Япаскурт О.В. Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо - и рудообразования
Подождите немного. Документ загружается.
О.В. ЯПАСКУРТ
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ
МИНЕРАЛОГИЯ И
СТАДИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ПРОЦЕССОВ ОСАДОЧНОГО
ПОРОДО И
РУДООБРАЗОВАНИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Допущено УМО по классическому
университетскому образованию в качестве учебного
пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлению 020300 «Геология»
Москва
2008
УДК 549. 905 : 552. 14
ББК 26. 303
Я 69
Рецензенты:
Др геологоминер. наук, профессор В.Г. Кузнецов,
Др геологоминер. наук И.М. Симанович,
Кафедра литологии РГУ им. акад. И.М. Губкина
Япаскурт О.В.
Генетическая минералогия и стадиальный анализ процес!
сов осадочного породо! и рудообразования. Учеб. пособие —
М.: ЭСЛАН. 2008 — 356 с.; ил.
ISBN 5!94101!198!9
Изложены самые современные сведения о методологии, ме!
тодике, сущности и практической результативности фундаменталь!
ного раздела литологии (науки об осадочных горных породах, их ге!
незисе и эволюции в геологической истории Земли), её важнейше!
го научного направления — генетической минералогии осадочных
образований континентов и океанов. Большое внимание концент!
рируется на минеральных парагенезах — индикаторах физико!хи!
мических (pH, Eh, T и P) обстановок осадко!, породообразования и
всевозможных внутрилитосферных породных изменений. Описаны
также типоморфные кристаллохимические признаки многих мине!
ралов, с учетом их принадлежности к определенным генетическим
типам осадков, фациям и осадочным геологическим формациям.
Описаны конкретные примеры и приемы комплексного исследова!
ния минеральных парагенетических ассоциаций совместно с лито!
лого!фациальными и стадиально!петрографическими реконструк!
циями условий формирования и постседиментационного измене!
ния различных осадочных и вулканогенно!осадочных комплексов и
свойственных им полезных ископаемых. На этих примерах читате!
лю показано, каким путем следует стремиться к научно обоснован!
ным палеографическим и палеотектоническим заключениям. По!
путно затронуты актуальные вопросы теории осадочного процесса.
Для студентов, магистрантов вузов и аспирантов, обучающихся
по направлению «Геология»; а также для преподавателей универси!
тетов и научных работников — геологов, геохимиков, геофизиков.
ISBN 5941011989 © Япаскурт О.В., 2008
ВВЕДЕНИЕ
Эта книга рассматривает актуальные методологические ас!
пекты литологии, которая представляет собой фундаменталь
ный раздел геологии, направленный на познание, в первую оче
редь генезиса осадочных горных пород (включая руды) и их ас
социаций, на раскрытие закономерностей их нахождения, усло
вий формирования и стадиальных процессов послеосадочного
(постседиментационного) изменения в верхних слоях земной
коры, а также на познание эволюции осадочного процесса в ге
ологическом прошлом нашей планеты.
К вышеперечисленным задачам причастна генетическая
минералогия осадочных и вулканогенно!осадочных образова!
ний континентов и океанов — научное направление в литологии,
основы которого были заложены в середине ХХ века учениками
одного из основателей этой науки, чл.!кор. АН СССР Леонида
Васильевича Пустовалова — А.Г. Коссовской и В.Д. Шутовым в
Геологическом институте АН СССР (ныне ГИН РАН). Они предло!
жили именовать это направление как геоминералогия. Она
изучает процессы формирования, существования и преобразо
вания минеральных парагенезов и свойственных им ключевых
минералов — индикаторов этих процессов в важнейших геоло
гических типах осадочных и метаосадочных пород верхней обо
лочки литосферы.
Здесь уместно дать предварительные пояснения читателю
о том, что предложенный А.Г. Коссовской и В.Д. Шутовым тер!
мин «геоминералогия» не нашел всеобщего признания у геоло!
