МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕОГЕНОВЫХ ОЗЕРНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В ЧУЙСКОЙ И КУРАЙСКОЙ КОТЛОВИНАХ ГОРНОГО АЛТАЯ

1

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова

Русанов Г.Г. Приводятся данные по содержаниям магнетита, ильменита, лейкоксена, циркона и аутигенных минералов – лимонита, пирита, марказита в неогеновых озерных отложениях. Рассматриваются некоторые особенности минерального и химического состава неогеновых глин, и содержания в них химических элементов. На основании минералогических и геохимических особенностей делается вывод, что осадконакопление происходило в глубоких теплых и бессточных солоноватых озерах в условиях щелочной восстановительной среды и сероводородного заражения. Постепенно растущая аридизация климата в неогене неоднократно прерывалась периодами повышенной увлажненности. При этом отложения кошагачской и туерыкской свит накапливались на трaнcгрессивном этапе развития неогеновых озер, а бекенской – на регрессивном. Статья в формате PDF 133 KB неогенозерные отложенияминералогиягеохимияклиматNeogenelacustrine depositsmineralogygeochemistryclimate

На юго-востоке Горного Алтая в Чуйской и Курайской межгорых котловинах на протяжении всего неогена существовали озера. Здесь на площади не менее 2500 км² широко развиты мощные толщи неогеновых полифациальных озерных отложений верхней части кошагачской, туерыкской и нижней части бекенской свит, перекрытых четвертичными образованиями. На дневную поверхность они выходят лишь в прибортовых частях впадин, где носят дислоцированный хаpaктер и приурочены к неотектоническим нарушениям [2 и др.]. По результатам бурения картировочных скважин и геофизических исследований (вертикальное электрозондирование и метод переходных процессов), максимальная мощность кайнозойских отложений в Чуйской котловине составляет 1200 м, а неполная мощность неогеновых - 569 м; в Курайской котловине мощность кайнозойской толщи - 487 м, а неогеновых отложений - 385 м [3, 5]. Мощность же перекрывающих образований квартера от 27-40 м в центральных частях котловин возрастает по направлению к их бортам до 110-150 м.

В прибортовых частях котловин к болотным, озерно- и аллювиально-болотным фациям олигоцен-нижнемиоце-новой кошагачской свиты приурочены давно известные многочисленные проявления и месторождения бурого угля [1, 2, 3 и др.]. Прослои этого угля мощностью от 0,1-0,3 до 8,6 м вскрыты отдельными скважинами и в центральных частях котловин. К выходам глин озерных фаций кошагачской и среднемиоцен-средне-плиоценовой туерыкской свит приурочены месторождения кирпичных, керамзитовых и буровых глин.

По мнению Е.В. Девяткина [2], в межгорных котловинах Юго-Восточного Алтая погребенные неогеновые отложения могут содержать россыпи золота, касситерита и других минералов. По нашим данным [6], золотоносность неогеновых отложений туерыкской и низов бекенской свит в Чуйской и Курайской котловинах составляет 0,003-0,02 г/т, является локальной по площади и фрагментарной по разрезу, и пpaктического интереса не представляет.

В конце восьмидесятых годов прошлого века отложения кошагачской, туерыкской и бекенской свит в этих котловинах были вскрыты картировочными скважинами [5], керновый материал которых был комплексно опробован на различные виды анализов. По результатам минералогических анализов шлихового и литолого-минералогического опробования впервые была сделана попытка предварительной оценки этих отложений на россыпи магнетита, циркона и титановых минералов [9].

В Чуйской котловине в скважинах 10 (глубиной 355 м) и 11 (глубиной 671 м) озерные глины туерыкской свиты отличаются низким выходом минералов тяжелой фpaкции (0,23-0,33%). На долю магнетита и ильменита приходится 50,5%, а их содержания составляют 1,11-1,64 кг/т. В тонкопесчано-алевритовых глинах выход минералов тяжелой фpaкции выше (0,78-1,14%).

