Минеральный состав современных донных осадков каспийского

VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СОВРЕМЕННЫХ ДОННЫХ ОСАДКОВ
КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Н.В. Козина
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, [email protected]
Изучение минералогии современных донных осадков является одним из приоритетных
направлений в исследовании процессов осадконакопления в морях и океанах и позволяет более
детально познать процессы современного осадкообразования. Минералогические исследования,
которые характеризуют вещественный состав осадков, дают возможность выяснить
особенности распределения минеральных видов по площади бассейна, выделить терригенноминералогические провинции и установить их связь с основными источниками поступления
обломочного материала, а также определить влияние гидродинамического режима в бассейне.
В данной работе анализ минералов крупноалевритовой подфракции (0,1–0,05 мм; 2,89 г/см³)
применен к современным донным осадкам Каспийского моря с дальнейшим определением
питающих провинций и путей переноса осадочного вещества.
В рамках проекта «Система Каспийского моря» под руководством академика
Лисицына А.П. мы продолжаем изучать литологию донных осадков Каспийского моря, дополняя
более ранние работы по осадкообразованию Каспийского моря (Батурин, 1934; Кленова, 1956;
Алексина, 1962; Хрусталев, 1978; Холодов, 1989).
Основой для работы послужили материалы экспедиций на НИС «Рифт» в 2008, 2010 и
2012 годах. Пробы современных донных осадков Каспийского моря были собраны при помощи
дночерпателя Океан-10. Всего было проанализировано более 60 проб. Поверхностные донные
осадки были разделены по стандартной методике Петелина до фракции 0,1–0,05 мм, которая
является наиболее информативной для исследования минералов тяжелой подфракции. Проба
крупноалевритовой размерности (0,1–0,05 мм) разделялась на легкую и тяжелую подфракции
при помощи тяжелой жидкости бромоформ. Минералы тяжелой подфракции закреплялись
на стеклянные пластинки при помощи канадского бальзама с показателем преломления
1,55 и изучались под оптическим микроскопом. В каждой пробе подсчитывалось 300–400
зерен. Относительное содержание каждого минерала высчитывалось как процент от общего
количества зерен минералов, определенных в пробе. Для проверки достоверности данных по
отдельным образцам были сделаны параллельные анализы в иммерсионных жидкостях.
Донные осадки Каспийского моря являются сложными в литолого-минералогическом
отношении образованиями. Алевритовую фракцию современных отложений образуют
минеральные компоненты двух групп: терригенные и аутигенные. Терригенные минералы
составляют основу алевритовой фракции и представлены более чем 30 компонентами. Среди
аутигенных минералов выделены пирит, гипс и карбонат кальция.
На основе минералогического анализа тяжелой подфракции донных осадков Каспийского
моря на площади данной акватории выделено 9 минералогических провинций:
1. Северный Каспий можно отнести к эпидот-амфибол-гранатовой провинции (Хрусталев,
1978). Основным источником терригенных компонентов в этом районе являются выносы рек
Волги и Урала. Для этой провинции характерно повышенное содержание ильменита, циркона,
эпидота, роговой обманки и минералов кианит-силлиманитовой групп, указывающих на
доминирующее поступление материала с Русской платформы. Кроме того, значительные
количества эпидота, граната и роговой обманки поставляют Уральские горы. Осадки Северного
16
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
Каспия характеризуются наличием плохо транспортируемых минералов: устойчивые
минералы, рудные минералы и ставролит. Анализ распределения минералов тяжелой фракции в
современных донных осадках Северного Каспия показывает их неоднородный минералогический
состав и вариации, как в количественном, так и в качественном отношении. Рассматриваемое
распределение зависит от местоположения источников обломочного материала, степени
транспортабельности минералов, а также морфологии дна и гидродинамических условий.
2. Северная зона Среднего Каспия относится к амфибол-эпидот-гранат-цирконовой
провинции. Она характеризуется большими содержаниями ряда минералов: ильменита,
граната, циркона, рутила, турмалина, сфена, роговой обманки, пироксенов, эпидота, ставролита
и кианита. Основным источником терригенных компонентов в этом районе являются выносы
р. Волга, которые и создают повышенные содержания минералов в отложениях данного участка.
Повышенное содержание циркона и кианит-силлиманитовой группы указывает на привнос
материала с Русской платформы (Хрусталев, 1978, 1989).
