Здесь мы должны затронуть очень важные вопросы осадочной литологии и геохимии и рассмотреть, что уже сделано в разработке геохимических классификаций осадочных отложений и территорий и что является первоочередной задачей в этой области.
Мы будем касаться трех основных аспектов геохимических классификаций; 1) химических элементов и их ассоциаций; 2) осадочных пород и 3) территорий. Такое рассмотрение будет следовать по пути не только констатаций состояния изучения указанных вопросов, но и по пути искания новых принципов и критериев геохимических классификаций продуктов седиментогенеза и региональных закономерностей в их размещении и формировании.
Хорошо известны геохимические классификации химических элементов и изоморфных рядов В.И. Вернадского; типические геохимические ассоциации, выделенные для разных типов пород А.Е. Ферсманом; геохимические группы элементов В.М. Гольдшмидта и др.
Значение этих и других геохимических классификаций в познании закономерностей распределения химических элементов в горных породах в зависимости от свойств элементов велико для изучения осадочных отложений.
Указанные классификации химических элементов дали возможность глубже понять генетическую сторону распределения элементов в сложных и многообразных процессах породо- и рудообразования в земной коре, основную их группировку в зависимости от термодинамических условий, от геохимической связи между элементами и их семействами, их петрогенических и металлогенических свойств и др. Изучение изоморфизма и парагенезиса элементов в минералах и породах дало возможность объяснить ряд закономерностей концентрации и рассеяния элементов в процессах породообразования, их определенные сочетания и ассоциации, последовательность кристаллизации из однотипных геохимических систем, пространственное и хронологическое распределение в земной коре. Изучение парагенезисов и ассоциаций химических элементов в минералах и горных породах позволили установить, что основные петрогенные элементы (Si, Al, Ca, S, С) встречаются в природе чаще всего в виде силикатов, карбонатов, сульфатов, фосфатов, биолитов. Наоборот, металлические элементы встречаются главным образом в соединениях с серой, мышьяком, сурьмой и сравнительно редко образуют окислы (за исключением железа, марганца, хрома, олова, которые дают первичные окислы). Петрогенные элементы широко накапливаются в осадочных отложениях в ходе экзогенных процессов (соли, бокситы, известняки, гипсы и др.). металлические элементы — в месторождениях преимущественно в ходе эндогенных процессов. Большинство из них попадает в осадочные породы в результате выветривания магматических пород, а также в ходе сложных структурных и химических изменений гипогенных минералов.
Можно следующим образом охарактеризовать роль химических элементов и их ассоциаций в определении геохимических особенностей осадочных отложений.
1. Химические элементы и их ассоциации дифференцированно концентрируются в осадочных породах и минералах, например кремний в форме кремнезема в песках и песчаниках, алюминий (в форме глинозема) — в гидролизатах; железо, марганец и другие — в окислах и гидроокислах; кальций и магний — в карбонатах; натрий, калий, магний — в соленосных породах и т. п. Составом химических элементов определяются основные классы минералов (силикаты, алюмосиликаты, сульфаты, хлориды, бораты и др.).
2. Парагенезисы элементов и минералов определяют геохимическое разнообразие осадочных отложений и в то же время отражают их геохимическую специфику. Основные генетические группы осадочных пород — песчаные, глинистые, карбонатные, хлоридные, сульфатные — характеризуются специфическими для них ассоциациями элементов и минералов.
Начиная с 30-х годов в геохимической литературе стало употребляться понятие «геохимическая фация». Согласно Л.В. Пустовалову, под геохимической фацией понимается часть земной поверхности, которая на всем своем протяжении обладает одинаковыми физико-химическими и геохимическими условиями накопления и формирования осадочных горных пород. В основе выделения геохимических фаций лежит идея химической дифференциации материала в течение осадочного процесса. В итоге образуются обособленные аккумуляции железа, карбонатов, сульфатов, хлоридов и других соединений, закономерно размещаемых в осадочной толще суши и морского дна. Л.В. Пустовалов и А.Е. Ферсман отнесли к главным континентальным геохимическим фациям: латеритную, ортштейнов (отбеливающего выветривания), пустынь, континентальных химических осадков, железных руд, углей. В числе морских фаций выделены сероводородная, сидеритная, шамозитовая, глауконитовая, окислительная, растворимых солей.