Здесь на долю магнетита и ильменита приходится 51,9-57,9% фpaкции, а их суммарные содержания составляют
4,48-5,91 кг/т. В отложениях этой свиты постоянно, хотя и в незначительных количествах (доли процента) присутствуют циркон, рутил, лейкоксен, максимальные содержания которых не превышают первых сотен г/т.

В Курайской котловине в скважинах 13 (глубиной 523 м), 14 (глубиной 461 м) и 15 (глубиной 336 м) неогеновая часть разреза кошагачской и туерыкская свиты представлены преимущественно алевритовыми глинами, глинистыми и глинисто-песча-ными алевритами озерных фаций, в которых выход минералов тяжелой фpaкции изменяется от 0,82 до 2,76%, содержания магнетита составляют 4,2-69,4% (1,9-26,8 кг/т), циркона - 1,6-10,3% (0,25-1,7 кг/т), лейкоксена - 3,3-13,5% (0,28-3,75 кг/т). По сравнению с кошагачской свитой, ильменит несколько более распространен в туерыкской свите, где его максимальные содержания составляют 18,4% (5,11 кг/т). Однако истинные содержания всех этих минералов должны быть существенно выше, так как анализировалась лишь алевритовая фpaкция размером 0,1-0,01 мм.

В верхнеплиоценовой (нижней) части разреза бекенской свиты, вскрытой в этих котловинах скважинами 10, 11, 13, 14 и 15, наибольший интерес представляют глинисто-алевритовые тонкозернистые пески, в которых выход минералов тяжелой фpaкции составляет 1,76-2,78%. В них на долю магнетита и ильменита приходится 38,1-57,6% от веса тяжелой фpaкции, а их суммарные содержания составляют 6,7-12,5 кг/т. К этим же пескам приурочены и повышенные (до 0,02 г/т) содержания золота [6].

По данным шлихового опробования керна бекенской свиты, содержания магнетита в ней изменяются от первых сотен г/м³ до 12,47 кг/м³, а ильменита от первых десятков г/м³ до 3,8 кг/м³, причем наибольшие содержания также приурочены к глинисто-алевритовым тонкозернистым пескам. Истинные же содержания этих минералов должны быть значительно выше, так как шлихо-минералогическое опробование, как правило, приводит к систематическому занижению основных рудных минералов на 10-20%.

Содержания магнетита, ильменита, лейкоксена и циркона, приведенные выше, хаpaктерны для россыпей с непромышленными содержаниями [4]. Даже в случае обнаружения в кошагачской, туерыкской или бекенской свитах россыпей с промышленными содержаниями полезных минералов, что маловероятно, они вряд ли будут иметь пpaктическое значение из-за мощной (десятки и сотни метров) толщи перекрывающих отложений.

В этих неогеновых свитах пески и алевриты по составу полимиктовые. В отложениях озерных, аллювиально-озерных и аллювиальных фаций бекенской свиты в легкой и тяжелой фpaкциях резко доминируют минералы неустойчивые к химическому выветриванию и механической трaнcпортировке, что говорит о невысокой степени зрелости.

По всему неогеновому разрезу кошагачской и туерыкской свит, кроме прослоев мергелей, минералы тяжелой фpaкции многочисленны и очень разнообразны, а их набор пpaктически одинаков. Это отражает большую площадь и разнообразие пород, с которых в Чуйскую и Курайскую котловины осуществлялся снос обломочного материала. Довольно высокие значения коэффициентов выветрелости (0,2-4,5) и устойчивости (0,34-1,7) минералов свидетельствуют о значительной зрелости и дальности их трaнcпортировки. Однако по разрезам в вертикальном и горизонтальном направлениях отмечаются существенные колебания в их содержаниях, что связано с литологией и различной фациальной принадлежностью вмещающих осадков.

