Генезис давсонита в каменноугольных отложениях Припятского прогиба

Припятский прогиб — одна из немногих тектонических структур, где обнаружены не только проявления, но открыты промышленные залежи давсонита (карбоната А1 и Na), который является ценным сырьём для получения А1, соды и цемента.

Были предложены седиментационная, постседиментационная, гидротермальная и грязевулканическая гипотезы генезиса давсонита в Припятском прогибе.

Практически все они исходят из того, что давсонит образовался в результате воздействия на алюмосиликатные породы гидрокарбонатнонатриевых растворов, богатых натрием и углекислотой, но отлича­ются представлениями об источниках этих растворов.

Согласно седиментационной гипотезе [1] содовые воды образовались при выветривании натрийсодержащих алюмосиликатов и их концентрирования благодаря сильной испарительной деятельности в периоды аридизации климата. Однако в Припятском прогибе во время накопления бокситоносных отло­жений климат был гумидным.

В соответствии с постседиментационной гипотезой [2] высокощелочные воды, обогащенные углекислотой и Na, продуцировали обогащенные органическим веществом покрывающие песчано-глинистые породы тульского горизонта. Проникая в породы бобриковского горизонта, они преобразовывали алюмосиликаты в давсонит. Как отмечала Н. А. Савченко [2] непременным условием формирования давсонита явилось присутствие глиноземсодержащих минералов (гиббсита, бёмита, нордстрандита), которые послужили источником глинозема для давсонита. Вторым обязательным условием образования давсони­та следует считать присутствие высокоминерализованных вод содового типа, т. е. вод, содержащих NaHC03 и (или) Na2C03. Такие воды могут иметь различное происхождение. Во-первых, к ним следует отнести высокосодовые воды аридной зоны, в которых происходило накопление эвапоритов содового типа. Во-вторых, высокоминерализованные содовые воды могли сформироваться в результате эпигенеза песчано-глинистых отложений. Этому благоприятствует генерация больших масс углекислоты в резуль­тате преобразования органического вещества, рассеянного в породах, или при окислении углеводородов. Происхождение углекислоты может быть биогенным, хемогенным, метаморфогенным и др. По её мне­нию, гидрокарбонатнонатриевые и сульфатные рассолы поступали из нижележащих соленосных толщ по разломам, что послужило причиной эпигенетических преобразований бокситов и замещения их карбона­тами (кальцитом, доломитом, сидеритом) и сульфатами (ангидритом, реже гипсом) с последующим бо­лее поздним образованием давсонита. Доказательством этого служит то, что давсонитовые руды на За­озёрной площади располагаются в виде линз вдоль разломных зон или на участках их пересечения, где разрез карбона наиболее полный, а верхневизейские отложения перекрыты породами среднего карбона. Таким образом, по её заключению, бокситы Припятского прогиба по своему генезису являются переотложенными осадочными образованиями, отложившимися в условиях озёр, болот, речных стариц, а давсонитизация бокситов произошла позднее, в результате воздействия на бокситы гидрокарбонатно­натриевых растворов, поступавших снизу по разломам. Однако, по данным В. П. Курочки [3], в зонах разломов давсонитовая минерализация уменьшается, так как перемещение минерализованных вод по разломам приводило к изменению обстановки и pH среды и к выщелачиванию давсонита в зонах разло­мов, при этом давсонит при выщелачивании переходил в гиббсит.

По мнению В. П. Курочки [3], исходным материалом для глинистых пород бобриковского горизонта были туфы и туффиты, преобразованные при гальмиролизе в глины монтмориллонитового состава, они же в свою очередь послужили при гидрогенезе исходным материалом для каолинита и давсонита. Одна­ко, по заключению Л. Ф. Ажгиревич [4], пирокластический материал является переотложенным и не иг­рает роли ни в осадконакоплении, ни в давсонитовой минерализации.

Согласно гидротермальной [5-7] и грязевулканической [8] гипотезам, содовые воды являются гидротермальными и поступали с больших глубин или из межсолевых и подсолевых отложений по разло­мам или в процессе грязевулканической деятельности. Однако, никаких следов грязевулканической дея­тельности в Припятском прогибе не обнаружено, и геологические условия прогиба не благоприятны для формирования грязевых вулканов. На Заозёрном поднятии все разломы глубокого заложения затухают в нижней соленосной толще и не проникают в надсолевые отложения через глинисто-галитовую подтол- щу. Внутричехольные разрывные нарушения, образованные в надсолевом комплексе при формировании межкупольного поднятия типа «щита черепахи», затухают в надсолевых девонских отложениях. Поэтому путей для миграции гидротермальных растворов в бобриковские отложения здесь нет. Противоречит гидротермальной гипотезе приуроченность давсонита к определённому стратиграфическому уровню со специфическим набором пород и минералов, накопившихся в озёрных водоёмах, приуроченных к ком­пенсационным синклиналям, и уменьшение содержания давсонита в зонах разломов.