Г.И. Теодорович выделяет субаэральные и субаквальные геохимические фации и характеризует их химическими и минералогическими параметрами. Среди континентальных геохимических фаций наиболее многочисленны силикатные или сиаллитные и аллитные фации. Для водной среды выделяются геохимические фации резкощелочной, щелочной, слабощелочной, нейтральной, слабокислой и кислой сред. Вопрос о геохимических фациях затрагивается также в работах В. М. Гольдшмидта, К. Ранкама и Т. Сахама и др.
В иностранной литературе геохимические фации выделяются под названием резистатов (SiO2), оксидатов (Fe(OН)3), эвапроитов (NaCl, CaSO4), гидролизатов (глинистые минералы), пресипитатов (CaCO3), биолитов и др.
Учение о геохимических фациях сыграло большую роль в выяснении закономерностей геохимической дифференциации элементов в земной коре, в образовании месторождений полезных ископаемых, в изучении палеогеографических условий образования осадочных пород.
Следующим рангом геохимических классификаций осадочных отложений может являться выделенная А.Е. Ферсманом «геохимическая система», которую он охарактеризовал как совокупность химических элементов, связанных с определенными типами геохимических процессов. В рамках геохимической системы могут выделяться (введенные А.Е. Ферсманом): а) «геохимические эпохи», характеризующие периоды специфического накопления элементов (и ассоциаций) в породах и б) «геофазы», характеризующие более или менее определенные комплексы элементов и минералов.
Рангу геохимической системы (а в ряде случаев и больше, чем системы) соответствует понятие «формация». Этот термин в настоящее время широко используется для характеристики комплекса горных пород и полезных ископаемых, связанных между собой парагенетическими и структурно-фациальными условиями.
Выделяют формации и субформации: платформенные, геосинклинальные и переходные между ними; платформенные, геосинклинальные и орогенные; платформенные, геосинклинальные, предгорных прогибов и внутригорных впадин и др. В числе осадочных формаций океанов П.K. Безруков и И.О. Мурдмаа выделяют по тектоническим признакам несколько крупных классов формаций: эпиконтинентальные (платформенные материковых шельфов и склонов); прикон-тинентальные (подножий материковых склонов и окраинных частей глубоких океанических котловин); талассократонов (котловин, хребтов и валов ложа океана); системы средне-океанских хребтов; кайнозойских геосинклинальных систем (котловин, островных дуг, желобов). Все эти классы формаций, указывают авторы, могут образоваться в любых климатических зонах Земли, однако последние накладывают свой отпечаток на литологические типы осадков и их сочетания.
Описывая кайнозойские осадочные формации Тихого и Индийского океанов, названные авторы показывают пространственное соотношение выделенных формаций и характеризуют их литологические и парагенетические особенности. Согласно Л.Б. Рухину, среди платформенных формаций видное место в осадочной толще занимают угленосно-боксито-железистые, известняковые и кварцево-песчаные; в геосинклинальных формациях господствуют глинисто-сланцевые, кремнисто-вулканогенные, карбонатные и малассовые отложения; в переходном типе формаций широко представлены соленосные, красноцветные, нефтематеринские и др.
Вещественный состав и сочетание комплексов пород общих по происхождению являются определяющими признаками формаций. Различают основной «набор» входящих в формацию фаций и фации-спутники, которые в ней присутствуют, но не являются определяющими для ее характеристики.
Если условно ограничивать геохимическую формацию рубежами ритмического завершения однозначно направленных процессов осадкообразования в тектоническом и палеогеографическом цикле развития земной коры, то каждая выделяемая формация должна характеризоваться определенным комплексом физико-географических условий, геологических и геохимических параметров, отражающих определенную направленность процессов выветривания и седиментации.