По всему неогеновому разрезу кошагачской, туерыкской и бекенской свит в тяжелой фpaкции постоянно присутствуют карбонаты (0,2-23%), в значительных количествах содержатся аутигенные лимонит (0,5-30%) и пирит (0,5-50%). В отдельных прослоях кошагачской и туерыкской свит значительны содержания аутигенного марказита (1,7-95%), который в бекенской свите не установлен, а в прослоях туерыкских мергелей аутигенный пирит составляет 95% от веса тяжелой фpaкции. Пирит и марказит представляют собой микроконкреции округлой формы диаметром до 0,1 мм. Высокие содержания этих минералов и преимущественно сероцветный (серый, зеленовато-, гoлyбовато- и темно-серый) облик рассматриваемых озерных отложений, свидетельствуют о восстановительной среде осадконакопления в условиях сероводородного заражения.

Биотит и мусковит, обладающие повышенной плавучестью, в этих свитах присутствуют по всему разрезу, а их содержания изменяются от 0,2 до 4,2%.

По данным термических и рентгеноструктурных анализов, глины кошагачской, туерыкской и бекенской свит, вскрытые этими скважинами, являются гидромусковит-гидрослюдистыми с постоянными содержаниями кварца, кальцита, хлорита и примесью органики.

В отдельных прослоях кошагачской и туерыкской свит содержатся монтмориллонит или каолинит, а в туерыкской свите еще и доломит. Под электронным микроскопом установлено, что монтмориллонит является аутигенным. Он развивается по гидрослюде и, вероятно, образовался в теплом бессточном солоноватом озере в условиях сильно щелочной среды и относительно сухого теплого климата. Причем со временем этот климат становился все более аридным. На что также указывает наличие в этих прослоях многочисленных оогоний харовых водорослей, ископаемых семян солоноватоводных растений, фауны остpaкод, значительные содержания аутигенных пирита и марказита [7], и высокая степень карбонатности (29,4-63,8%). Cоленость озерных вод могла достигать 18‰, а годовое количество осадков было менее 600 мм [10].

Для прослоев с примесью монтмориллонита хаpaктерны повышенные содержания (%) Mn (0,1-0,5), V (0,006-0,05), B (0,004-0,005), Zn (0,005-0,03) и пониженные - Ga (0,0001-0,003), что наиболее типично для солоноватых вод. Повышенные значения отношений V/Zn (1,5-5) и B/Ga (2,5-4) отвечают солоноватоводным условиям среды осадконакопления.

Каолинит также является аутигенным и приурочен к прослоям, сильно насыщенным растительной органикой, которая в хорошо прогреваемой водной среде могла локально создавать кислые условия, благоприятные для его образования.

В отдельных прослоях кошагачской и туерыкской свит отмечается примесь смешанно-слойных глинистых минералов хлорит-монтмориллонита и гидрослюды-монтмориллонита, которых нет в бекенской свите. Для этих прослоев хаpaктерны значительно более низкая степень карбонатности (5-19%), пониженные содержания пирита и марказита, Mn (0,05-0,2%), пpaктически равные содержания V и Zn, и повышенные содержания биотита и мусковита. Все это, по нашему мнению, говорит о повышенной увлажненности климата, значительной величине речного стока и пониженной солености озерных вод во время их формирования, когда годовое количество осадков могло быть не менее 1000 мм [10]. Однако установить количество и продолжительность этих периодов повышенной увлажненности климата пока не представляется возможным.

Озерные и аллювиально-озерные неогеновые отложения в Чуйской и Курайской котловинах накапливались в бессточных водоемах. На это указывает накопление подвижных окислов Fe₂O₃ (2,56-9,02%), CaO (2,49-40,64%), MnO (0,09-0,19%), MgO (2,4-14,51%) и таких элементов как Zn (0,005-0,07%), Cu (0,004-0,02%), Ni (0,005-0,02%), Co (0,002-0,003%), P (0,07-0,087%), являющихся активными водными мигрантами. Причем наиболее высокие содержания гидрооксидов железа хаpaктерны для бекенской свиты, а окислов кальция и магния для туерыкской свиты, и особенно для прослоев мергелей.

