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

Подождите немного. Документ загружается.

120

Интерпретация геохимических

данных

Песчаники активных континентальных окраин отличаются

от

терригенных

отложений континентальных островных дуг более

низкими значениями

;

+ MgO (2-5

%),

ТЮ

(0,25-0,45

%),

/Si0

(0,l-0,20)

и высокими значениями

K,,O/Na

Для пес-

ков и песчаников данного типа основными источниками сноса

являлись

гнейсограниты

и кислые вулканиты. Современные глу-

боководные пески фронтальной части имеют близкие геохими-

ческие характеристики с песчаниками этой категории, отличаясь

от них незначительно повышенными значениями

/SiO

и низ-

кими

O/Na,O.

Их геохимические характеристики соответству-

ют среднему составу

аркозов,

за исключением более высокого

значения

O/Na

и более низкого

Al,O

/SiO,

в последних.

Пески и песчаники пассивной окраины

обнаруживают

боль-

шие вариации химического состава с наибольшим разбросом зна-

чений

O/Na

/(CaO

отношений. Их характе-

ристики незначительно отличаются от характеристик отложений

активных континентальных окраин: они имеют более низкие зна-

чения

+ MgO,

/Si0

и более высокие отношения

/Na

Al,O

/SiO

Эти особенности указывают на зрелость отло-

жений, обогащенных

кварцем

и обедненных химически нестабиль-

ными обломками, например полевыми шпатами. Средний лити-

товый

аренит имеет практически те же геохимические характери-

стики,

что и

терригенные

отложения этого типа, отличаясь от

них более высокими содержаниями MgO и СаО.

3. Использование

геохимических

данных при

изучении

осадочных пород

121

3.3.2. Вариационные диаграммы

для осадочных пород

Тренды на вариационных диаграммах для осадочных пород

(рис. 3.10) отражают поступление в осадок различных по петро-

химическим

характеристикам обломков. Как в российской, так и

в зарубежной литературе имеется большое число примеров

при-

менения этого типа диаграмм. Существует несколько вариантов

интерпретации вариационных графиков. Прежде всего, достаточ-

но четко выявляются тенденции изменения минералогической

зрелости породы, т.е. увеличение кварца и уменьшение

обломков

пород и полевых шпатов. Также наблюдаются строгие корреляци-

онные

тренды,

которые являются результатом смешения

двух-

компонентных

смесей (кварц — иллит, кварц — полевой шпат

иллит), и криволинейные и рассеянные тренды, которые соот-

ветствуют трехкомпонентной смеси (кварц — иллит —

кальцит)'

1,2

1,0

0,8

о.б

0,4

0,2

О" 4

U-

• * *А

- • •

* А

* *

*jtf

***

**/*

• А

А»

•

" Л

«1

^Р-

•

А V*

О^

0,2

0,1

,//

* *

4&н

^С

• *

•

• А

•

А А

•

• А А А

^•1

•F

АА А

А •

.*••

60 70 80 90 60 70 80 90

Si0

, %

5Ю„

ЗЛО.

Вариационные

диаграммы для терригенных отложений

122

Интерпретация геохимических

иных

Глава 3. Использование

геохимически*

данных при изучении

осадочных

пород

123

Важно отметить, что генетически родственные осадки будут иметь

сходные тренды, а чужеродные — существенно различаться.

Наиболее часто используемые вариационные диаграммы

имеют следующие координаты: по оси

Y-

ТЮ

А1

FeO

ОЙ1Ц1

MnO, CaO, MgO,

Na,O,

О,

а по оси X -

Si0

(в

массовых

процентах).

К?.к

правило, используется весь набор диаграмм.

3.3.3. Индикаторная диаграмма

постседиментационных

изменений карбонатных пород

Данная диаграмма

[100]

используется при решении вопроса

о первичности или вторичности химического состава карбонат-

ных

пород,

т.е. позволяет оценивать степень постседиментацион-

ных вещественных изменений.

На

рис.

3.11

приведены схематичес-

кие тренды вариаций стронция, кальция и марганца при

диагене-

тических

изменениях арагонита (А), высоко- (НМС) и низкомаг-

незиального кальцита (LMC) с образованием более стабильных

фаз при участии

метеорных

вод. При построении диаграммы ис-

пользованы

величиныХ±

S (геометрические средние и стандарт-

ные отклонения), полученные по литературным данным для при-

близительно 2100 образцов карбонатных пород разного возраста

из различных фаций и районов. В поле «открытая система» не на-

блюдается различий между химическим составом окаменелостей

с матриксом и цементом выполнения. Отмечается отрицательная

корреляция стронция и марганца по мере усиления

диагенетичес-

ких изменений. Таким образом, поле «открытая система» отвечает

400

Мп,

(г/т)

Рис. 3.11. Схематические тренды

вариаций

элементов при

диагенетических

нениях арагонита, НМС и

LMC

образованием

более

стабильных

фаз при участи

метеорных вод

составам

карбонатных пород, измененных

постседиментационны-

процессами. Использовать анализы данных пород для оценки

состава

областей сноса и

фациальных

обстановок следует с боль-

шой

осторожностью и только для немобильных элементов (Ti,

£г,

Сг, Ni, A1 и

др.).

