книги из ГПНТБ / Применение математических методов в исследовании рассеянных компонентов осадочных пород

ПРИМЕНЕНИЕ

МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ В ИССЛЕДОВАНИИ

РАССЕЯННЫХ КОМПОНЕНТОВ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

ИЗДАТЕЛЬСТВО КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

1974

Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Казанского университета

Научный редактор проф. В. А. Полянин

В сборнике рассматриваются различные приемы применения математиче­ ской статистики для раскрытия геологических и минералого-геохимических закономерностей размещения полезных ископаемых в осадочных отложениях.

Разработана детальная классификация фосфоритовых конкреций для целей математического анализа. Рассмотрено геохимическое распределение фосфора и других рассеянных элементов. Применена математическая статис­ тика для уточнения фациальных взаимоотношений в верхнепермских отложе­ ниях и для решения других геохимических и прикладных вопросов.

Книга рассчитана на геологов, геохимиков и студентов старших курсов, специализирующихся в области применения математических методов при изу­ чении осадочных отложений.

(£) Издательство Казанского университета, 1974 г.

В. А. Полянин

СТРУКТУРНО-ТЕКСТУРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КОНКРЕЦИОННЫХ МЕЗОЗОЙСКИХ ФОСФОРИТОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

В в е д е н и е

Математические методы исследований геологических объек­ тов находят 'себе все более широкое применение. Для их исполь­ зования прежде всего необходимо 'выявление качественных и ко­ личественных показателей, позволяющих определять соотноше­ ния однозначной информации. При исследовании вещественного состава полезных ископаемых чаще всего обрабатываются дан­ ные количественного содержания спектральных, химических или минералогических компонентов статистическим методом, резуль­ таты которого в дальнейшем и используются для качественной оценки сырья, выявления корреляционной связи компонентов, законов их распределения и т. д. Однако при этом недостаточно учитываются или не используются показатели, определяющие взаимоотношения минералов, их структурно-текстурные группи­ ровки и пара1генетические связи. Между тем они могут иметь важное значение для выбора исходной 'Информации и последую­ щей статистической обработки.

■При исследовании мезозойских конкреционных фосфоритов мы пытались выявить такие их признаки, в которых отражались бы качественные и количественны^ соотношения компонентов, используя которые в дальнейшем можно было бы найти рацио­ нальный прием математической их обработки.

Предложенная нами ниже структурно-текстурная классифи­ кация фосфоритовых конкреций разработана с учетом веществен­ ного их 'состава и происхождения, поэтому отражает разные при­ знаки фосфоритовых конкреций и может показаться на первый взгляд громоздкой.

Однако она составлена с таким расчетом, что отдельные ее показатели — недостоверные или невыясненные — могут быть опущены и характеристика типов конкреций упрощается в гра­ ницах твердо установленных показателей, которые группируются в формулу, пригодную для расчетных целей.

•3

Настоящая статья имеет скорее методическое 'значение, ее нельзя считать законченной. Однаио она составлена на большом фактическом материале, который мы надеемся опубликовать в будущем.

Некоторые особенности геологического залегания конкреционных фосфоритов

Для выполнения настоящей работы нами были собраны и изу­ чены образцы фосфоритовых конкреций из мезозойских отложе­ ний ряда месторождений Русакой платформы. Частично они бы­ ли собраны непосредственно на фосфоритовых месторождениях Вятско-Камского бассейна и Среднего Поволжья, частично полу­ чены от В. И. Беляева из альб-сеноманеких отложений Воро­ нежской области и от Т. И. Степановой и Л. И. Горбуновой из Егорьевского и других месторождений Центрально-Европейской части СССР.

Все изученные образцы 'взяты из месторождений, возникаю­ щих в платформенных условиях и по особенностям своего зале­ гания фосфориты обычно относятся к желваковому типу, для которых характерно накопление фосфора в слое в виде 'разно­ образных конкреций. Промышленные месторождения фосфори­ тов образуют отчетливо стратифицированные продуктивные горизонты, приуроченные к верхним 'слоям верхнеюрских (волж­ ский ярус) и нижним слоям нижнемеловых отложений. Кроме того, конкреционные выделения фосфата в небольшом количе­ стве встречаются почти по всему разрезу верхнеюрских и мело­ вых отложений, распространяясь и выше в палеогеновые обра­ зования.

