Зоны морского (океанского) апвелинга, источники фосфора, условия накопления, и формирование крупных залежей фосфоритов.

Фосфориты и другие фосфатные осадки

Почти все осадки содержат фосфор в небольших количествах;- некоторые — очень много. Тогда они называются фосфатными, например фосфатный известняк или фосфатные глинистые сланцы. Средний глинистый сланец, например, содержит 0,17% Р2О5, средний известняк — 0,04% [55]. Большинство фосфатов присутствует в органических скелетных структурах, особенно в скелетах определенных фосфатных брахиопод, ракообразных, в скелетах и зубах позвоночных. Содержание фосфатов в осадках довольно изменчиво и в некоторых из них аномально высокое; например, некоторые известняки могут содержать несколько процентов Р2О5.

Породы, содержащие более 19,5% Р2О5 (почти 50% «апатита»), оп­ределяются как фосфориты; если они содержат более 7,8% Р2О5 (почти 20% «апатита»), то их называют фосфатными. Однако большинство исследователей склонны характеризовать породы как фос­фатные, если содержание Р2О5 на один или два порядка выше, чем в обычном осадке. Фосфориты могут содержать достаточно мало мине­ральных примесей. Однако в некоторых из них фосфатные минералы цементируют обломочные минералы; фосфатные компоненты могут так­же смешиваться и с другими материалами.

Принимая во внимание то, что термин фосфорит используется для тех осадков, в которых фосфатный минерал — основной компонент, для обозначения фосфорсодержащих пород применяются такие терми­ны, как фосфатная порода, пластовой фосфат и т. п. Делаются различия также между теми породами, которые были первона­чально фосфатоносными, и теми, которые были фосфатизованы гораздо позже. Некоторые известняки, например, были изменены под действием фосфатсодержащих растворов и превратились в фосфатные породы точно так же, как изменяются известняки под действием вод, содержащих кремнезем, и становятся окремнелыми. Такое же разгра­ничение проводится обычно между осадками, содержащими фосфатные желваки, желваковыми фосфатами и пластовыми фос­фатами—разграничение, аналогичное выделению желваковых и пла­стовых кремней. Термин остаточный фосфат применяется к по­верхностным скоплениям нерастворимого фосфатного материала, ос­тавшегося после растворения известняка, в котором он был когда-то рассеян,. Эти отложения являются аналогом скоплений остаточного кремня и, подобно кремневым галечникам, являющимся остаточными образованиями, переработанными потоками, выделяются га-лечниковые фосфаты, образованные таким же способом. Особым типом фосфатцых скоплений, не имеющим кремневых аналогов, явля­ется гуано, которое представляет собой преимущественно скопления экскрементов птиц, встречающихся на некоторых засушливых остро­вах восточной части Тихого океана и Вест-Индии. Костяные брек­чии, или костяной фосфат, являются другими типами органичес­ких остаточных образований, которые, как можно понять по названию, представляют собой скопления костей позвоночных (обычно рыб), по объему достаточные, чтобы составить пласт, а следовательно, и залежь фосфатов.

В итоге рассмотренная терминология дает возможность предло­жить обычную генетическую классификацию:

Органические остатки — костяные брекчии.

Органические экскременты - гуано.

Метасоматический фосфат - фосфатизированный известняк.

Остаточный фосфат.

Переотложенный фосфат — галечциковые фосфаты.

Фосфатные стяжения — желваковые фосфаты.

Пластовой фосфат — фосфорит, фосфатная порода и т. п.

Большинство этих отложений, за исключением последнего класса, образуют мелкие, локальные скопления

Происхождение

Для объяснения происхождения фосфатных отложений предлагались различные теории (см. рис. 11-29). Большинство из них несостоятельно и представляет только исторический интерес. Фосфатные пласты считались, например, скоплением копролитов рыб и более крупных животцых, т. е. представляли собой разновидность подводного гуано. Пе­рерыв в осадконакоплении, обусловленный отсутствием материалов,, сносимых с суши, вызвал к жизни гипотезу концентрации копролитового материала [92]. Другие авторы предполагали, что неблагоприят­ные условия для формирования карбонатов кальция во время перерыва в осадконакоплении способствовали скоплению фосфатных твердых частиц организмов [213]. Хейс и Улрич [142] считали, что черные де­вонские фосфаты в Теннесси были образованы в процессе механичес­кой переработки морем остаточных концентраций известных ордовикс­ких фосфатов, развитых на той же территории. Фишер [92] интерпре­тировал копролитовые пласты в Голте (Англия) как фосфатизированные губки.