Однако не следует забывать, что очень боль-

шие

потери первичного стронция могут быть связаны и со скоро-

стью

осадконакопления.

Например, рифовые

известняки

всегда

будут обеднены этим элементом, так как

рифогенные

постройки

длительное время находятся на поверхности морского дна, а не-

редко и вовсе выводятся на поверхность. За это время идет нео-

братимый процесс потери этого элемента породой и обогащение

стронцием донных вод.

3.4. Геохимические исследования

хемогенных

и органогенных отложений

К этому типу отложений относят карбонатные, кремнистые,

фосфатные и другие, менее распространенные осадки, которые

отлагались на обширных площадях древних океанов и составляют

35 % от общего объема всех осадочных образований. Выше уже

отмечалось, что при геохимических исследованиях карбонатных

пород основные

петрогенные

оксиды являются мало информа-

тивными, так как чувствительность метода и ограниченный

на-

бор оксидов не дает возможности разделять отложения различных

фациальных и геодинамических обстановок накопления. Система

генетических модулей и диаграмм, которая широко используется

при изучении

терригенных

пород, практически не дает никакой

полезной информации для карбонатных и кремнистых пород. В

связи с этим основное внимание при геохимических исследова-

|ях уделяется анализу распределения редких и рассеянных эле-

(ентов

хемооргенногенных

породах. Это связано с тем, что осаж-

Дение

аутогенных

минералов, которыми сложены породы данно-

Го

типа, происходит непосредственно из вод морей и океанов. В

°садке

накапливаются только те химические элементы, которые

а момент формирования находятся в бассейне седиментации в

различных

миграционных формах

(обломки,

микрочастицы,

кол-

°иды,

взвеси, золи, химические и органические соединения) и

падают

способностью накапливаться в конкретных физико-хи-

Ических

обстановках. Количественные содержания этих элемен-

и их набор будет

типоморфным

для каждой конкретной оса-

ной

толщи. Интерес к изучению

хеморганогенных

пород свя-

124

Интерпретация

геохимических

Глава 3.

Использование

геохимических данных при

изучении

осадочных пород

125

зан с тем, что они играют важную роль в химических процессах

океана практически на протяжении всего геологического

време-

ни, чутко фиксируют тектонические и

фациальные

обстановки

седиментогенеза, особенности состава областей сноса, а также

то, что с ними связано большое число месторождений. Как и для

магматических пород, считается, что при региональном метамор-

физме в карбонатных и кремнистых породах их валовый химичес-

кий состав не претерпевает существенных изменений.

В основу геохимических исследований положена методика,

основанная на многомерной корреляции редких и рассеянных

элементов в

хемоорганогенных

отложениях, условно подразделен-

ных

на

две основные группы.

В первую группу

входят

типоморфные

элементы (Ti, Zr, Mn,

Sr,

Ba),

характер миграции и способность к осаждению которых

дает представление о физико-химических особенностях обстано-

вок накопления. Все эти пять элементов неизменно присутствуют

в породе в том или ином

количестве.

Изучение закономерностей

их распределения позволяет реконструировать физико-химичес-

кие и тектонические обстановки седиментогенеза: относительную

глубину

осадконакопления,

удаленность от суши, окислительно-

восстановительные условия, активность водного режима, скорос-

ти накопления и др. Изучение распределения каждого из этих эле-

ментов рассматривается во взаимосвязи друг с другом, и выводы

об обстановках осадконакопления делаются только на основании

всей суммы особенностей распределения этих элементов. Это свя-

зано с тем, что один и тот же элемент способен накапливаться в

диаметрально противоположных

обстановках,

а при корреляции

его

с другими элементами в осадках возможно выбрать наиболее

вероятную. Например, высокие содержания марганца характери-

зуют или окислительные мелководные обстановки, или глубоко-

водные, где марганец имеет конкреционную природу накопления.

Кореляция

этого элемента с элементами Ti, Zr, Sr, Ba, Ni, Co,

Cr даст ответ о глубинности и физико-химических особенностях

седиментогенеза.