В 60-х годах текущего столетия стало входить в научный обиход понятие «геохимическая аномалия». Как известно, термин «аномалия» означает отклонение от нормального значения, т. е. в приложении к осадочным отложениям от средних кларковых величин содержания в них химических элементов. Следовательно, в данном случае под геохимической аномалией мы будем понимать повышенную или пониженную концентрацию химических элементов (по сравнению со средними кларками) в осадочной геохимической системе (формациях и фациях), обусловленную специфической рудной минерализацией, нефте- и газонакоплением и др. Многие геохимические аномалии представлены богатыми месторождениями полезных ископаемых промышленного характера.
По геохимической специализации мы выделяем аномалии металлогенические (металлоносные); неметаллических элементов и минералов (например, сероносные, бокситовые, каолиновые), соленосные, угленосные, нефтеносные, газоносные.
В ряде случаев геохимические аномалии представляют крупнейшие территории — пояса, бассейны, провинции, районы, к которым приурочены месторождения полезных ископаемых.
В свое время А.Е. Ферсман ввел в литературу понятия «геохимические щиты», «пояса», «узлы», «провинции», «зоны». Каждое из них характеризует специфику сочетаний химических элементов в земной коре, обусловленную основными тектоническими структурами ее развития и климатическими условиями. Согласно А.Е. Ферсману, геохимические щиты — это устойчивые древние платформы, отвечающие по своим геохимическим особенностям образованиям глубинных зон; геохимические пояса — области тектонических нарушений, окаймляющие более устойчивые щиты и представляющие районы интенсивной геохимической миграции; геохимические узлы — территории наложения нескольких тектонических и климатических циклов, определивших особенности геохимической концентрации; геохимические провинции — области земной поверхности, характеризующиеся геохимической однородностью; геохимические зоны — природные ландшафтные зоны, различающиеся специфическими условиями геохимических процессов.
В дальнейшую разработку геохимических провинций большой вклад внесли А.П. Виноградов, К.И. Лукашев, В.В. Ковальский и др. В настоящее время определились понятия о металлогенических провинциях, нефтеносных, газоносных, гипергенных и др.
К.И. Лукашев обосновал выделение в числе генетических типов гипергенных провинций: литогеохимические, гидрогеохимические, газогеохимические и биогеохимические (включая педогеохимические).
В.В. Ковальский в ряде своих работ охарактеризовал биогеохимические провинции по содержанию микроэлементов в почвах и экосистемах. Им составлена карта биогеохимических провинций для таких элементов, как кобальт, молибден, медь и др.
Наряду с провинциями в числе классификационных рангов территорий широко используются понятия «бассейны». Например, угленосный (угольный) бассейн (Донецкий, Кузнецкий, Силезский и Др.). Выделяются бассейны по признаку общности условий образования полезных ископаемых (угленосных, нефтегазоносных). Площадь угленосных и нефтегазоносных бассейнов иногда достигает очень больших размеров (до 1 млн. км2).
Угольные бассейны объединяются в угольные пояса — обширные площади, охватывающие все основные угольные месторождения и углепроявления, характерные для отдельных систем (периодов). Пояса отвечают крупным тектоническим или палеогеографическим территориям.
Сказанное позволяет констатировать, что в нашем распоряжении в настоящее время имеется много данных, которые можно использовать для дальнейшей разработки геохимических классификаций осадочных отложений и территорий.
Вопросы, которые возникают в этой связи, касаются главным образом: а) оценки приемлемости отдельных геохимических классификаций для их конкретного применения; б) детализации их новыми положениями; в) разработки других принципов и критериев геохимической классификации осадочных пород.
Очевидно, что все эти и другие вопросы, касающиеся геохимических классификаций осадочных пород и территорий, требуют специальной разработки. Особенно это относится к новым принципам и критериям индикации геохимических процессов и связанным с ними продуктам разных геотипов пород и рангов территорий.
Нам представляется, что на данной стадии разработки этих вопросов целесообразно выделить следующие основные аспекты геохимических классификаций осадочных пород:
I. Геохимическая классификация осадочных отложений по парагенезисам и ассоциациям элементов и минералов.
II. Геохимическая классификация осадочных отложений (фаций, формаций).
III. Геохимическая классификация территорий (зоны, провинции и др.).
Главная