гов и, прежде всего, у большинства минералогов. Тем не менее,
он импонирует своей лаконичностью, и будет использован в
дальнейшем тексте книги как аббревиатура. Приживется ли этот
термин — покажет будущее. Может быть, найдется иное, более
подходящее слово. Но само рассматриваемое здесь научное
направление достойно специфического наименования, потому
что в своем развитии, в отличие от минералогии классической,
шло не от отдельных минералов или их классов и групп, а от оп!
ГГееннееттиичч ее сс ккааяя ммиинн ее рраалл оо ггии яя 33
ределенных минеральных парагенезов, слагающих конкретные
генетические типы пород, которые в свою очередь образуют по!
следующие генетические иерархии — фации, макрофации и
формационные ряды. То есть для данного напрвления характе
рен системный подход к исследуемому природному объекту. Он
изучается совокупным сочетанием специфических методичес!
ких приемов, раскрывающих многие уровни организации при!
родной системы, прежде всего, три ее главных уровня, перечис!
ляемых ниже.
1. Генетический, фациальный и формационный анализы, выявля!
ющие (на уровне макронаблюдений) физико!географические
и палеотектонические обстановки и их эволюционирование в
периоды заложения, формирования и видоизменения структу!
ры исследуемого осадочного бассейна (ОБ).
2. Стадиальный анализ (выполняемый в основном на уровне оп!
тической и частично электронной микроскопии), который поз!
воляет применительно к каждому генетическому типу отложе!
ний выявить свойственные ему разновозрастные минераль!
ные парагенезы, характеризующие условия и процессы седи!
ментации, а также этапность постседиметационных измене!
ний осадка и породы.
3. Прецизионный структурно!кристаллохимический анализ и по!
знание типоморфной гетерогенности минералов!индикаторов
конкретных физико!химических обстановок седиментации и
термодинамических режимов постседиментационного лито!
генеза.
Из данного здесь перечня следует, что геоминералогия (ко!
торая в будущем может обрести иное наименование при сохра!
нении своей сути) опирается на основополагающие методы со!
временных литологических исследований. Их принципы см. в
главе 1. Опережая эти описания, замечу, что в нынешней лито!
логии (вообще) и геоминералогии (в частности) приоритетное
значение имеет генетический принцип исследования, т.е. рас!
крытие конкретных физико!химических, биохимических и био!
логических процессов (экзогенной и эндогенной природы), ко!
торые обусловили минерало! и породообразование, познание
их механизмов, а также условий и обстановок их реализации.
Они (процессы и условия) оставили свои следы, или признаки,
как бы закодированные в структурно!текстурных и веществен!
но!компонентных особенностях отдельных пород, а также в осо!
бенностях строения кристаллических решеток, политипии, изо!
морфизма и в др. свойствах слагающих эти породы минералов.
44 ОО..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
Сегодня профессионалы умеют диагностировать вышеупо!
мянутые породные и минеральные признаки: с помощью стади
ального анализа — выявлять следы минералообразующих
процессов и последовательной смены разных процессов в гео!
логическом прошлом, а методом генетического, литолого
фациального анализов — восстанавливать и определять усло!
вия и обстановки (ландшафтно!палеогеографические, палео!
климатические, палеотектонические), в которых выявленные
процессы осуществлялись. Передать эти навыки читателю и по!
казать их результативность на конкретных геологических про!
цессах — основная задача предложенной к Вашему вниманию
работы.
При ее написании, учтены содержания соответствующих
вышеупомянутому перечню курсов, читаемых студентам и маги!
странтам на кафедре литологии и морской геологии геологиче!
ского факультета МГУ, которая была создана в 1983 г. и изна!
чально возглавляема чл.!кор. АН СССР Петром Петровичем Ти!
мофеевым, а ныне (с 1990 г.) возглавляется автором. Он на про!
тяжении последних 20 лет ведёт разработанный им курс лекций
и лабораторных занятий «Стадиальный анализ литогенеза» для
студентов 3!го года обучения, объемом 64 часа, и издал по это!
му курсу соответствующие учебные пособия (Япаскурт, 1991,
1995, 2005). Другой курс «Геоминералогия» был разработан и
впервые в нашей стране внедрен также 20 лет тому назад быв!