Характер распределения основных

типоморфных

элементов

в карбонатных и кремнистых породах может быть очень схожим

как для субплатформенных, так и для

островодужных

обстановок

накопления. Геохимическая корреляция осадочных толщ на

осно-

ве распределения этих элементов не всегда дает однозначные

ре-

зультаты, но необходима для понимания особенностей миграции

и накопления элементов второй группы. К этой группе относятся

элементы-примеси (Ni, Со, Сг, V,

Си,

Sc, Zn, Pb,

Sn,

Be, Y, U

др.), которые характеризуют петрогенетический характер пита-

ющих

провинций, участвовавших в формировании хемооргано-

генных толщ. Элементы-примеси можно подразделить на несколь-

ко геохимических типов, учитывая их

кларк

распространения в

различных типах пород. Выделяются группы элементов нормаль-

ной и повышенной щелочности, соответствующие ультраоснов-

ной, основной и кислой специализации питающего источника

(табл. 3.3). Граница между элементами разной специализации дос-

таточно условна, так как нельзя жестко ограничить распределе-

ние элемента только в одном типе породы. В каждом конкретном

случае необходимо учитывать корреляционную связь каждого эле-

мента с остальными элементами. Например, в том случае, когда

источником сноса являются породы кислой специализации, в

осадке наблюдается корреляционная связь цинка, олова, свинца,

бериллия; в случае, когда источником сноса были породы основно-

го состава, для которых цинк является специфичным элементом,

мы видим тесную связь цинка с

медью,

ванадием, скандием.

Таблица 3.3

Типичные

элементы пород

Тип пород

Ультраосновные

Основные

Средние

Кислые

Элементы

Ni, Cr, Co,

Mg,

Fe, Mn,

Pd,

V, Cu, Sc, Sb, Ад, Zn, Nb, Y

Ti, Br, P,

Sr,

As, Cd

Sn, Pb, Zn, Be,

Ba,

Mo, U, W, F,

Cl,

Li,

Rb, Th, Та

Изучение распределения этих двух типов элементов позволя-

ет выделить при статистической обработке по программе «Клас-

тер» группы элементов (геохимические микрофации). Более под-

робную информацию о математической сущности этой програм-

мы

можно найти в книге

«Петрохимические

методы исследова-

ний горных пород [17].

При кластер-анализе

У?-типа

осуществляется непосредствен-

ная корреляция между изучаемыми химическими элементами

Выборки.

Этот метод позволяет устанавливать петрогенетический

Характер

накопления элементов и решать ряд

литолого-фациаль-

Ных

вопросов. Как правило, на дендрограмме кластера обосабли-

ваются

две группы элементов с отрицательными коэффициента-

Ми

корреляции (рис.

3.12,

3.13). В первую группу входят элементы,

&язанные

с терригенной и глинистой составляющей породы, а

126

Интерпретация

геохимических

данных

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

-1,0

Г~—~1

—]

А1

ГГ

Na,O

С0

—

СаО

г'

Глава

3. Использование

геохимических

данных при изучении осадочных пород

127

Рис. 3.12. Дендрограмма

кластер-анализа

/?-типа

основных

петрогенных

оксидов

для карбонатных отложений

иркутной

свиты (Восточный Саян)

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 О -О,

Г~"

""*

Сг

Со

Ва

[

г~

Рис. 3.13. Дендрограмма кластер-анализа

Д-типа

для карбонатных отложений ир-

кутной свиты (Восточный Саян) по результатам спектрального и

рентгенофлуо-

ресцентного

анализов

во второй находятся элементы, свойственные собственно

карбо-

натной или кремнистой части. При помощи данных кластер-ана-

лиза

/?-типа

можно судить о

петрогенетической

природе элемен-

тов, нередко

содержащихся

в породе в незначительных количе-

ствах, о возможности их

соосаждения

сонахождения

в осадке. В

совокупности с данными кластер-анализа

Q-типа

возможна

ре-

конструкция направлений сноса терригенного материала.

Например, для карбонатных пород иркутной свиты (Восточ-

ный

Саян) была проведена статистическая обработка 115 сили-

катных и

рентгеноспектральных

анализов по программе «Клас-

тер». Использование данных

кластер-анализа

основных петроген-

ных окислов (см. рис.

3.12)

позволило выявить следующие законо-

мерности:

Отчетливо обособились две группы компонентов, характери-

зующихся сильной отрицательной корреляцией: первая группа —

А1

О,

SiO

O,,

FeO,

MnO,

и вторая

СО

СаО,

MgO, что подчеркивает

магниево-кальциевый

состав карбонатов

и присутствие всех остальных компонентов в составе терригенной

примеси.

2. Наиболее сильные связи в силикатной составляющей уста-

навливаются между

SiO

А1,,О

О,

что указывает на их при-

сутствие в составе мусковита. Группировка

железа

и натрия в ком-

бинации с указанными компонентами, возможно, свидетельствует

о присутствии в изучаемых карбонатных породах отдельных вклю-

чений ферромусковита или парагонита.

3. Слабая корреляция марганца с группой силикатных ком-

понентов, возможно, обусловлена его изоморфизмом с железом

или частичным присутствием марганца в карбонатах.

4. В карбонатной части

дендрограммы

наиболее сильные свя-

зи отмечены между

СО

и СаО, что указывает на преимуществен-

ное вхождение СаО только в состав карбонатов, а слабая корре-

ляция между входящими в эту группу Mg и

СО,

свидетельствует

об отсутствии самостоятельной формы магнезита и о

сонахожде-

нии СаО и MgO в доломите.

5. Сильная отрицательная корреляция между двумя рассмот-

ренными группами указывает на их разную генетическую природу.