При изучении залежей и рудопроявлений давсонита в Припятском прогибе не обращалось должного внимания на их тектоническую и палеотектоническую позицию. На Заозёрном месторождении залежи расположены на северном и южном крыльях антиклинального поднятия типа «щита черепахи». Но в па- леотектоническом плане они приурочены к вторичным компенсационным синклиналям, которые форми­ровались на далеких крыльях соседних Николаевского и Каменского соляных поднятий в результате те­чения соли от их склонов к сводам. Эти компенсационные синклинали контролировали озёрные водо­ёмы, в которых накапливались радаевские и богутичские отложения увеличенной мощности. В районе Осташковичской скв. 11-к рудопроявление контролируется первичной компенсационной синклиналью, которая формировалась в гостовское и богутичское время на южном склоне Осташковичского соляного поднятия. В сводах соляных массивов в это время каменная соль выходила на поверхность и подверга­лась выщелачиванию, в результате чего формировалась насыщенная нефтью брекчия кепрока, сложенная брекчированными в процессе галокинеза глинисто-карбонатными, карбонатными и сульфатными поро­дами внутрисолевых прослоев. Выход брекчии кепрока на поверхность во время регионального перерыва в осадконакоплении в предтульское время подтверждается залеганием тульских отложений на брекчии кепрока на Копаткевичском предверхневизейском криптодиапире.

Выявление приуроченности залежей и рудопроявлений давсонита к компенсационным синклиналям, формировавшимся на далеких склонах соляных поднятий, подтверждает представления, что они отно­сятся к лимногенному типу и седиментогенному и раннедиагенетическому подтипам. Залежи давсонита формировались в содовых озёрах под воздействием высокощелочных растворов, содержащих карбонаты и бикарбонаты Na, на алюмосиликаты коры выветривания, переотложенные в водоёмах компенсацион­ных синклиналей. Содовые воды могли формироваться в результате карстования пород верхней соле­носной толщи в сводах окружающих соляных криптодиапиров, где она в это время выходила на поверх­ность и подвергалась размыву с образованием брекчии кепрока, пропитанной нефтью.

Наличие сульфатов, карбонатов и углеводородов в брекчии кепрока соляных криптодиапиров даёт основание полагать, что они были источником содовых вод.

Ю.В. Баталин и др. [9], Е.Ф. Станкевич и Ю.В. Баталин [10] считают, что возможно частичное пре­образование силикатных пород в давсонитоносные под воздействием высокощелочных содовых вод гид­рокарбонатнонатриевого состава, сформировавшихся под влиянием окисления углеводородов и генера­ции больших количеств углекислого газа.

Образование гидрокарбонатнонатриевых содовых вод может быть связано с взаимодействием суль­фатнонатриевых вод с известняками [11].

При всем многообразии источников и условий образования содового компонента обращает на себя внимание парагенезис наиболее крупных скоплений давсонита и соды с концентрированными скопле­ниями органического вещества — углей и битумов [12].

Известен процесс, формирующий содовый компонент — взаимодействие углеводородов с сульфат­ным компонентом природных вод: C6Hi206 + 3Na2S04 = 3C02 + 3Na2C03 + 3H2S +3H20.

Анализ материалов по месторождениям и проявлениям давсонита свидетельствует о том, что давсо­нит образуется под воздействием высокощелочных растворов, содержащих повышенные количества уг­лекислоты, карбонатов и бикарбонатов Na, на алюмосиликатные и глиноземные минералы. Давсонит может образоваться из альбита, слюды, монтмориллонта при их взаимодействии с водным раствором, содержащим С02 [13].

Анализ материалов по структурной позиции залежей и проявлений боксит-давсонитовых руд в При­пятском прогибе и установление их приуроченности к компенсационным синклиналям, формировав­шимся на крыльях соляных криптодиапиров, в сводах которых в это время выходила на поверхность брекчия кепрока, сложенная карбонатами и сульфатами, пропитанными нефтью, даёт основание пола­гать, что содовые воды формировались при взаимодействии сульфатов и карбонатов брекчии кепрока с углеводородами, а давсонит образовался в компенсационных синклиналях в процессе взаимодействия этих вод с переотложенными в них алюмосиликатными породами коры выветривания. Петрографиче­скими исследованиями установлено минимум две генерации давсонита, причем первая генерация обра­зовалась по тонкодисперсному каолиниту, вероятно, в результате его взаимодействия с карбонатом Na, который образовался при взаимодействии углеводородов с сульфатным компонентом вод.

Подобную модель формирования давсонита в Припятском прогибе можно назвать галокинетической, поскольку она объясняет формирование содовых растворов процессами выщелачивания каменной соли, сульфатных и карбонатных пород нефтенасыщенной брекчии кепрока в сводах соляных криптодиапиров, образованных в результате галокинеза (течения соли) в галитовой подтолще фаменской соленосной тол­щи. Эта модель была предложена нами в 1997 г. [15]. Проведёнными сотрудниками Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук геохимическими исследова­ниями [13, 16] была подтверждена модель образования давсонита на Заозёрном поднятии в результате воздействия на алюмосиликатные породы хлоридно-натриевых рассолов, образованных при выщелачи­вании нефтенасыщенных пород галитовой субформации в брекчии кепрока соляных криптодиапиров. По их заключению выполненное моделирование систем «алевропесчаные, глинистые породы—вода», от­крытых по углекислоте и кислороду при 25 °С показало, что формирование ассоциации «давсонит + кварц +каолинит» на Заозёрном месторождении происходило при воздействии на терригенные осадки хлоридно-натриевых рассолов концентрации более 100 г/л Н20, насыщенных углекислотой при парци­альном давлении С02 более 0,5 бар. Эти рассолы образовались при выщелачивании пород брекчии ке­прока в сводах соляных куполов.