Ни одна из приведенных теорий не объясняет всех наблюдаемых: особенностей широко распространенных пластовых фосфоритов. Из­вестны фосфаты, извлеченные из морской воды обитающими в ней организмами и сконцентрированные в твердых частях этих организмов. Аномально высокие концентрации таких костей, зубов, скелетов рыб или фосфатоносных твердых частей беспозвоночных образовали богатые фосфатом пласты. Однако относительная роль биогенного и абиогенного осаждения фосфора не совсем еще ясна. Тесная ассоциация фосфоритов и органического вещества и изобилие фосфатных скелет­ных остатков предполагают наличие причинно-следственной связи. Полное отсутствие фосфоритов в докембрии и их накопление в фанерозое с появлением первых скелетных организмов служит еще одним аргу­ментом в пользу биогенного происхождения. С другой стороны, фосфо­риты и органическое вещество, как и сопутствующие им кремни, могут быть продуктами только одинаковых окружающих условий. Фосфат­ные гранулы и пеллеты связываются с фекальным происхождением. Но, как отметил Мак-Килви с соавторами, широкие пределы их размерности, хорошая сортировка отдельных слоев, региональная зональность распределения средних размеров, сложная природа наиболее крупных образований, а также оолитовое строение многих из них не подтверж­дают гипотезы органического происхождения. Высказано предположе-:ние, что фосфат аммония, образовавшийся при разложении пелагичес­ких организмов, может быть агентом осаждения фосфата [22].

Присутствие окаменелостей свидетельствует о морском происхож­дении фосфоритов. Черный цвет и обычное присутствие углеводород­ных соединений указывают на анаэробные условия. Отсутствие окаменелостей организмов прикрепленных и донных типов и присутствие угнетенных форм, а также пирита и ассоциирующих с фосфатами тем­ных сланцев еще раз подтверждают эту интерпретацию. Нехватка кар­боната кальция как в скелетной форме, так и в виде осажденного кар­боната и присутствие большого количества кремня свидетельствуют о несколько пониженном значении рН.

Казаков [165] подметил, что фосфориты образуются главным об­разом в пограничной зоне между мелководными платформенными осадками и глубоководными геосинклинальными скоплениями. Плат­форменные фосфориты обычно желваковые и ассоциируют с глаукони­том и песчаным материалом. Геосинклинальные фосфориты, пласто­вые, плитчатые, обогащены Р₂О₅ и, как отмечали Мак-Килви и др., залегают вместе с темными глинистыми сланцами и кремнями. Эта концепция распределения фаций, по-видимому, подтверждается иссле­дованиями стратиграфии пермской формации Фосфория и смежных формаций (рис. 11-32).

Несмотря на то что фосфор, как и железо, присутствует в морской воде лишь в незначительных количествах, в отдельных местах при бла­гоприятных условиях он будет осаждаться в большом объеме. При оп­ределенных значениях ЕЬ и рН могут создаваться условия, относитель­но неблагоприятные для отложения кальция. Сходство многих микро­структур (гранулы и оолиты) и общность литологических ассоциаций (пластовые кремни и темные глинистые сланцы), совместное залегание железистых силикатов (глауконита) и некоторых фосфатных, отложений, а также аномально высокие концентрации Р2О5 в некоторых железис­тых силикатах и железистых карбонатах, особенно в глубоководных железистых кварцитах (см. табл. 11-3, Е и Ж) —все это свидетельству­ет о том, что обстановка накопления фосфоритов и железняков имеет много общего. В каждой из них накапливались две противоположные •фации: кратонная, или платформенная, фация (желваковые фосфаты с глауконитом и оолитовые железняковые фации) и геосинклинальная, или глубоководная, фация (пластовые фосфаты и пластовые железняки без оолитов). Глубоководная фация, по-видимому, требует в некоторой сте­пени анаэробной обстановки, т. е. с несколько пониженным значением рН и с очень медленным или затрудненным процессом кластического осадконакопления. Платформенная фация является аэробной, с несколь­ко повышенной турбулентностью и песчанистостью, хотя объем класти-ческих скоплений невелик. Если эти условия сохраняются достаточно долго, то в результате циркуляции океанических вод будет обеспечено необходимое количество фосфора и железа. Таким же образом будет обеспечена поставка необходимого количества кремнезема для образо­вания пластовых кремней, характерных как для докембрийских желе­зистых кварцитов, так и для некоторых фосфоритов. Необычные усло­вия, например бассейн с затрудненной конвекцией, не связанный с океаном, достаточно хороши, чтобы оттуда поступал приток нового материала плюс в значительной степени ограниченный привнос кластическо­го материала и длительная стабильность земной коры — все это объяс­няет относительный дефицит слоистых отложений железа и фосфора. Если эти условия выполняются не полностью, то происходит отложение железа в виде рассеянных глауконитовых зерен, а фосфат осаждается в скелетных структурах беспозвоночных или присутствует в виде изо­лированных желваков или пеллет.