Одни имели

терригенный

талассогенный

характер,

другие осаж-

дались непосредственно из вод бассейна.

Статистическая обработка результатов рентгенофлуоресцен-

тного

и спектральных анализов карбонатных пород иркутной свиты

позволила установить петрогенетический характер накопления Ti,

Mn,

Cr,

Ni, Co,

Cu, Pb, Zn, Sn,

Zr,

Sr, Ва и решить ряд

литолого-фациальных

вопросов.

На дендрограмме кластер-анализа

Я-типа

четко обособились

РИ

группы элементов (см. рис. 3.13). В первую входят элементы

Ультраосновной специализации (Сг, Ni, Co). Во второй группе

Находятся

элементы, имеющие различную петро генетическую спе-

Чиализацию

(Ti, Zr, Ва, V, Mn). Третья группа включает элемен-

128

Интерпретация геохимических

дан

нь

Использование

геохимических данных при

изучении

осадочных пород

129

ты кислой специализации (Pb, Zn). Между этими тремя группами

существует очень слабая корреляционная

связь,

близкая к нулю

Все эти элементы, практически всегда, входят в

терригенную

глинистую часть карбонатной породы. Подобная структура

дендр

граммы кластер-анализа

Л-типа

позволила сделать следующие

выводы:

1. Элементы первой и второй групп имеют большой удель-

ный вес. В нашем случае такой низкий коэффициент корреляции

между этими двумя группами может указывать на разные

фаци-

альные

условия

осадконакопления

и расположение предполагае-

мых областей питания. Так, элементы второй группы осаждались

в более мелководных, прибрежных участках бассейна и их источ-

ник находился на Гарганской глыбе. Элементы первой группы

больше накапливались в самой удаленной от суши глубоководной

зоне и имели талассогенныи характер, т. е. поступали в осадок со

стороны океана.

2. Наличие во второй группе бария обусловлено его изомор-

фным вхождением в глинистые минералы. Из этого следует, что

собственных карбонатных минералов барий не образует.

3. Слабый коэффициент корреляции между группами объяс-

няется различной петрогенетической природой элементов и фа-

циальным

характером их распределения в карбонатной толще.

4. Все три группы имеют между собой слабую, но положи-

тельную связь. Единственный элемент этой выборки, обладаю-

щий отрицательным коэффициентом корреляции с остальными

элементами, это стронций. Такое положение стронция в дендро-

грамме свидетельствует о том, что он накапливается только в

карбонатной части породы и не зависит от доли терригенной при-

меси.

Кластер-анализ

Q-типа

разбивает исходную выборку хими-

ческих анализов карбонатных пород на группы, а структура

денд-

рограммы

показывает связи между этими группами. Для каждой

из полученных групп характерны свои геохимические особеннос-

ти, которые соответствуют различным микрофациям осадкона-

копления. При помощи этого метода можно судить о генетичес-

ком родстве исследуемых карбонатных пород или о их

чужеродно-

сти в разрезе.

Данные кластер-анализа

Q-типа

являются основой для гео-

химического изучения "немых" литологически

неинформативнь!

карбонатных толщ. Для каждой полученной группы

(микрофаииИ)

подсчитываются средние значения и на основе их

распределен*

Глава

осстанавливаются

фациальные

и геодинамические условия се-

пиментогенеза,

характер и направленность источников сноса. В одну

группу объединяются пробы с коэффициентом корреляции, не

превышающим 0,2. Значения корреляционных связей, близких к

свидетельствуют либо об аномальных содержаниях какого-то

элемента в выборке, либо о том, что данная проба не относится к

изучаемой

осадочной толще, а соответствует другой обстановке

осадконакопления. Для корректного использования данной про-

граммы

рекомендуемое число проб

30.

Отдельно следует остановиться на том, что автор понимает

под термином «микрофация». В настоящее время насчитывается

более ста различных определений «фация». Современные опреде-

ления фаций отражают следующее; породы или осадки с одина-

ковым комплексом первичных признаков (литологических, пале-

онтологических, геохимических); идентичные обстановки осад-

конакопления; характерные признаки осадочных пород, по кото-

рым можно восстановить условия седиментогенеза. В 1958 г. Л. В.

Пустоваловым,

а затем Г. И. Теодоровичем был предложен термин

«геохимические фации». Под ископаемыми геохимическими фа-

циями они понимали пласт (или группу пластов), обладающих на

всем протяжении одинаковыми изначальными геохимическими

характеристиками [66]. Объем фации может быть разным. Выделя-

ются фации различных порядков: микрофации, фации первого

порядка, макрофации, группы макрофаций, комплексы групп мак-

рофаций. Дробность выделения фации зависит от необходимой де-

тальности исследований.

Предлагаемый метод статистической обработки зарекомен-

довал себя как один из удобных и экспрессных методов при изу-

чении

карбонатных пород [16, 33, 37].