Кроме конкреционных обособлений, в продуктивных фосфо­ ритовых 'Слоях наблюдается повышенная концентрация фосфора и в их цементной массе достигающая иногда нескольких процен­ тов; фосфат здесь сложно рассеян среди песчано-глинистой массы, распределяясь в составе зерен глауконита, карбонатов и кремней, микроконкрециях, в скрытой пленочной и других фор­ мах.

Конкреционные фосфориты наблюдаются в породах самого разнообразного состава: глинистых, мергелисто-карбонатных, глауконитовых и песчано-обломочных, что явно свидетельствует о том, что концентрация и выпадение фосфора в осадок не огра­ ничивалось специфическими процессами определенного литоло­ гического типа осадкообразования, хотя связь концентраций фосфора с изменением фациалвно-литологичеоких условий обра­ зований продуктивных слоев на отдельных месторождениях (Вятско-Камокий бассейн, Егорьевское) отчетливо проявляется.

Отсюда вытекает очень важная особенность в составе и строе­ нии фосфоритовых конкреций: они очень разнообразны по своим структурно-текстурным признакам и составу минералогических примесей.

Л

Кроме того, следует отметить, что фосфоритовые конкреции обычно залегают среди песчано-алевритовых прослоев, находя­ щихся в толще глинистож арбонатных пород, что свидетельствует о повышенной роли донных течений в концентрации фосфорито­ вых конкреций.

В связи с этим для целей первичной диагностики и характе­ ристики состава фосфоритовых конкреций приобретает особое значение классификация и микроскопическое изучение их внут­ реннего строения, в (составе которого и консервируются все первичные особенности формирования и преобразования конкре­ ции в условиях ее диагенетичеокой консолидации. Внешняя связь конкреции с окружающей ее породой часто оказывается нарушен­ ной или обновленной в результате переотложения. В связи с этим мы различаем следующие взаимоотношения конкреций с вме­ щающими их породами:

1) первично-залегающие in situ без смещения и в среде диагенетичвокого преобразования материнской породы;

2) смещенные-погруженные или повернутые в материнском

слое в условиях еще слабо консолидированного (Материнского

осадка;

3)переотложенные, отмытые и сгруженные на недалекое расстояние вместе с осадками вмещающих материнских пород;

4)перемытые в результате транспортировки конкреций дон­ ными течениями и вновь переосажденные в слое, потерявшие

прямую связь с первичной (материнской породой.

Расшифровка условий залегания конкреций фосфоритов в слое имеет важное значение для их производственной и генети­ ческой характеристики. Фосфоритовые конкреции (редко зале­ гают in situ, в этом случае они имеют фосфатизированную ото­ рочку, бугорчатые выступы, 'сложные рогулыковидные конкре­ ционные срастания и даже образуют жилковидные отростки. Мы наблюдаем их в разрезах Вятско-Камских месторождений.

Смещенные конкреции в слое обнаруживают признаки нару­ шений, трещинки разрыва между конкрециями, отрыв их по не­ ровной поверхности или резкую границу с вмещающими порода­ ми, а иногда и нарушение «зпродавливания» последних.

Переотложенные и отмытые конкреции (возникают в резуль­ тате частичного удаления и разрушения поверхности фосфатизированного слоя. При этом остаточные конкреции беспорядочно сгруживаютоя в основании (слоя, частично перекатываются или обрабатываются с поверхности донным течением. Процесс этот, как видно, происходит главным образом путем гравитационного смещения конкреции и накопления их .в продуктивном слое за счет вымывания и переотложения осадка из вмещающих пород. По-видимому, процесс этот может происходить и во время диагенетичеаких преобразований самих конкреций еще в рыхлом осад­ ке, а фосфат, перемытый в комках и сгустках, вновь цементиру­

5

ется в конгломерат-брекчию, известную под названием фосфо­ ритовой плиты.

Отдельно перемытые конкреции фосфоритов образуют типич­ но-гравийно-галечные отложения, которые залегают в базальном слое или образуют линзовидные залегания среди песчано-глауко­ нитовых пород.