Остается открытым вопрос об истинном процессе осадконакопления. фосфатов. Как и в случае с доломитами, кремнями и железняками, мы можем спросить: был ли первичным компонент, который существует в. настоящее время? Были ли фосфатные материалы осаждены прямо из морской воды или существовали отложения, которые первоначально были известковыми, а впоследствии замещены фосфатом? А если это так, было замещение конседиментационным, происходившим на морском дне,. или оно было эпигенетическим и происходило после литификации и воз-дымания? В общем, в настоящее время склоняются в пользу первой точ­ки зрения, а именно, первичному осаждению фосфатов. Каких-либо переходов от известняков к фосфатам не наблюдается. Не обнаружены также раковинные пласты, которые были фосфатизированными. Пеллеты и оолиты несколько отличаются от пеллет и оолитов обычных изве­стняков; они несколько сплющены, имеют трещины усыхания, во мно­гих случаях они бесструктурны и характеризуются асимметричным рас­положением слоев. Они не выглядят как замещенные карбонатные ооиды. Существует вероятность того, что фосфор был извлечен из морской воды биологическим агентом (например, водорослями, согласно [49]) и был высвобожден для более позднего осаждения в виде оолитов и гра­нул. Доказательства по этому вопросу в настоящее время недостаточно убедительны.

По Логвиненко

Происхождение и распространение фосфоритов. Существует не­сколько гипотез происхождения фосфоритов.

Рассмотрим две из них.

1. Биогенная гипотеза Меррея, Кайе, Архан­гельского. Согласно этой гипотезе образование фосфоритов-происходит в морских водоемах в результате гибели и разложения организмов, освобождения Р2О5, накопленного в телах организмов, и выпадения его в осадок в виде фосфатных минералов. Обилие фосфоритов наблюдается в местах массовой гибели организмов — при встрече теплых и холодных течений.

2. Гипотеза Казакова. Поверхностные воды морей и океа­нов бедны РгО₅ (5—10 мг/м³). С глубиной содержание его заметно повышается, достигая на глубине 500 м 300 мг/м³. Одновременно падает температура воды, а давление увеличивается. Все это приво­дит к возрастанию парциального давления ССЬ (на глубине 500 м оно равно 12,1-10~⁴ атм). Высокое парциальное давление СОг пре­пятствует осаждению карбонатов и фосфатов. При подъеме вод на шельфе (глубина 50—250 м) парциальное давление углекислоты уменьшается и происходит осаждение сначала карбонатов, а затем и фосфатов.

Источником РгО₅ в морской воде является разложение планктон­ных организмов.

В сущности обе гипотезы сходны—источником фосфора явля­ются организмы. Разложение их пополняет запас фосфора в мор­ской воде, из которой фосфатные минералы осаждаются химичес­ким путем (биохемогенные гипотезы).

Однако прямое осаждение фосфатных минералов из морской воды вряд ли возможно, так как концентрация Р2О5 в морской воде далека от насыщения. Скорее всего осаждение фосфатных минера­лов происходит в осадке в раннем диагенезе из иловых растворов, где концентрации РгО₅ в четыре-пять раз выше, чем в морской воде (до 1000—1200 мг/м³).