шей тогда заведующей лаборатории геоминералогии ГИН АН
СССР, профессором А.Г. Коссовской. Она читала этот курс в
объеме 56 аудиторных часов также студентам 3!го года обуче!
ния вплоть до 1994 г., а затем передала чтение лекций автору.
Впоследствии, в процессе перехода факультета на 2!ступенча!
тую и многоцелевую форму обучения (бакалавры — магистран!
ты, 4 + 2 года, и параллельно дипломированные специалисты, 5
лет), были кардинально переработаны учебные планы специ!
альности «Геология» и ее специализаций «Литология» и «Мор!
ская геология». Для них курс «Геоминералогия» был перемещен
с 6!го на 9!ый учебный семестр, т.е. стал читаться магистрантам
1!го года обучения и студентам 5!го курса, где ему отведено 42
лекционных часа. По настоянию Методического совета геологи!
ческого факультета МГУ курсу было присвоено многословное
наименование: «Генетическая минералогия осадочных образо!
ваний континентов и океанов». При этом содержание дисципли!
ны принципиальных изменений не претерпело, будучи несколь!
ГГеенн ее ттиичч ее сс ккаа яя ммиинн ее рраалл оо ггиияя 55
ко подкорректированным и пополненным новейшими результа!
тами исследований в этой научной области.
Однако сведения о результатах работ по геоминералогии
остаются до сих пор рассредоточенными в малотиражных науч!
ных монографиях и в журнальной периодике, и настоящая книга
представляет собой первую попытку свести воедино, в рамках
учебного пособия, самое главное из достигнутого в работах по
данному направлению.
Автор посвящает книгу светлой памяти основателей гео!
минералогии (впервые употребившим в печати этот термин) с
которыми он при их жизни успел сотрудничать, у которых кон!
сультировался и учился — профессорам Анне Григорьевне Кос!
совской и Всеволоду Дмитриевичу Шутову. Имена многих дру!
гих их коллег и учеников с благодарностью упомянуты в даль!
нейшем тексте книги. Автор ссылается на выдержки из их ра!
бот. Он же использует опыт и результаты своих собственных по!
лувековых исследований по стадиальному и генетическому
анализам осадочных и метаморфических пород многих возрас!
тов (от докембрия до кайнозоя включительно) и многих регио!
нов: складчатых систем мезозоид Верхоянья, альпид Кавказа и
Горного Крыма, каледонид Казахстана, а также отложений чех!
ла Восточно!Европейского и Сибирского кратонов и Западно!
Сибирской плиты.
В заключение автор выражает глубокую признательность
своим коллегам по кафедре, морально поддержавшим его труд:
чл.!кор. РАН П.П. Тимофееву , профессорам В.Т. Фролову,
П.Н. Куприну и В.М. Сорокину, доцентам и преподавателям —
Е.В. Карповой, В.Л. Косорукову, Ю.В. Ростовцевой, Т.А. Шарда!
новой, научным сотрудникам — Н.И. Плюсниной, А.С. Полякову,
Н.Н. Клавдиевой, В.Л. Лукше, А.Г. Рослякову, Н.А. Соловьевой,
А.В. Зайцеву, М.Н. Щербаковой; а также ученым из возглавляе!
мой автором лаборатории литогенеза ГИН РАН — докторам на!
ук И.М. Симановичу, Н.А. Созинову, О.Г. Лазуру, В.В. Еремееву и
Ю.Г. Цеховскому.
Работа выполнена по теме Минобрнауки Российской Феде!
рации 2.1.1.1374 (2006–2008 гг.)
66 ОО.. ВВ .. ЯЯ ппаасс кк уурртт
Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ,
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
БАЗОВАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ
Глава 1. СУЩНОСТЬ И ИСТОРИЯ
ГЕОМИНЕРАЛОГИИ.
ЕЕ ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ.
Основоположница этого научного направления, А.Г. Кос!
совская (1980, 1985, 1993) (рис. 1.1) писала, что оно выросло из
генетической минералогии, рожденной трудами В.И. Вернад!