Как видно, особенности залегания конкреций свидетельствуют

отом, что процесс формирования промышленных концентраций

вфосфоритовом месторождении является сложным, и поэтому следует отчетливо различать процессы конкреционного фоефоритообразования от процессов формирования продуктивного место­ рождения. Образование конкреций происходит только в резуль­ тате диагенетических преобразований фосфата в самой материн­ ской породе, тогда как за счет их локальных перемещений возни­ кают наиболее значительные месторождения (Вятско-Камский бассейн, Егорьевское). Перемытые обломочные конкреции обра­ зуют скопления небольших и бедных по содержанию фосфори­ товых конкреций, слои или линзы, залегающие в условиях мелко­

водно прибрежных, песчаных осадках- и на приподнятых струк­ турах (часть месторождений: Татария, Среднее Поволжье, Во­ ронежская область).

Формирование продуктивных промышленных месторождений конкреционных фосфоритов представляет собой процесс много­ актный, в котором первичная концентрация фосфата в морском осадке, поступающая хемогенным или биохимическим путем, под­ вергается диагенетичеекому преобразованию, а затем и механи­ ческому перераспределению, сортирующему макро- и микрокон­ креции в активных гидродинамических условиях морского дна.

Внутреннее строение конкреций

Для изучения внутреннего строения конкреций и подсчета количественного содержания в них компонентов, изучались по­ лированные поверхности поперечных срезов конкреций. Микро­ скопическое изучение шлифов проводилось только в контроль­ ных целях. Большие поперечные срезы конкреций получались путем распиловки алмазной пилой; они затем полировались и рассматривались в отраженном свете на металлографическом горизонтальном микроскопе марки МИМ-8М. В отраженном свете при скрещенных николях отчетливо проявляется анизотро­ пия прозрачных минералов, выявляются их внутренние рефлек­ сы, миюропоры, позволяющие наблюдать структуру как фосфат­ ных минералов и замещенную ими древесину и фауну, так и зерна глауконита, кварца, карбонатов, рутила, сульфидов-пирита и маркозита.

Для целей количественного геометрического подсчета числа минеральных зерен в конкреции использовалась полированная поверхность среза. В этих целях выбиралось пять полей, пло­ щадью в 1 см2 каждое. Одно поле было центральным, а четы­

6

ре — периферических крестообразно расположенных. Подсчет минеральных зерен производился в отраженном свете с приме­ нением интеграционного столика, приспособленного дли линей­ ного перемещения образцов больших размеров (до 5 см в попе­ речнике). Результаты подсчета числа зерен выражались в обыч­ ных процентах. Наличие и распределение рассеянной битумиза­ ции изучалось с использованием люминесцентного микроскопа. Спектральные примеси в составе конкреции определялись в точечных пробах, взятых микросверлом на полированных срезах.

В результате проведенного исследования были выявлены ин­ тересные особенности внутреннего строения и состава фосфори­ товых конкреций, которые и обобщены в приведенной ниже классификации.

Как видно, мы подразделяем конкреции по трем признакам

(табл. 1, 2, 3):

I)морфогенетическому,

II)вещественному составу,

III)структуре и текстуре.

Дальнейшее подразделение конкреций на группы и типы, как следует из таблиц 1, 2, 3, имеет соответственно числовое и бук­ венное обозначение. Прежде всего фосфоритовые конкреции под микроскопом хорошо подразделяются на две группы (табл. 1): содержащие фоофатизированную фауну (биоморфные) или без нее (литоморфные). Фауна, замещенная фосфатом, очень разно-

4) Замещение костных остатков

5) Органогеннодетритовые, по пе­ ремытым остаткам.

7

Б90—75 30—25.8 высокофосвысокофосвысокофосвысокофос-

образна. Отчетливо сохраняются остатки раковин макро- и мик­ рофауны, .скелеты л опикулы губок, костные и Д1ревеоные остат­ ки, а также разнообразные обрывки растительных и животных тканей или продукты деятельности животных (каотролиты).

8

Та б ли ца 3

III. Подразделение фосфата по структурно-текстурным признакам

Разновидности А, Б, В; разности 1, 2, 3 и т. д.

По существенному содержанию той или иной фауны выделяются типы биоморфных конкреций по ракушняку, микрофауне, древе­ сине, водорослям и др. Структурная формула таких биоморф­ ных фосфоритов будет иметь следующий вид:

IS, 1) или IS„2) и т. д.

В первом случае это обозначает, что конкреция по морфоге­ нетическим признакам является биоморфной (биометасоматической В |), образованный по ракушнику (1), во втором случае —

9