Неудачный выбор способа выражения результатов анализов

может затушевать характерные природные закономерности, что

свою очередь не позволит расшифровать генетические аспекты

°садконакопления.

Использование массовых процентов редко де-

^ет

график читаемым. Использование логарифмического масш-

^ба

вследствие больших искажений часто также нецелесообраз-

В связи с этим принято изображать распределение элементов в

Марковых

концентрациях

(КК),

другими словами, нормировать

Удержание

элемента к его

кларку

в литосфере

[47].

При этом

Удержание

элемента делится на его кларк в литосфере, что по-

на одном графике отобразить распределение как распро-

так и редких элементов.

1998

130

Интерпретация

геохимических

данн

3.5. Изучения распределения РЗЭ

в осадочных отложениях

Инертность редкоземельных элементов в процессах литоге-

неза обусловливает их способность накапливаться в осадках. Важ-

нейшими факторами, контролирующими содержания в них РЗЭ

является

конкуренция

двух источников: терригенной составляю-

щей и морской воды. Роль каждого из них выражается, с одной

стороны, количеством бескарбонатного вещества, а с другой —

суммарным количеством вещества карбонатов, сульфатов и солей.

С ростом примеси бескарбонатного вещества наблюдается увели-

чение содержаний легких лантаноидов. Более чистые

хемогенные

породы содержат меньшее количество РЗЭ, и в их составе увели-

чивается доля тяжелых лантаноидов, отражая усиливающееся влия-

ние морской воды в качестве источника РЗЭ. Следует

отметить,

что

Таблица

3.<

Стандартные осадочные составы, используемые при нормализации РЗЭ

концентраций в осадочных породах [220]

Рекомендованный состав.

Средний европейский сланец.

Постархейская средная австралийская осадочная порода.

'Средний

состав верхней

континентальной

коры.

Эле-

мент

Се

Рг

Ей

Но

NASC североамериканский сланец,

_r_

[153]

6,1

1,3

1,4

0,58

3,4

0,6

[154]

7,9

5,7

1,24

5,21

0,850

1,04

3,4

0,5

3,1

0,48

i/i

[155]

7,9

5,7

1,24

5,2

0,85

1,04

3,4

0,5

3,1

0,48

[146]

31.1

66,7

27,4

5,59

1,18

0,85

3,06

0,456

[146]'

31,1

67,03

30,4

5,98

1,253

5,5

0,85

5,54

•

3,275

3,113

0,456

ES'

г/т

[154]

41,1

81,3

10,4

40,1

7,3

1,52

6,03

1,05

1,2

3,55

0,56

3,29

0,58

31,8

PAAS'

rl-r

г/т

[182]

38,2

79,6

8,83

33,9

5,55

1,08

4,66

0,774

4,68

0,991

2,85

0,405

2,82

0,433

Конти-

нент.

кора"

г/т

7,1

4,5

0,88

3,8

0,64

3,5

0,8

2,3

0,33

2,2

0,32

Вода,

10"

1г

мол ./кг"'

мор-

ская

[131]

20,8

9,64

21,1

4.32

0,823

5,2

5,61

4,94

4,66

речная

[161]

425

601

365

20,7

83,5

97,9

64,6

51,7

__--

Использование геохимических

данных

при

изучении

осадочных пород

131

состав

и содержание РЗЭ в большей мере характеризуют специфику

обстановки

накопления, а не влияние источников сноса [41].

При изучении распределения РЗЭ в осадочных породах обычно

используется

нормирование по осадочным стандартам, хотя эта

практика не универсальна и ряд авторов использует нормализа-

цию по хондриту (табл. 3.4)

Диаграммы трендов распределения РЗЭ, так широко приме-

няемые

при диагностике магматических пород, пока что мало

информативны при изучении осадочных пород из-за недостатка

фактического материала. Отметим характерную отрицательную Еи-

аномалию

для осадочных отложений (рис. 3.14). Исключения со-

ставляют некоторые

вулканогенно-осадочные

отложения, обра-

зовавшиеся в начале

цикла

во внешних прогибах островных дуг в

основном за счет андезитов [189, 237]. Положительная

цериевая

аномалия является результатом

повышенной

сорбируемости его

окисленной

формы,

поэтому в наибольшей степени будет харак-

терна для

хемоорганогенных

отложений, которые относятся к ди-

стальным

частям бассейна, где отлагается материал, испытавший

максимально длительный контакт с морской водой [77].

La Ce

Nd Sm

Gd Tb Dy

Yb Lu

Элементы

-14.

Тренды нормализованных

содержаний

РЗЭ в фосфоритах

Харануро

. (•) и во вмещающих карбонатных отложениях

боксонской

серии

^Восточный

Саян)

132

Интерпретация геохимических

данны>

133

Диаграммы для

граувакков

Бхатия

по классификации

тектонических

обстановок

накопления

Р. М. Бхатия и К. А. В.