Наиболее крупные месторождения пластовых фосфоритов из­вестны в кембрии (Казахстан), в пермских отложениях Скалистых гор (США), в верхнем мелу и палеогене северной Африки.

Конкреционные фосфориты встречаются значительно чаще. В СССР месторождения их известны в силуре (первичные) и мелу (вторичные) Подолии, в меловых и палеогеновых отложениях Дне-провско-Донецкой впадины и окраин Донбасса, в меловых и палео­ген-неогеновых отложениях Поволжья, Актюбинской области и др.

Месторождения костяных брекчий известны также в неоген-па­леогеновых отложениях окрестностей г. Змиева, Харьковской обла­сти (из костей рыб), и во многих пещерах (из костей млекопитаю­щих) .

Скопления костей позвоночных описаны в девонских отложени­ях Подолии, в пермских осадках бассейна Северной Двины, в мезо­зойских отложениях Монголии.

Фосфориты используются как агрономическая руда.

33.Структурные элементы фосфатных пород и фосфоритов, роль переотложения и конденсации фосфатных частиц. Сравнительный анализ структуры фосфатных и карбонатных пород. Опираться на 25 вопрос по карбонатам!!!

Большинство пластовых первичных фосфатов имеет черный цвет. Даже так называемые «бурые» фосфаты Теннесси включают черные участки. Вторичные скопления, образованные атмосферными водами, наоборот, белого, желтого или, реже, коричневого цвета. Часть пластовых фосфатов представлена поровым цементом, а в некоторых слоях они сконцентрированы в фосфатных брахиоподах и рыбьей чешуе. Основная масса фосфатного материала собрана в пеллеты и желваки. Стяжения имеют в разрезе эллипсовидную форму, причем их продольные оси параллельны напластованию. Их диаметр изменяется от 0,05 мм до более чем 3 см; обычно они хорошо отсортированы. Боль­шинство из них представлены бесструктурными гранулами, или «пеллетами», но многие имеют концентрическую слоистость (рис. 11-30 и 11-31). Некоторые из более крупных желваков являются составными и, по-видимому, представляют собой несколько сцементированных более мелких пеллет.

Фосфатные породы обычно хорошо сцементированы карбонат-фторапатитом, глинистым веществом, кремнем, кальцитом или доломи­том. В формации Фосфория (пермь) в Монтане фосфориты залегают в виде слоев, мощность которых изменяется от 1—2 мм до несколькихметров [200]. Большинство из них имеет мощность несколько милли­метров, они переслаиваются с содержащими меньше фосфатов аргиллитами или карбонатными породами.

Фосфатные желваки, или «гальки», обнаружены не только в самих фосфатных отложениях; они представлены в рассеянном виде в некоторых известняках [229] и особенно в меловой толще писчего мела [92], а также в других осадках [1]. Они залегают также на дне сов­ременных морей [222, 70]. Фосфатные стяжения варьируют от неболь­ших гранул до галькоподобных образований диаметром несколько сан­тиметров. Они обычно черного цвета, неправильной формы и имеют твердую блестящую поверхность. Крупные желваки содержат много инородных примесей, включая песчаные зерна, чешуйки слюды, облом­ки раковин и спикулы губок. Черный цвет становится более интенсив­ным у внешнего края желвака.

В метасоматических фосфатах, образованных при замещении из­вестняков фосфатсодержащими растворами, проявляются реликтовые структуры замещенных пород, аналогичные наблюдаемым в окремнелых известняках.

Текстуры и структуры фосфоритов — слоистые, конкреционные (и желваковые), оолитовые, псевдооолитовые, сферолитовые, релик­тово-органогенные, органогенные, обломочные. Залегают они среди глауконитовых, обломочных и карбонатных пород. Иногда фосфат­ное вещество является цементом в обломочных и глауконитовых породах.

Пластовые — геосинклинальные фосфориты залегают в виде пластов мощностью от нескольких сантиметров до 15—17 м, окра­шены обычно в темные тона. Макроскопически похожи на песча­ники, кремень, яшму. В шлифе видно, что они состоят из комочков (псевдооолитов) почти изотропного фосфата, окруженного оболоч­кой из поляризующего свет фосфата. Эти комочки сцементированы аморфным фосфатом.