3. Западную зону Среднего Каспия можно отнести к амфибол-биотит-кианитовой
провинции. Для нее характерно наличие таких минералов, как роговая обманка, биотит, кианит,
пироксены, представленные авгитом и диопсидом, хлорит, апатит, рудные минералы (магнетит,
ильменит) и незначительное количество устойчивых минералов (гранат, циркон). Концентрация
пироксенов постепенно увеличивается с севера на юг. Основным источником терригенных
компонентов является терригенный материал, поступающий с горными реками Кавказа.
4. Восточная зона Среднего Каспия относится к слюдисто-эпидот-гранат-цирконовой
провинции. В группе слюд отмечены две разновидности: калиево-натриевые слюды (группа
мусковита) и магнезиально-железистые слюды (группа биотита). Для минерального комплекса
алевритовой фракции современных отложений этой зоны характерно наличие слюд (биотита
и мусковита), эпидота, рудных минералов (ильменита, магнетита), устойчивых минералов
(граната, циркона, сфена, рутила и турмалина), минералов метаморфических пород (кианит,
ставролит, силлиманит) и аутигенных минералов (гидроокислов железа и пирита). Если
говорить об основной массе алевритовой фракции, то она сложена карбонатом и слюдами, в
меньшей степени кварцем. Матовые зерна кварца характеризуются хорошей окатанностью,
которая больше нигде не встречается. Это указывает на долгий и дальний перенос материала.
Минеральное питание этой зоны осуществляется за счет эолового переноса материала из
пустынь. В работе С.В. Бруевича и М.П. Гудкова (1954) был исследован минеральный состав
эоловой пыли в одной пробе. В ней было установлено присутствие рудных минералов,
турмалина, циркона, рутила и эпидота. Еще одним источником поступления терригенного
материала является абразия береговых отложений, а также перенос материала из южной части
моря течением. Специфической особенностью многих минеральных зерен тяжелой фракции
рассматриваемой зоны является полное обрастание их аутигенным кальцитом, что характерно
для аридных условий.
5. Центральная зона Среднего Каспия относится к слюдисто-эпидот-амфибол-пиритовой
провинции. Она занимает почти всю Дербентскую котловину и подножье прилегающего к ней
восточного склона. Минеральный состав современных отложений этой зоны характеризуется
большим содержанием биотита, мусковита, роговой обманки, эпидота, ильменита и небольшими
концентрациями устойчивых минералов и минералов метаморфических пород; формированием
аутигенных пирита и гидрооксидов железа. Центральный район, наиболее глубокий район в
море, здесь отлагаются легкие и транспортабельные минералы. Кроме этого, на центральную
часть Среднего Каспия оказывает влияние мощный речной сток р. Волги, которая поставляет
в Дербентскую впадину терригенный материал, принесенный с Русской платформы. Большое
влияние оказывает эоловый перенос терригенных компонентов из пустынь, поставляющий
значительное количество слюды в глубоководную часть моря. Также отмечается влияние
большого количества западных горных рек, которые поставляют пироксены, роговую обманку,
биотит, кианит, апатит, т.е. минералы магматических и метаморфических пород. Нельзя не
отметить влияние различных биохимических процессов, накопление аутигенных минералов.
6. Зона около Апшеронского порога относится к слюдистой провинции. В ней слюда
является ведущим минералом, ее количество составляет более 40 %. Помимо слюды,
17
VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
минеральный состав тяжелой фракции этих отложений характеризуется наличием ряда
минералов: пироксенов, эпидота, кианита, апатита, а также незначительных содержаний рудных
и устойчивых минералов. Кроме терригенных минералов присутствуют и аутигенные минералы:
гидрооксиды железа и пирит. Основным источником терригенного материала является эоловый
перенос из пустынь и размыв береговых отложений Апшеронского полуострова. Кроме этого,
отмечено небольшое влияние западных рек, поставляющих пироксены, роговую обманку и
кианит.
7. Западную зону Южного Каспия можно отнести к пироксен-амфибол-кианитовой
провинции. Западная зона охватывает шельф и склон, прилегающий к западному побережью
Южного Каспия. Для нее характерно повышенное содержание пироксенов, амфиболов, биотита
и кианита; встречены эпидот, гранат, циркон и рудные минералы. Источниками терригенных
компонентов этой провинции являются выносы рек Куры и Аракс.
8. Восточная зона Южного Каспия относится к эпидот-амфиболовой провинции (Кленова,
1956). Минеральный состав провинции отличается высокими концентрациями эпидота
(до 42 %) и амфиболов (до 22 %), которые представлены не только роговой обманкой, но и
актинолитом, и тремолитом. Также присутствуют слюды, ильменит, магнетит. Образование
такого минерального комплекса связано с размывом в береговых обрывах изверженных и
эффузивных пород, представленных кварцево-диоритовым порфиритом, кварцево-слюдистым
диоритом, гранитами, кристаллическими сланцами. Кроме этого, осуществляется размыв
берегов и продуктов разрушения кристаллических сланцев Иранского нагорья (Артюнова,
1957).
9. Центральная зона Южного Каспия относится к биотит-пирит-амфиболовой провинции.
Она располагается в Южной глубоководной котловине. Эта зона отличается высоким
содержанием пирита, гидрооксидов железа, биотита, роговой обманки, роль устойчивых
минералов сильно снижается. В Южной глубоководной впадине преобладающими минералами
являются слюда, пирит, пироксены, амфиболы; в небольшом количестве присутствуют
устойчивые и рудные минералы, а также эпидот. На осадкообразование и поступление
терригенного материала оказывает влияние большое количество факторов. Основной объем
материала поступает с запада с многочисленными горными реками, хорошо транспортабельный
материал приносится эоловым путем из пустынь, большое влияние оказывают выбросы
грязевых вулканов, незначительное влияние — сток р. Волги.
Анализ распределения минералов в современных донных осадках Каспийского моря
показывает следующее:
○ На акватории Каспийского моря выделяются 9 минералогических провинций.
○ Донные отложения Каспийского моря характеризуются полиминеральным составом.
Этот неоднородный минеральный состав варьирует как в количественном, так и в качественном
отношениях, подчиняясь определенным закономерностям, что находит свое отражение в
выделенных минералогических провинциях.
○ Формирование минералогического состава донных осадков Каспийского моря зависит
главным образом от поступления терригенного материала в бассейн. Источниками питания
терригенного материала являются: выносы р. Волги на севере Каспийского моря, поставка
большого количества терригенного материала западными кавказскими реками, поступление
эолового материала с востока, где расположены пустыни. Кроме того, на осадкообразование
и поступление терригенного материала оказывают влияние выбросы грязевых вулканов.
Определенную роль играет также разнос материала течениями.
○ Исходя из гидродинамической устойчивости минералов, выявляется тенденция
обогащения прибрежных, мелководных, хорошо отсортированных осадков минералами
устойчивой группы, а тонких, глубоководных донных отложений — минералами группы
амфиболов и слюд.
○ Выявлено повсеместное преобладание минералов легкой фракции (не менее 97 %).
Кварц, полевые шпаты и карбонаты являются осадкообразующими минералами поверхностного
слоя Каспийского моря. Установлена определенная закономерность между гранулометрическим
18
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
составом осадка и долей минералов тяжелой фракции в нем. В песчаных отложениях выход
тяжелой фракции составляет 2–3 %, в глинистых — менее 1 %.
Алексина И.А. Осадки и рельеф подводного склона восточного побережья средней части
Каспийского моря // Геологическое строение подводного склона Каспийского моря. М.: Изд-во АН СССР,
1962. С. 122–193.
Артюнова Н.М. Вещественный состав донных отложений северной части Каспийского моря // Тр.
ГОИН. 1957. Вып. 34. С. 161–188.
Батурин В.П. К петрографии аллювия рек Союза: Река Кура // Бюл. МОИП. Отд. геол. 1934. Т. 12,
№ 3. С. 10–28.
Безруков П.Л., Лисицын А.П. Классификация осадков современных морских водоемов // Тр. ИО
АН СССР, 1960. Т. 32. С. 120–168.
Геолого-геоморфологические исследования Каспийского моря. М.: Наука, 1983.
Кленова М.В., Ястребова Л.А. Осадки северной части Каспийского моря // Современные осадки
Каспийского моря. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 242–271 с.
Холодов В.Н., Хрусталев Ю.П., Лубченко И.Ю. и др. Каспийское море: Проблемы седиментогенеза.
М.: Наука, 1989. 184 с.
Хрусталев Ю.П. Закономерности осадконакопления во внутриконтинентальных морях аридной
зоны. Л.: Наука, 1989. 261 с.
Хрусталев Ю.П. Закономерности современного осадконакопления в Северном Каспии. Ростов
н/Д: Изд-во Ростов. ун-та, 1978. 208 с.
19