Крук

[971 проанализировали редкозе-

мельные характеристики палеозойских граувакк последовательно-

сти Восточной Австралии, которые отражали различные седимен-

тационные

обстановки разных тектонических режимов. В данном

случае — океанических островных дуг, континентальных остро-

вных дуг, активной континентальной окраины и пассивной окра-

ины. Изучалось распределение немобильных элементов (La, Се

Nd, Th, Zr, No, Y, Sc, Co). В целом наблюдается систематическое

увеличение содержаний легких редкоземельных элементов (La, Се,

Nd), Th, Nb и отношений

Ba/Sr,

Rb/Sr, La/Y и Ni/Co и умень-

шение V, Sc и отношений Ba/Rb,

K/Th

и Th/U в граувакках из

океанических островных дуг к этим же отложениям пассивной

континентальной окраины. На основе геохимических характерис-

тик граувакк разработана оптимальная система диаграмм для ди-

агностики тектонических обстановок осадочных бассейнов. Наи-

более часто употребляемыми являются графики

La—Th

(рис. 3.15),

Ti/Zi-La/Sc,

La/Y-Sc/Cr

(рис. 3.16),

Th-Sc-Zr/10,

La-Th-Sc

Th—Co—Zr/10

(рис. 3.17). Проанализированные граувакки океани-

15 20 25

Th,

ppm

Рис. 3.15. График в координатах

La-Th

по классификации граувакк из различ-

ных тектонических обстановок накопле-

ния (условные обозначения см. рис. 3.9)

Рис. 3.16. Диаграммы М. Р. Бхатия для клас-

сификации тектонических обстановок накоп-

ления граувакк (условные

обозначения

см. рис. 3.9)

-.ч-

ле-

1,5

1,0

0,5

-.-•

г'"\

\В

^...J

Г'

<—

т — '

246

8 10

La/Sc

УЛ

С]

;

ч„,-г:.

)

--..,.

""";;)

„.-L""""

0,2 0,4 0,6 0,8

Sc/Cr

з.

Использование

геохимических данных при изучении

осадочных

пород

Th La Th

Со

Zr/10

Sc Sc

Zr/10

рис. 3.17. Треугольные диаграммы М. Р. Бхатия для классификации тектонических

обстановок накопления граувакк (условные обозначения см. рис. 3.9)

ческих островных дуг характеризуются очень низкими содержани-

ями La, Th, U,

Zr,

низкими значениями отношения Th/U и вы-

сокими значениями отношений

La/Sc,

La/Th, Ti/Zr,

Zr/Th.

Для

изученные граувакк континентальных островных дуг отмечено

повышенное содержание La, Th, U, Zr и Nb, что хорошо про-

слеживается на диаграммах

La—

Th—

Sc,

La/Sc и Ti/Zr. Отложения

активной и пассивной континентальных окраин хорошо различа-

ются на графиках

Th—

Sc—

Zr/10

Th—

Co—

Zr/10

и имеют сходные

параметры на графиках

Th/Zr,

Th/Sc.

Наиболее контрастные гео-

химические различия для граувакк пассивной континентальной

окраины отмечается в увеличении содержаний циркония, высо-

ких значениях отношения Zr/Th и низких Ва, Rb,

и Ti/Zr

сравнению с отложениями активной континентальной окраины.

* * *

Итак, геохимические исследования осадочных пород позво-

ляют решать ряд вопросов генетического плана:

Исследования

терригенных

отложений на основе системы

петрохимических

модулей дает возможность более точно прово-

дить их классификацию, восстанавливать петрогенетический ха-

рактер источников сноса, реконструировать физико-химические

и геодинамические особенности обстановок накопления.

2. Применение различных генетических диаграмм во многих

случаях

является основой более дробных классификаций отдель-

ных

типов пород, применяется при реконструкциях

фациальных

тектонических

особенностей обстановок

седиментогенеза

и также

возможность определять степень

постседиментационных

из-

менений.

134

Интерпретация

геохимических

данных

3. Многомерная корреляция редких рассеянных элементов

хемогенных

и органогенных отложениях позволяет восстанавли-

вать физико-химические и геодинамические особенности в бас-

сейне седиментации и изучать

петрохимический

характер источ-

ников сноса, а также на основе этого проводить геохимическую

корреляцию различных осадочных толщ.

4. Изучение распределения РЗЭ — самое молодое направле-

ние среди геохимических методов исследований осадочных по-

род. На данный момент наиболее хорошо обоснованной и отра-

ботанной является система диаграмм Р. М. Бхатия и К. А. В.

Кру

[97] по классификации тектонических обстановок палеозойских

граувакк турбидитовой последовательности Восточной Австралии.