Желваковые фосфориты распространены в платформенных от­ложениях. Их разделяют на кварцево-песчаные, кварцево-алеври-товые и глауконито-песчаные. В шлифе видно, что образовались они в результате местной цементации обломков и глауконита фосфатным веществом. Последнее чаще всего представлено мине­ралом курскитом или подолитом.

Костяные брекчии — породы желто-серого, желто-бурого цвета,, довольно пористые с сравнительно небольшим удельным весом, состоят главным образом из позвонков рыб, реже других костей (черепа, челюсти), сцементированных карбонатным, песчано-глини-стым или фосфатным цементом. Фосфаты костей представляют собой гидроксил — апатит.

Костяные брекчии залегают обычно в виде сравнительно тонких прослоек или линз среди терригенных и карбонатных пород.

Костяные брекчии в ископаемом состоянии встречаются доволь­но редко и поэтому, как правило, не имеют практического значения.

34. Доломиты: седиментационные и метасоматические. Модели доломитизации известковых отложений

Доломит

Как отмечал Ван-Туйл [338], доломит и проблема его происхож­дения длительное время занимали умы геологов; о его образовании было выдвинуто много теорий. Специальная литература, посвященная доломитам, весьма обширна [56]. Сначала мы рассмотрим их природу, а в следующем разделе обсудим вопросы происхождения.

Впервые доломит был описан в Тироле. Название «доломит» было применено к этим породам в 1792 г. Сосюром в честь одного из пер­вых исследователей этой породы Долимэ [338]. Доломит, как уже отмечалось, широко распространен как во времени, так и в про­странстве, и является одной из важнейших пород земной коры. Доломит, например, со­ставляет 10,2% от осадочного покрова Рус­ской платформы; известняк составляет 17,6% [278].

Номенклатура. Доломит является разно­видностью известняка, содержащей свыше 50% карбоната, более половины которого сло­жено доломитом. Поскольку этот термин упо­требляется также для обозначения минерала доломит, по отношению к породе возможно употребление термина с1о1оз{опе (доломи­товая порода) [303]. Однако, несмотря на возможную двусмысленность, возникающую из употребления одного и того же термина как для породы, так и для минерала, термин

доломит прочно вошел в употребление и, возможно, будет продолжать, употребляться по отношению к породе и минералу.

Породы, занимающие по составу промежуточное положение между известняками и доломитами, имеют разнообразные названия. В об­щем те породы, в которых кальцит преобладает над доломитом, назы­вают доломитовым известняком, породы, в которых доломит преобла­дает над кальцитом, называются известковым, кальцитовым, известко-вистым, содержащим известь доломитом. Общего согласия по поводу разграничения смешанных пород и более однородных, являющихся конечными членами ряда, еще не достигнуто. Преобладание кальцита над доломитом, или наоборот, взято за основу подразделения извест­няков и доломитов. Известняк, являющийся ко­нечным членом ряда, называется кальцитовым известняком при условии, если в нем содержится незначительное количество магния. Если же он содержит значительное количество магния, он называется магнезиальным известняком, если же преобладает доломит, то это доломитовый изве­стняк (рис. 10-43). Если же содержание магния, незначительно, он присутствует в виде М^СОа. в твердом растворе в кальците, а минерал доло­мит отсутствует. Однако кальцит обычно может содержать в твердом растворе 1 или 2% М§СОз.. Только в некоторых современных скелетных ма­териалах он может содержаться в больших ко­личествах. Следовательно, в древних породах магнезиальный известняк может содержать за­метное, хотя и небольшое количество доло­мита.

Породы, представляющие собой смесь каль­цита и доломита, в действительности гораздо-менее типичны, чем конечные члены ряда, со­держащие в основном кальцит или доломит. Как показано на рис. 10-8 и в табл. 10-9, карбонатные породы, в которых более 10%, но менее 90% доломита (менее 90%. и более 10% кальцита), сравнительно ред­ки. Этот факт впервые был отмечен Стайдтманном [312] и подтверж­ден Голдичем и Пармали [123], Чейвом [49] и другими. Если провести границу между доломитом, являющимся конечным членом ряда, и сме­шанной кальцито-доломитовой породой по 90% доломита, а границу между известняком и смешанной породой по линии 10% доломита, то основная масса карбонатных пород будет либо известняками, либо доломитами. Предложенная номенклатура обобщена в табл. 10-10. Более точная классификация, основанная на минеральном составе, ко­торый рассчитан по химическим анализам, разработана Мартине и Сужи [225]; см. также [51, 276, 46, 90] для ознакомления с различ­ными классификациями по составу.