По данным авторов этой статьи образование давсонита в каолинитовых осадках происходило по ре­акции: Al2Si209H4 (каолинит) + Н20 + С02 (газ) + 2Na = 2NaAlC03(0H)2 (давсонит) + 2Si02 + 2Н+, а так­же дополнительно в каолинит-бокситовых осадках по реакции:

АЮОН (бёмит) + Н20 + С02 (газ) + Na+ = NaAlC03(0H)2 (давсонит) +Н+.

Принятие галокинетической модели формирования залежей давсонита в Припятском прогибе даёт чёткие критерии для поисков новых залежей в каменноугольных отложениях. Они приурочены к ком­пенсационным синклиналям, выполненным гостовскими и богутичскими отложениями нижнего визе, и расположенными в синклинальных зонах, окруженных соляными криптодиапирами с брекчией кепрока в сводах. В современном структурном плане такие синклинали расположены на крыльях межкупольных поднятий типа «щита черепахи» и на широких крыльях синклинальных зон.

1. Дмитриев Ф. Л., Курочка В. П., Маевская Н. Д. и др. Давсонит в нижнекаменноугольных отложениях При- пятской впадины в Белоруссии // Пробл. генезиса бокситов. М.: Недра. 1975. С. 291—302.
2. Савченко Н. А. Условия формирования боксит-давсонитовых пород Припятского прогиба // Пробл. минера- гении платформ, чехла и кристалл, фундамента БССР. Минск: БелНИГРИ. 1986. С. 134—141.
3. Курочка В. П., Зыков И. А., Зингерман А. Я. и др. О направлении поисков давсонита на Заозёрной площади Припятской впадины // Пробл. поисков твёрдых полез, ископаемых в БССР. Минск: БелНИГРИ, 1977. С. 21—28.
4. Ажгиревич Л. Ф., Матвеева Л. И. Палеогеографические и палеогидрохимические условия формирования давсонитсодержащих пород Белоруссии//Геохим. методы корреляции. Минск: Наука и техника. 1982. С. 80—87.
5. Бирина Л. М. Давсонит в коре выветривания карбона Белоруссии//Литология и полез, ископаемые. 1973. № 1. С. 113—117.
6. Курочка В. П. О генезисе, закономерностях размещения и направлениях поисков давсонита в Припятской впадине // Полез, ископаемые Белоруссии. Минск, 1975. С. 66—76.
7. Бобров Е. Т., Щипахина И. Г. Генезис давсонита Русской платформы и её обрамления // Полез, ископаемые в осадоч. толщах. М.: Наука, 1981. С. 100—125.
8. Кудельский А. В., Бурак В. М. Газовый режим Припятского прогиба. Минск: Наука и техника, 1982. 174 с.
9. Баталин Ю. В., Станкевич Е. Ф., Касимов Б. С. и др. Давсонит и перспективы его поисков в СССР // Сов. геология. 1975. № 3. С. 30—33.
10. Станкевич Е. В., Баталин Ю. В. О распространении и происхождении давсонита // Литология и полез, иско­паемые. 1976. № 3. С. 108—117.
11. Перельман А. И. Геохимия эпигенетических процессов. М.: Недра, 1968. 332 с.
12. Азизов А. И. Важнейшие закономерности размещения и образования давсонитов // Литология и полез, иско­паемые. 1986. № 5. С. 89—94.
13. Рыженко Б. Н. Формирование давсонитовой минерализации. Термодинамический анализ. Альтернативы // Геохимия. 2006. № 8. С. 902—907.
14. Курочка В. П., Войтов А. П., Фролов Г. Н. Алюминий-органический комплекс и его роль в образовании дав­сонита // Поиски твёрдых полез, ископаемых в БССР. Минск: БелНИГРИ. 1984. С. 102—105.
15. Конищев В. С. Тектонические закономерности формирования и размещения залежей давсонита в Припят­ском прогибе//Минерально-сырьевая база Республики Беларусь: состояние и перспективы: Тез. докл. научно-технич. конф., посвящ. 70-летию БелНИГРИ. 22—24 окт. 1997 г. Минск: БелНИГРИ, 1997. С. 107—109.
16. Лиманцева О. А., Махнач А. А., Рыженко Б. Н., Черкасова Е. В. Формирование давсонитовой минерализации Заозёрного месторождения давсонита (Беларусь) //Геохимия. 2008. № 1. С. 69—83.

Автор: В.С. Конищев
Источник: Актуальные проблемы геологии и поисков месторождений полезных ископаемых: Материалы V Университетских геологических чтений. ― Минск: БГУ, 2011. С. 41-44.