Для отложений кошагачской и туерыкской свит хаpaктерны сравнительно высокие значения коэффициента FeO/Fe₂O₃ (0,6-1,27), которые, вероятно, указывают на восстановительные условия осадконакопления. Отложения же бекенской свиты отличаются низкими значениями этого коэффициента (0,015-0,35), свидетельствующими об окислительных условиях.

По результатам химических анализов глинистая фpaкция в отложениях этих свит отличается низкой зрелостью, уменьшающейся вверх по разрезу. Коэффициент Фогта (Al₂O₃/Na₂O), хаpaктеризующий степень зрелости глинистого материала, для кошагачской свиты составляет 21,7, в туерыкской свите он изменяется от 13 в низах разреза до 7,8 в верхах, а в бекенской свите равен 7,9-6,7 [9].

Эти неогеновые отложения по минералогии и геохимии резко отличаются от карачумской свиты палеогена. Последняя залегает в Чуйской и Курайской котловинах в основании разреза кайнозойских отложений, и представлена размытыми, и пролювиально переотложенными продуктами мел-палеогеновой зрелой коры химического выветривания [2, 8].

После размыва мел-палеогеновой коры химического выветривания и образования карачумской свиты, вероятно, со второй половины олигоцена и до конца плиоцена горное обрамление Чуйской и Курайской котловин испытывало постоянное воздымание, а растущие впадины испытывали такое же постоянное опускание. На протяжении всего этого длительного этапа в растущем горном обрамлении больше не возникало благоприятных условий для образования кор химического выветривания. Напротив, с течением времени все больше возрастала роль физического выветривания. Происходило усиление эрозионных и денудационных процессов. Все это приводило к тому, что в бассейны аккумуляции поступал все менее и менее зрелый материал, а это в свою очередь не способствовало образованию россыпей с промышленными содержаниями ценных минералов.

Все вышеизложенное хаpaктеризует достаточно глубоководные озерные фации, и обнаруживает много общего между верхами кошагачской, туерыкской и низами бекенской свит. В то же время низы бекенской свиты по минералогии и геохимии уже имеют некоторые значительные отличия от более древних туерыкской и кошагачской свит, что говорит о существенных изменениях климатических условий и обстановок седиментации. Накопление отложений кошагачской и туерыкской свит происходило на трасгрессивном этапе развития озер, а бекенской - на регрессивном. Минералогические и геохимические особенности неогеновых озерных отложений в Чуйской и Курайской котловинах могут успешно использоваться при палеогеографических и палеолимнологических реконструкциях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Аксарин А.В. // Вестник Зап.-Сиб. геол. упр. 1938, № 4. С. 41.
2. Девяткин Е.В. Кайнозойские отложения и неотектоника Юго-Восточного Алтая. М.: Наука, 1965. 244 с.
3. Лузгин Б.Н., Русанов Г.Г. // Геология и геофизика, 1992, № 4. С. 23.
4. Россыпные месторождения титана СССР. М.: Недра, 1976. 287 с.
5. Русанов Г.Г. // Новые данные по геологическому строению и условиям формирования месторождений полезных ископаемых в Алтайском крае. Барнаул, 1991. С. 24.
6. Русанов Г.Г. // Проблемы геологии Сибири. Томск: Том. гос. ун-т, 1996, т. 2. С. 179.
7. Русанов Г.Г. // День Земли: экология и образование. Бийск: НИЦ БиГПИ, 1998. С. 184.
8. Русанов Г.Г. // Геологическое строение и полезные ископаемые западной части Алтае-Саянской складчатой области. Кемерово-Новокузнецк, 1999. С. 87
9. Русанов Г.Г. // Проблемы геологии и геохимии юга Сибири. Томск: Том. гос. ун-т, 2000. С. 158.
10. Русанов Г.Г. // Теоретические и прикладные вопросы современной географии. Томск: Том. гос. ун-т, 2009. С. 54.

---