•

лава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОХИМИЧЕСКИХ

ДАННЫХ ПРИ

ИЗУЧЕНИИ

МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД

Метаморфические породы по определению являются пере-

работанными в широком интервале температур и давлений маг-

матическими или осадочными породами, поэтому с целью кор-

ректного определения первичной природы изучаемых метамор-

фических комплексов полностью применимы методики исполь-

зования геохимических данных для магматических или осадочных

пород (см. гл. 2, 3). В то же время существуют и приемы использо-

вания геохимических данных, разработанные именно для мета-

морфических пород. Основной их целью является выявление пер-

вичной природы метаморфитов. Если учесть, что во многих случа-

ях первичная минералогия, текстурные и структурные особенно-

сти протолита полностью «стерты» в процессе метаморфических

преобразований, то геохимические особенности являются един-

ственным критерием обоснования осадочной или магматической

природы изучаемых метаморфических пород.

Реконструкция первичного состава метаморфических толщ с

использованием разнообразных диаграмм основана на принципе

«изохимичности»

регионального метаморфизма. Вопрос о сохран-

ности химического состава пород при региональном метаморфиз-

ме обсуждается в течение не одного десятилетия при постоянно

существующих точках зрения «за» [54, 190, 225] и «против» [38,

217, 243]. Проведенные многочисленные исследования

поданно-

му

вопросу показали, что для

большинства

химических элемен-

тов

система регионального метаморфизма является закрытой. Та-

ким

образом, при региональном метаморфизме сохраняются со-

держания

и соотношения главных породообразующих элементов

изоморфически связанных с ними элементов-примесей. Суще-

ственно

изменяться при

процессах

регионального метаморфизма

°гут

содержания воды, углекислого газа, летучих элементов [51,

J*],

кроме

того,

отмечается восстановление железа при метамор-

физме.

Ряд авторов допускает также некоторые колебания содер-

136

Интерпретация

геохимических

данных

жаний

СаО [190, 225]. Как показано в гл. 1, на изменения

хими-

ческого состава при метаморфизме могут влиять

Р-Г-условия,

на-

пример, с ростом температуры повышается подвижность

элемен-

тов и, соответственно, в большей степени проявляются диффу-

зионные процессы, поэтому высокотемпературные метаморфи-

ческие породы могут иметь состав, отличный от состава субстрата.

Еще раз отметим, что закрытой признается только система реги-

онального метаморфизма, такие же процессы, как гранитизация,

метасоматоз, милонитизация, при которых существенное значе-

ние имеет флюидная переработка, обнаруживают значительные

изменения серии породообразующих элементов и элементов-при-

месей в составе породы относительно субстрата.

При изучении петрогеохимических особенностей метамор-

фических пород одной из наиболее важных задач является разде-

ление их на первично магматические (вулканические) и первич-

но осадочные. Существует целая серия петрохимических диаграмм

[15, 44, 51], при помощи которых можно осуществить

идентифи-

кацию пород, а также установить тип породы, послужившей про-

толитом для метаморфической породы. Эти диаграммы, в которых

используются только главные элементы, будут рассмотрены ниже.

4.1.

Диаграммы А. Н. Неелова

А. Н. Неелов [44] предложил петрохимическую классифика-

цию

метаморфизованных

осадочных и вулканических пород на

основе девяти параметров (5,

m,f,

a, t,

k, с), определяющих

полный состав пород и принадлежность к соответствующим

пет-

рохимическим подразделениям. В своей классификации А. Н. Не-

елов рассматривает в основном три категории пород: вулканиты,

осадочные породы силикатного состава и осадочные породы не-

силикатного и смешанного состава. Для расчетов параметров все

анализы пересчитываются на сухое вещество (за вычетом воды и

углекислого газа, входящих в состав карбонатов и силикатов), т.е.

рассчитывается сумма без учета

О~,

СО

п.п.п.

др.,

а затем

химический анализ приводится к 100 % делением каждого петро-

генного оксида на «сухую» сумму и умножением на 100. Все пет-

рохимические параметры, используемые при классификации,

рас-

считываются в атомных количествах. Основным параметром для

разделения вулканитов является параметр s, отражающий насы-

щенность породы кремнеземом (s =

SiO

ат.

кол./2

всех компонен-

тов ат.

кол.),

для

терригенно-глинистых

пород параметр а или

гли-

Главэ

Использование

геохимических данных при изучении метаморфических пород

137

ноземистый

модуль (а =

А1

ат.

кол./5Ю

ат.

кол.),

для смешан-

ных осадочных пород параметры а и с [с =

(2СО

ат.

кол./S

всех

компонентов ат. кол.) • 100

%].

Дальнейшее подразделение групп на

подгруппы, классы, семейства, подсемейства, типы осуществляет-

ся при помощи таких параметров, как b =

+ FeO + MnO +

MgO

+ СаО, т =

MgO/(MgO

+ CaO),/=

(Fe

FeO + MnO),

TiO,/Al,O

n =

k =

O/(K

и ряда

других

(rf,

m«,

/я',/'),

все в атомных количествах

(ат.кол).

Для разделения пород А. А. Неелов предложил диаграммы в

координатах a— b (глиноземистый модуль — общая меланократо-

вость породы) (рис.

4.1,

4.2). Данные диаграммы используют для

реконструкции первичной природы метаморфических пород, а

также для анализа эволюционных трендов эндогенного и экзоген-

ного петрогенеза в их тесной взаимосвязи.

