрушения

первичного плагиоклаза и затем калиевого полевого

шпата и

железомагниевых

силикатов.

Каолинит

Тренд прогрессивного

выветривания

Иллит

у/

-Мусковит

Тренд

выветривания

Использование

геохимических данных при изучении осадочных пород

117

Средний гранит

Среднее габбро

СаО* +

i^u

Рис. 3.7. Диаграмма трендов выветривания для среднего гранита и среднего габбро

На диаграмме (рис. 3.7) приведены тренды выветривания для

средних составов гранитов и габбро, а также тренд прогрессивно-

го выветривания гранитов. При ее построении используются моль-

ные пропорции. СаО* рассчитывается как доля

алюмосиликатно-

го кальция без учета СаО, входящего в состав карбонатов. На

ди-

аграмме приведены также точки составов

плагиоклаза,

калиевого

фельдшпата, мусковита и каолинита.

На основе изучения распределения марганца и бария на

циальном профиле Я. Э. Юдовичем и В. Н. Пучковым [82]

предложена генетическая диаграмма в координатах

Мп—Ва,

на

котором

выделено 10 полей (рис. 3.8).

Поле 1 соответствует чистым известнякам аридных форма-

ций- В них очень мало марганца и бария, так как невелика роль

те

рригенной

примеси — носителя бария, а параметры выветрива-

ния

данного типа климата не способствуют накоплению марган-

ца

в осадках.

В поле 2 попадают

гумидные

известняки, более богатые мар-

ганцем и несколько обогащенные барием вследствие присутствия

некоторого количества глинистой примеси. Поле 3 соответствует

седиментационно-диагенетическим доломитам. Поле

соответству-

ет известнякам (иногда

доломитизированным)

депрессионных

фа-

ций, содержащих обычно кремнистую, глинистую или

алевроли-

товую примесь; они обогащены марганцем.

Поля

и 6 соответствуют

песчано-алевролитовым

и глинис-

тым породам, в которых содержания марганца и бария близки к

кларковым

для данных типов пород. Содержания марганца, как

правило, четко коррелируются с карбонатностью и достигают мак-

симума не в глинах, а в песчаниках с обильным карбонатным

цементом. Глинистые породы всегда характеризуются более высо-

кими содержаниями бария.

Поле

7соответствует

обычно карбонатным конкрециям, обо-

гащенным марганцем.

зоо

юоо

зооо

Мп,

г/т

3.8. Генетическая диаграмма диагностики фаций Я. Э. Юдовича

118

Интерпретация

геохимических

Глава

Использование

геохимических данных при изучении осадочных пород

119

Поля 8 и 9 характеризуют глубоководные фации - соответ-

ственно

терригенные

и кремнистые и карбонатные. По высоким

содержаниям марганца они сопоставимы только с

депрессионны-

ми карбонатными отложениями, но по содержанию бария не име-

ют аналогов среди

шельфовых

пород.

Условно показанное поле 10 соответствует

нефациальньщ

аномалиям по барию в карбонатных отложениях.

Эти

аномалии не

сопровождаются повышенными концентрациями марганца.

Даже в таком виде поля на диаграмме перекрываются не так

уж сильно, но если ограничиться более однородными группами,

например карбонатными породами, то высокое «разрешение»

диаграммы становится более четким. При помощи ее могут быть

разделены

шельфовые

и глубоководные

породы,

а среди шельфо-

вых отложений выделены и более дробные

фациальные

типы [83].

Диаграммы

Бхатия

[96] по главным элементам для

терригенных

пород из различных

тектонических

обстановок

Для песчаников отмечаются большие различия в содержа-

нии главных элементов, характеризующих различные осадочные

провинции и тектонические обстановки их накопления. На осно-

ве большого количества фактического материала Бхатиём [96] была

проведена корреляция между особенностями геохимического со-

става песчаников и тектоническими режимами бассейнов их се-

диментации. В результате этого были получены критерии, позво-

ляющие разделять терригенные отложения континентальных ок-

раин и океанических

бассейнов,

и на их основе были построены

диаграммы, отражающие эти тенденции (рис. 3.9).

Наиболее распространенными и наиболее часто используе-

мыми являются следующие параметры —

;

+ MgO,

TiO

Al,Oj/SiO

0/Na

А1

Оу(СаО

O),

где

представ-

ляет

собой

суммарное

железо

пересчете

на

Основная

тен-

денция изменения состава осадков соответствует увеличению со-

держаний

+ MgO,

TiO

,Al

/SiO

и уменьшению

O/Na

Oj/(CaO

от песчаников океанических островных дуг

континентальным островным дугам, затем к активной континен-

тальной окраине и далее к пассивной окраине.

Песчаники океанических островных дуг обладают

наиболе

специфичными геохимическими параметрами и характеризуется

высокими значениями

+ MgO (8-14

%),

TiO

(0,8-1,4

%)>

Al,0./Si0

(0,24-0,33) и низкими

O/Na

(0,2-0,4),

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,3

0,2

L...

I I

2 4 6 8 10 12 14

Ре,О,

MgO,

2 4 6 8

12 14

Fe^

MgO,

Рис. 3.9.

Диаграммы

М.

Р. Бхатия [96] по главным элементам для терригенных

пород из различных тектонических обстановок:

поля,

характеризующие

песчаники из различных тектонических обстановок: А —

океанические

островные дуги; В— континентальные островные дуги;

С~

активная

континентальная окраина;

D-

пассивная континентальная окраина

/(СаО +

(1—2).

Современные

предцуговые

песчаники гео-

химически подобны

терригенным

отложениям древних океани-

ческих

дуг и попадают на диаграмме в то же поле.

Песчаники континентальных островных дуг отличаются от

таковых океанического типа дуг более низкими значениями

MgO

(5-8

%),

ТЮ,

(0,5-0,7

%),

А1

/5Ю

(0,15-0,20)

более

высокими

K,O/Na

(0,4-0,8),

А1

/(СаО

(0,5-

рб).

Глубоководные пески

задуговых

бассейнов относятся к этой

*е

категории и имеют близкие к терригенным отложениям кон-

тинентальных

островных дуг геохимические характеристики. Для

рассмотренных отложений данной тектонической обстанов-

характерны

близкие в

петрогенетическом

плане области пита-

, в которых преобладающими являются кислые вулканичес-

Ки

породы.