ского и А.Е. Ферсмана в первой четверти ХХ в., а главным стиму!
лом к обособлению упомянутого здесь направления стал прин!
ципиально новый для того времени методологический подход
Л.В. Пустовалова (1940) к изучению минералогии осадочных об!
разований. Сущность данного подхода сводилась к следующим
постулатам: 1 — познание процессов минералообразования
осуществляется обязательно с учетом геологической истории
объекта исследования, 2 — про!
изводится непременный учет
взаимосвязей осадочного мине!
ралообразования с фациально!
ландшафтными обстановками
седиментации, 3 — трактовка
генезиса минеральных образо!
ваний неприемлема в отрыве от
рассмотрения динамики всего
осадочного процесса, 4 — с
этой целью необходим стади!
альный анализ взаимоотноше!
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 77
Рис. 1.1. Профессор
Анна Григорьевна Коссовская
(1915–2000).
ний и признаков взаимодействия всех сосуществующих с изуча!
емым минералом компонентов осадка или осадочной горной
породы. Иными словами, при изучении любого минерала из
осадочной горной породы производится системный анализ об!
ширной информации, добытый на макро— и микроуровнях по!
левого и лабораторного исследования. А основу данной мето!
дики составляет генетический анализ результатов детального
послойного описания разрезов осадочного комплекса.
Внедрение упомянутых принципов в практику литологичес!
ких работ середины второй половины ХХ в. в нашей стране при!
несло ощутимые результаты, хотя вплоть до конца 70!х годов
это направление исследований не обрело своего теперешнего
наименования, и формально воспринималось как осадочная ге
нетическая минералогия, с ее разделами — терригенной мине!
ралогией и аутигенной минералогией. Начало практическому
внедрению принципов геоминералогии было положено работа!
ми самого Л.В. Пустовалова и его учеников (включая А.Г. Кос!
совскую) в 1943–1945 гг. по исследованию терригенных ком!
плексов карбона Подмосковного угольного бассейна с целью
нахождения там минерально!петрографических критериев для
выявления и коррелирования циклов седиментации в континен!
тальных и морских обстановках геологического прошлого. За!
тем, в 1949–1950 гг. работы такого же содержания были перене!
сены на кайнозойские нефтегазоносные отложения продуктив!
ной толщи Азербайджана. Здесь спектр исследований был су!
щественно расширен. Центр внимания сконцентрирован на
комплексном изучении породообразующих минералов — квар!
ца (исследователи Г.Г. Леймлейн и В.С. Князев, 1951), полевых
шпатов (В.Д. Шутов, 1956) и глинистых минералов (А.Г. Коссов!
ская). Были разработаны и опробованы новые специальные ме!
тодические приемы изучения типоморфных особенностей этих
минералов и прослежено распространение таковых в простран!
стве и во времени. Исходя из полученной такими способами
фактологической основы, формулировались новые принципи!
альные выводы о геологических условиях формирования про!
дуктивной толщи. В данном случае, как мы видим, работы по ми!
нералогии осадочных комплексов развивались в плане не опи!
сательного, а исторически!генетического направления, и были
нацелены на решение конкретных геологических задач.
Тот же принцип исследования окончательно закрепился и
определился в научное направление, начиная со следующего
88 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
этапа работ, которые были в начале 50!х гг. поставлены Л.В. Пу!
стоваловым по изучению минералогии и петрографии мезозой!
ских и верхнепалеозойских терригенных континентальных и
морских отложений Вилюйской впадины Сибирской платфор!
мы, Приверхоянского краевого прогиба и Верхоянской складча!
той области. Эти работы реализовали А.Г. Коссовская и В.Д. Шу!
тов (1955), а также А.Г. Коссовская, В.Д. Шутов и В.И. Муравьев
(1960) в тесном контакте с стратиграфическими исследования!
ми В.А. Вахрамеева и тектоническими Ю.М. Пущаровского в Ге!
ологическом институте (ГИН) АН СССР. В итоге окончательно
оформился новый методологический подход к осадочной мине!