На рис. 4.1 приведена диаграмма, на которой выделены поля

составов силикатных, смешанных и несиликатных категорий оса-

дочных пород. Поля составов:

/ —

мономиктовые

(кварцевые)

псаммотолиты,

ультрасили-

циты:

la —

слабокарбонатистые

(слабожелезистые);

16—

карбона-

тистые

(железистые);

~ карбонатные (высокожелезистые —

джеспилиты); /г

—

песчаные

карбонатолиты

(с кварцем),

ультра-

силицитовые

карбонатолиты,

кварцево-железистые

породы —

«обогащенные джеспилиты»;

— песчанистые карбонатолиты,

ультрасилицитовые

карбонатолиты;

1е

—

карбонатодиты

с приме-

сью зерен кварца или слабокремнистые;

//—

олигомиктовые псам-

митолиты,

силициты:

Па — слабокарбонатистые (слабожелезис-

тые);

116—

карбонатистые

(железистые);

Не

—

карбонатные, кар-

бонатно-железистые;

Иг—

песчаные карбонатолиты;

Ид—

песча-

нистые карбонатолиты,

силицитовые

карбонатолиты; Не — кар-

бонатолиты с примесью

оли

гоми

кто

во

го песчаного материала или

слабокремнистые,

полимиктовые

псаммотолиты;

///—

кислые туф-

фиты,

субсилициты:

Я/а-/

—

аркозы,

субаркозы;

Ша-2

— поли-

миктовые; III6 —

граувакковые

песчаники, карбонатистые и же-

лезистные

полимиктовые песчаники,

туффиты

среднего и основ-

ного составов;

/lie

~ карбонатные и

карбонатно-железистые;

///г

— песчаные карбонатолиты;

1Пд

— песчанистые карбонатоли-

ты

субсилицитовые

карбонатолиты;

Hie

— карбонатолиты с при-

месью песчаного и туфового материала; IV— олигомиктовые алев-

ролиты, кислые туффиты:

IVa

— полимиктовые алевролиты;

IV6

—

граувакковые алевролиты,

пелит-алевролитовые

аргиллиты, туф-

фиты основного состава, глиноземистые

граувакки,

карбонатис-

138

Интерпретация

геохимических данных

глава

Использование геохимических

данных

при изучении метаморфических пород 1 39

14,0-

ю,о-

5,0

1,0-

0,9-

0,8

0,7

0,6-

0,5-

0,4-

0,3-

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,60,70,80,9

"0,02

До'0,010,04

0,15

0,260,320,420,480,530,600,801,001,20

I "I

ft/ I V ft/ | ft/l

]

ft/

и/

ft/

'—r

—r

T—'—

0,1

0,2

0,3 0,4 0,5 0,60,7 0,9 1,1 1,

0,8 1.0 1,2

и,

ат. код

Рис. 4.1. Диаграмма

а~Ь

для силикатных, смешанных и несиликатных категорий

осадочных пород

[44]:

/ - границы надгрупп и групп; 2 - линия, примерно соответствующая

А1

(СаО +

Nap

О)

0,3;

- глинистый порог (классификация полей составов

приведена в тексте)

7777 //

-----

[Ц

0,4 0,6

b, ат.

кол.

Рис. 4.2. Диаграмма

а~Ь

для вулканитов и некоторых интрузивных образований

[44]:

границы: /- групп вулканитов

известково-шелочной

серии по параметру

II-

формационных

типов вулканитов; /// - нижняя граница

высоко

глинозем

истых

вулканитов

тые

железистые алевролиты;

IVe

- карбонатные алевролиты,

глиноземистые

псаммотолиты;

/Уг

алевролитовые

карбонато-

литы; /Уд -

алевролитистые

карбонатолиты; IVe — карбонатоли-

ты с примесью алевритового или глиноземистого псаммитового

материала;

K-Fa-алевропелитовые

аргиллиты;

Уб—

карбонатис-

тые,

железистые; Ув - карбонатные; Уе - мергели (малоглинозе-

мистые); Уд - глинистые карбонатолиты (малоглиноземистые);

карбонатолиты с примесью алевропелитового материала; VI—

Via

—

пелитовые

аргиллиты; У/б — карбонатистые, железистые;

- карбонатные;

У1г

- мергели (умеренноглиноземистые);

vid-

глинистые карбонатолиты (умеренноглиноземистые);

Vie

—

арбонатолиты

с примесью алевропелитового материала; субси-

эллиты:

VII-

пирофиллитовые;

Vila

—

иллитовые,

гидрослюдис-

ые

и др.; У//б - карбонатистые, железистые;

Vile

- карбонат-

ные;

vih

- мергели субсиаллитовые;

У//д

- субсиаллитовые кар-

°°натолиты;

Vile

- карбонатолиты с примесью

субсиаллитового

Ма

териала;

У/И-

сиаллиты:

Villa -

слабокарбонатистые,

слабо-