Состав. По химическому составу доломиты напоминают известня­ки, за исключением того, что М@О в доломитах составляет существен­ную часть и играет важную роль (табл. 10-11). Содержание магния в. осадочных карбонатах подвержено колебаниям во времени (см. рис. 17-2). В древних карбонатах содержится больше магния, чем в мо­лодых [66], поэтому доломит более распространен в древних породах. Некоторые доломиты тесно связаны с эвапоритами и содержат ан­гидрит или гипс. Содержание кремнекислоты может быть значитель-

ным в кремнистых и в песчанистых доломитах. Железистые карбонаты встречаются в доломитах в виде твердых растворов, но не встречаются в кальците. Обогащенные железом разности называются железистым доломитом. Даже незначительные следы железа ведут к появлению бу­рой окраски при выветривании, вызванной окислением железа. Это помогает установить различие между известняками и доломитами в полевых условиях.

Таблица 10-10

Замещение известняков и проблема доломита

Хорошо известно о замещении известняков кремнеземом, разнооб­разными железистыми минералами, фосфатами и другими веществами. Подобные замещения обычно невелики, только в исключительных слу­чаях известняк может заместиться целиком. Наиболее широко распрост­раненным и частым является замещение, связанное с образованием доломита.

Проблема происхождения доломита вызывает много споров, лите­ратура по этому вопросу весьма обширна [306, 307, 311, 312, 338, 340, 199, 42, 348, 90, 321, 327, 237 и многие другие]. Вероятно, доломиты по-лигенны (рис. 10-50). Большинство доломитов явно замещены извест­няками. Доказательствами замещения служат идиоморфные грани до­ломита на контакте с кальцитом и даже с обломочным кварцем и гла­уконитом, включения обломочного кварца в эвгедральных кристаллах доломита, пересечение оолитов, ис­копаемых структурных форм и т. д. эвгедральными кристаллами доло­мита, завуалированные палимпсе-стовые признаки первоначально кальцитовой, биокластической или оолитовой структур, текстурный контроль распределения доломита, пересечение стратиграфических по­верхностей поверхностью контакта кальцит — доломит. Косвенным до­казательством замещения служит

тот факт, что никакие организмы не вырабатывают доломит;

Рис 10-50 Схема происхождения доломита

однако раковины или ракушечниковые рифо­вые пласты целиком сложены доло­митом.

Замещение доломитом происхо­дило почти при сохранении объемов и не являлось замещением молекулы на молекулу. Для последнего тре­буется повсеместное снижение объема со 100% к 88% при соответству­ющем увеличении пористости. Штейдтман [312] показал, что известняки и доломиты не сильно различаются по пористости, хотя Лэндес [191] описал случай, когда только доломитовые участки формации являлись пористыми (и нефтеносными). Пористость этих доломитов объяснялась избирательным выносом кальцитовых компонентов из неполностью до-ломитизированной породы [140]. ^;;

Хотя происхождение многих, если не большинства, доломитов в ре­зультате замещения является установленным фактом, время замещения остается не ясным. Оно могло происходить в обстановке осадконакоп-ления до захоронения осадка. Примером могут служить древние доло-митизированные рифы атолла Фунафути [174]. Замещение могло иметь место и после захоронения, но до воздымания, а также после захороне­ния и воздымания. Принципиальным доказательством раннего замеще­ния служит стратиграфическое постоянство многих доломитовых, плас­тов. Трудно поверить, что тонкий пласт площадью во многие квадрат­ные километры мог быть доломитизирован в результате циркуляции вод, в то время как выше и ниже залегающие пласты не испытывали их дей­ствия. С другой стороны, поздняя доломитизация может быть доказана, если распределение доломитов ограничено участками трещиноватости или контролируется какими-либо иными структурными факторами. Дру­гим аргументом в пользу поздней доломитизации является наблюде­ние Дейли [66] —чем древнее породы, тем сильнее они обогащены маг­нием. Чем древнее порода, тем более вероятен ее контакт с высокомаг­незиальными водами и ее доломитизация. Однако Дейли и некоторые другие авторы [34] придерживались точки зрения о том, что состав древних морей был иным, чем в более позднее время, и следовательно, древние породы были более доломитовыми, чем молодые. Не остается никаких сомнений в том, что доломиты образовались в результате как ранних, так и более поздних процессов замещения.

Что являлось источником магния и какова была природа флюидов, необходимых для замещения? Там, где доломитизация была частичной, им мог явиться несмешивающийся, обогащенный магнием кальцит ор­ганического происхождения. Некоторые водорослевые известняки содер­жат М^СОз (до 24%) в виде твердого раствора в кальците. Извлечение этого материала само по себе было бы недостаточным для превращения известняка в доломит, но его могло быть достаточно для образования рассеянных в известняке кристаллов доломита или, возможно, для об­разования крапчатых доломитов. Таким образом, в тех случаях, когда крапчатые доломиты/превращались в твердые, присутствуют две гене­рации доломита. /

Для образования большинства доломитов было необходимо по­ступление магния из внешних источников. Эпигенетическое замещение, связанное с разломами и другими структурными факторами, вызыва­лось действием содержащих магний связанных вод или циркуляцией метеорных вод. Вероятно, более ранняя, синхронная с осадконакопле-нием доломитизация является результатом взаимодействия известко­вого карбонатного осадка и магнезиальной морской воды. Но если это так, почему же тогда не все известковые осадки, контактирующие с морской водой, превращаются в доломит? Экспериментальные работы и наши наблюдения над современными доломитовыми формациями показали, что доломитизирующие флюиды были гораздо сильнее обо­гащены магнием, чем обычная морская вода. Возможно, что этими флюидами являлись воды частично изолированных бассейнов, находя­щихся, например, в условиях аридного климата, которые обогащались магнием при постоянном подтоке вод нормальной солености и в результате осаждения карбоната кальция и сульфатов. При таком типе обогащения должна была образовываться тяжелая рапа, которая про­никала вниз через, пористый осадок и доломитизировала те осадки и рифы, с которыми она контактировала. Эта «подточная» гипотеза при­менялась сначала по отношению к формированию эвапоритов [178], а позднее Адамсом и Родсом [1]—к образованию доломитов. Ею объ­ясняется образование доломитов и переднерифовых известняков. Тес­ная связь многих рифов с эвапоритовыми минералами и отложениями убеждает в правильности гипотезы образования рассолов и доломи­тизации.

Не все доломиты, однако, обладают неопровержимыми признака­ми замещения. Многие из них тонкозернистые, тонкосланцеватые, содержат трещины усыхания, имеют косую слоистость, знаки ряби, содержат ограниченный комплекс фауны, отличающийся от фауны, содержащейся в известняках [321]. В некоторых случаях эти доломи­ты имеют резкий контакт с известняками; известковый материал мо­жет даже заполнять трещины в доломитовых илах, доломит может также содержать известковые интракласты. Известковые строматоли­ты могут быть окружены тонкослоистыми доломитами и не иметь ни­каких следов замещения доломитом. Являются ли эти доломиты пер­вичными в том смысле, что слагающие их зерна были доломитовыми в момент формирования структуры породы? Разные исследователи придерживаются концепции о первичности доломитов: Слосс [308] .указывал на эвапоритовое происхождение определенных тонкосланце­ватых, совершенно не содержащих органических остатков доломитов, тесно связанных со слоистым ангидритом; Сандо [285] пришел к по­добным выводам по отношению к тонкослоистым доломитам, переслаи­вающимся с известняками Бикмантаун (ордовик) штата Мэриленд. Хотя в известняках Бикмантаун нет ангидрита, здесь был обнаружен доломит с включениями мелкой гальки подстилающих известняков. Трудно не согласиться с заключением о первичности этих доломитов. Сарин [286] также считал, что доломиты нижней части свиты Бикман­таун, ритмически переслаивающиеся с известняками, первичные. Стра­хов [321] полагал, что доломиты могли осаждаться из «пересыщен­ных» морских вод. Тонкое переслаивание доломитов с известняками, при мощности слойков порядка 1 мм, указывает на первичность доло­митов [283].