ралогии, получивший название метода стадиальных парагене
тических минеральных ассоциаций (Коссовская, 1962, 1980).
Сущность его сводилась к тому, что породы терригенных фор!
маций рассматривались как определенные закономерные соче!
тания: а) обломочных породообразующих минералов — кварца,
полевых шпатов с сопровождающими их акцессориями; б) гли!
нистых минералов, служащих как бы промежуточным звеном
между обломочными компонентами — по их частому первично!
му происхождению в терригенных комплексах и аутигенными
минералами — по их способности глубоко трансформироваться
и давать новообразования, являющиеся индикаторами физико!
химических и термодинамических условий седиментогенеза и
постседиментационных преобразований, и в) аутигенных мине!
ралов, являющихся наряду со слоистыми тонкодисперсными
силикатами чуткими индикаторами обстановки формирования и
изменения пород. Целью этого подхода было установить гене!
тические связи обломочных, трансформированных и новообра!
зованных компонентов, равно как и их индикаторные характери!
стики, возникающие на разных стадиях осадочного цикла, начи!
ная от гипергенной мобилизации веществ!участников осадоч!
ного процесса, и кончая глубокими постседиментационными
изменениями, исчезновением качеств осадочных пород и пере!
ходом их в метаморфические образования. Было показано, что
только таким путем может быть установлена вся история фор!
мирования отложений, которые слагают определенные форма!
ционные комплексы, отражающие этапы развития данной гео!
логической структуры.
Внедряя в научные исследования данный подход, А.Г. Кос!
совская возглавила в ГИН АН СССР лабораторию аутигенной
минералогии, переименованную в конце 70!х гг. в лабораторию
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 99
геоминералогии (о выборе наименования см. ниже). Ее сотруд!
ники в течение 30!летнего периода осуществили ряд оригиналь!
ных исследований и опубликовали серию работ, не утративших
своей ценности и даже не до конца исчерпавших своего пред!
назначения вплоть до наших дней. Перечислим только главней!
шие из них. Большую значимость имеют работы А.В. Копелиови!
ча (1958 и др.), который дал классические образцы применения
стадиального анализа минеральных парагенезов к исследова!
нию стадийности постседиментационных преобразований пес!
чаников на примере рифейских и палеозойских отложений юго!
западных районов Русской плиты Восточно!Европейской плат!
формы. Высоко оценивая эту работу, А.Г. Коссовская подчеркну!
ла, что вместе с атласом микрофотографий данные там описа!
ния шлифов сделались своего рода эталонными схемами, кото!
рыми пользовались и пользуются литологи при описаниях пост!
седиментационных изменений песчаных пород. По этим схемам
обучался в свое время автор этой книги.
Стадиальный анализ, вначале применяемый только к изу!
чению отложений определенных регионов, несколько позднее
лег в основу исследований по проблеме основных типов мине!
ральных парагенезов или минеральных семейств терригенных
накоплений и связанных с ними полезных ископаемых. Цель
упомянутой проблемы — установить определенные закономер!
ности для сочетаний кластогенных и аутигенных минералов в
основных петрографических семействах песчаных пород (грау!
вакк, аркоз, олигомиктовых песчаников и др.) со сопровождаю!
щими их характерными минералогическими ассоциациями глин
в главнейших типах терригенных и вулканогенно!кластогенных
формаций разных климатических и тектонических зон (напри!
мер, угленосных и красноцветных терригенных формаций плат!
форм и складчатых областей) или в формациях, содержащих
разные полезные ископаемые (меденосных, хромоносных, фос!
фатоносных и др.). По этому направлению исследований со!
трудниками ГИНа были изучены парагенезы граувакк — сложно!
го семейства пород, являющегося как бы «мостиком», связав!
шим собственно терригенные и вулканогенные отложения (по!
дробно об этом в главе 9).
Затем внимание было сконцентрировано на кристаллохи!
мии силикатных минералов и их индикаторных признаках геоло!
гических процессов. Это сборники трудов (Физические методы
..., 1972; Кристаллохимия …, 1975; Природные цеолиты, 1980) и
1100 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт