Древние коры выветривания кристаллического фундамента

Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
ДРЕВНИЕ КОРЫ ВЫВЕТРИВАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФУНДАМЕНТА
ЕЛАБУЖСКОЙ ПЛОЩАДИ (СЕВЕРО-ТАТАРСКИЙ СВОД)
Е.Ю. Сидорова, Л.М. Ситдикова
Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань, [email protected]
Исследования Волго-Уральской антеклизы на основе глубокого и разведочного бурения
определили, что на данной территории широким распространением пользуются древние
коры выветривания (КВ), развитые по породам кристаллического фундамента и залегающие
под покровом отложений осадочного чехла. В геологическом отношении территория
Татарского свода является частью Волго-Уральской антеклизы и характеризуется почти
повсеместным развитием кор выветривания на поверхности фундамента (Лапинская, 1967). По
морфологическим признакам изучаемые коры выветривания относятся к следующим типам:
площадному, линейно-трещинному и трещинно-площадному.
В данной работе рассматриваются особенности минерального состава, формирования и
развития древних кор выветривания Елабужской площади Северо-Татарского свода. Мощность
коры выветривания в пределах данной площади варьирует от 1 до 10 м (Ситдиков, 1968).
Изучение кор выветривания проводилось по керновому материалу скважин глубокого бурения.
Для исследования применялся комплекс методов и анализов: оптико-микроскопический
метод, рентгенофазовый анализ (РФА), метод растровой электронной микроскопии (РЭМ),
электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и рентгеноспектральный флуоресцентный анализ.
Породы кристаллического фундамента, подвергшиеся выветриванию в пределах
изученных скважин Елабужской площади, представлены микроклиновыми, кварцплагиоклазовыми гнейсами и биотитовыми плагиогнейсами, в частности, по скв. 34 вскрыты
сильно измененные, тонкополосчатые биотитовые плагиогнейсы. Изученные породы состоят в
основном из плагиоклаза (олигоклаз-андезин) до 50 %, кварца 20 %, ортоклаза 15 %, биотита,
хлорита до 15–20 %. Плагиоклазы имеют гипидиоморфные, аллотриоморфные структуры, для
кварца характерны аллотриоморфные типы, в нем часто присутствуют минеральные и газовожидкие включения. По данным изучения установлено наличие двух генераций кварца: сильно
деформированный кварц с волнистым погасанием и кварц с блочным погасанием. Ортоклаз
117
VII Всероссийское литологическое совещание 28-31 октября 2013
сосcюритизирован, частично каолинизирован, с мелкими выделениями кальцита. Биотит часто
ассоциирует с хлоритом, образуя при этом биотит-хлоритовую массу. В чешуйках биотита в
процессе его хлоритизации или вермикулитизации по плоскостям спайности формируются
тонкие выделения рудного минерала (магнетита).
Выше по разрезу скважин с увеличением степени изменения пород происходит
постепенный переход к более измененным, выветрелым породам. Наиболее характерны
процессы интенсивной каолинизации, практически все зерна полевых шпатов замещены
каолинитом. В каолинитовой тонкочешуйчатой массе присутствуют обломки зерен кварца. В
этих интервалах более развиты процессы гидратации и выщелачивания, что сказывается на
увеличении глинистости пород и преобладании в минеральном составе глинистых минералов,
при этом содержание породообразующих минералов снижается за счет их замещения
глинистыми минералами.
Для более детального изучения пород коры выветривания изученной территории
проводилось их разделение на глинистую и «песчаную» фракции, при этом проводился анализ
как породы в целом, так и каждой фракции по отдельности. С помощью рентгенофазового анализа
изучались глинистая и «песчаная» фракции, при этом изготавливались ориентированные и
неориентированные препараты, соответственно. По данным РФА-анализа неориентированных
препаратов пород определены следующие минералы: кварц, полевые шпаты (ортоклаз),
хлорит, иллит и каолинит. Выше по разрезу КВ в минеральном составе «песчаной» фракции
преобладает кварц, в небольшом количестве содержится хлорит и кальцит. Доля кварца в
данной фракции возрастает в верхних горизонтах профиля выветривания, что связано с его
наибольшей устойчивостью к выветриванию по сравнению с другими породообразующими
минералами фракции, которые в процессе выветривания разрушаются и замещаются
глинистыми минералами (полевые шпаты, слюды).
На дифрактограммах ориентированных препаратов глинистой фракции фиксируются
хлорит, смешанослойная фаза иллит-смектит и каолинит. Кроме глинистых минералов
во фракции в виде тонкодисперсных примесей присутствует кварц, кальцит и ортоклаз.
Преобладающим минералом глинистого вещества изученной фракции является каолинит.
Снизу вверх по разрезу с увеличением степени выветрелости пород наблюдается и увеличение
глинистости, снижение в минеральном составе пород доли породообразующих минералов.
Верхние зоны коры выветривания отличаются повышением содержания каолинита
относительно других глинистых минералов, что обусловлено трансформацией глинистых
минералов, при которой конечным продуктом является каолинит.
По данным рентгенофлюоресцентной спектроскопии установлена связь глинистой
составляющей кор выветривания с содержанием в них урана и плутония, подсчитана их
относительная концентрация и изучено распределение по разрезу скважины в интервале глубин
1718–1733 м. Плутоний присутствует в образцах не повсеместно, наибольшая его концентрация
характерна для верхней части разреза коры выветривания (интервал глубин 1718–1719 м), при
этом нет зависимости содержания плутония от урана. Уран наблюдается во всех образцах,
распределение концентраций по разрезу неравномерное, максимум регистрируется в интервале
глубин 1725,5–1730 м. Выявлено, что глинистые минералы являются адсорбентом тяжелых
элементов, на что указывает большее значение их относительной концентрации в глинистой
фракции по сравнению с «песчаной».
Результаты ЭПР-исследований подтверждают наличие урана в образцах коры
выветривания, что выражается в появлении симметричного Е”-центра при обжиге проб при
350 °С, при котором непарамагнитные Е-центры переходят в парамагнитное состояние (Моисеев,
1985; Раков, 1989). Е”-центры образуются под действием природной ионизирующей радиации и
являются эффективными дозиметрами, датчиками радиоактивности пород (Лютоев, 2007).
Установлено, что в процессе выветривания, носящего сложный и стадийный характер,
породы кристаллического фундамента претерпевают значительные изменения в минеральном
составе, структуре и строении. Результатом выветривания становится формирование профиля
коры выветривания, состоящего из нескольких зон, постепенно переходящих друг в друга
118
Осадочные бассейны, седиментационные и постседиментационные процессы в геологической истории
(снизу вверх): дезинтеграции; цементации; гидратации и выщелачивания; окисления; вторичной
гидратации (Ситдикова, 2011).
Литература
Лапинская Т.А., Журавлев Е.Г. Погребенная кора выветривания фундамента Волго-Уральской
газонефтеносной провинции и ее геологическое значение. М.: Недра, 1967. 174 с.
Лютоев В.П., Виноградова Н.П., Глухов Ю.В., Котова Е.Н. Дефекты кристаллической структуры
породообразующих минералов как генетические метки метаморфических пород в разрезе Кольской
сверхглубокой скважины // Вестник МГТУ. 2007. Т. 10, № 1. С. 18–36.
Моисеев Б.М. Природные радиационные процессы в минералах. М.: Недра, 1985. 174 с.
Раков Л.Т. Поведение парамагнитных дефектов при термическом отжиге кварца // Кристаллография.
1989. Т. 34, № 1. С. 260–262.
Ситдиков Б.С. Петрография и строение кристаллического фундамента Татарской АССР. Казань:
КГУ, 1968. 436 с.
Ситдикова Л.М., Сидорова Е.Ю. Минералого-петрографические особенности коровой формации
фундамента Южно-Татарского свода // Георесурсы. 2011. № 1 (37). С. 13–15.
119