Экспериментальные работы и наблюдения над современными до­ломитами показали, что воды, из которых осаждался доломит, не яв­лялись обычными морскими видами. Они, вероятно, были сильнее обогащены магнием (по сравнению с кальцием) и имели повышенное значение рН, а также температуру выше нормальной. По-видимому, эти условия лучшим образом могли быть реализованы в мелководных, пересыщенных солью лагунах или приливно-отливных отмелях в об­ластях с теплым аридным климатом. Повышенная соленость сдержи­вала развитие нормальной фауны и вела к осаждению сопутствующих эвапоритовых сульфатов; трещины усыхания и развитие строматоли­тов — еще один признак мелководной или даже субаэральной обста­новки. Периодическое опреснение вод вело к отложению известняков с нормальной фауной.

Для более обширного обзора проблемы доломитов, кроме класси­ческой работы Ван-Туйла [338], отсылаем также к работам Фэрбрид-жа [90], Фридмана и Сандерса [108] и Мичарда [231], а также к ма­териалам симпозиума [237].

35. Главные группы железоносных отложений железистых руд, структурное сходство с главными группами карбонатных отложений. Опираться на 25 вопрос по карбонатам!!!

Железо является одним из наиболее распространенных химических элементов земной коры; в сущности, немногие породы не содержат же­леза. Средний глинистый сланец, например, содержит 6,47% FеО и Ре₂О₃ [54]. Следовательно, в широком смысле все осадки, вероятно, являются железосодержащими. Однако, как правило, термин желези­стый сохраняется за теми породами, которые содержат намного боль­ше железа, чем обычно. Термин ожелезненный, возможно, был бы более подходящим, если бы он не применялся к песчаникам и сланцам,, окрашенным в красный цвет окисью железа. Такие породы, хотя они и называются ожелезненными, могут содержать железа не больше, чем такие же, но неокрашенные отложения (с. 347). Часто к породам, бо­гатым железом, применяют термины железистый кварцит и же­лезняк; реже употребляется термин железосодержащий. .Джеймс [161] установил различие между железистыми кварцитами, обыч­но слоистыми, кремнесодержащими отложениями (главным образом докембрийского возраста) и железняками, не содержащими крем­ня (и в основном постдокембрийского возраста). Железистому кварциту давались местные названия, такие как итабирит (в Брази­лии), полосчатый гематитовый кварцит (в Индии), кварцитовая полос­чатая руда (в Скандинавии) [29]. Термин таконит используется в районе оз. Верхнего для обозначения железистых кварцитов, не окис­ленных в процессе выветривания. К этим породам часто применяется термин железная руда. В прямом смысле руда — это то, что мож­но рентабельно разрабавывать; следовательно, определение включает в себе как содержание металла, так и учет экономических факторов. В районе оз. Верхнего железная руда должна содержать по меньшей ме­ре 50% железа. Большинство таких отложений являются вторичными и образовались при изменении и обогащении железистого кварцита.

Точное определение железистого кварцита или железняка трудно выработать,, поскольку это понятие охватывает минералогически и структурно неоднородную группу пород. Единственным обязательным свойством должно быть значительно более высокое, чем в обычных осадках, общее содержание железа- Для железистых кварцитов и же­лезняков района оз. Верхнего содержание железа должно быть не ме­нее 15% [159]. Это должно соответствовать 21,3% Fе₂О₃ или 19,4% FеО.

К другим осадкам, богатым железом, относятся болотная же­лезная руда, глинистый железняк и латерит. Глинистый железняк представляет собой сидеритовые желваки диагенетического происхождения; болотные железные руды представлены незначитель­ными скоплениями в небольших пресноводных озерах в высоких ши­ротах; латериты—это богатые железом элювиальные отложения, род­ственные силькретам и бокситам, — все они являются продуктами вы­ветривания.

Систематизация железосодержащих осадков сопряжена с отходом от основного принципа обычной классификации химических осадков — классификации, основанной главным образом на анионах и применен­ной для сульфатов, фосфатов и карбонатов. Однако железосодержа­щие осадки тесно связаны друг с другом и более удобно рассматривать их как целую группу.