Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. История литолого-стратиграфических исследований и развития представлений о закономерностях размещения твердых полезных ископаемых в среднеюрских-палеоценовых отложениях востока Русской плиты 14
1.1. Литолого-стратиграфические исследования мезозойских и палеогеновых отложений востока Русской плиты 14
1.2. История циклостратиграфических исследований за рубежом. Основные направления развития 23
1.3. Циклостратиграфические исследования мезозойских и палеоценовых отложений Восточно-Европейской платформы и Западно-Сибирской плиты 27
1.4. Изученность среднеюрских-палеоценовых отложений востока Русской плиты как источника твердых полезных ископаемых 35
Глава 2. Методика исследований 39
2.1. Комплексное (литологическое, биозональное, палео- и петромагнитное, циклостратиграфическое) изучение среднеюрских-меловых отложений частного разреза скважины 1 и сводного разреза северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба 39
2.1.1. Литологическое строение среднеюрских — меловых отложений северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба 41
2.1.2. Обоснование возраста литостратонов по палеонтологическим данным 45
2.1.3. Уточнение хроностратиграфического положения отдельных литостратонов по палеомагнитным данным 47
2.1.4. Выделение тектоно-эвстатических циклитов в разрезах опорных скважин и сводном разрезе Ульяновско-Саратовского прогиба 53
2.2. Интерпретация литологического строения разрезов морских осадочных толщ при литолого-батиметрическом, тектоно-эвстатическом и эвстатическом временном моделировании 55
2.3. Циклостратиграфический анализ частных и сводных разрезов 60
2.3.1. Количественная оценка палеобатиметрии по разрезу Татарско-Шатрашанской скважины 61
2.3.2. Циклостратиграфический анализ среднеюрских и нижнемеловых отложений востока Русской плиты и восстановление тектоно-эвстатической обстановки их формирования 64
2.3.3. Выделение тектоно-эвстатических циклитов в верхнемеловых и палеоценовых осадочных последовательностей востока Русской плиты 68
2.4. Изучение вещественного состава осадочных пород, слагающих верхнемеловые-палеоценовые литостратоны востока Русской плиты 71
2.5. Методы изучения среднеюрских-палеоценовых полезных ископаемых 73
2.6. Циклостратиграфическое моделирование размещения твердых полезных ископаемых 74
Глава 3. Зависимость литологического строения осадочных толщ эпиконтинентальных бассейнов от глобальных эвстатических колебаний и вертикальных тектонических движений 76
3.1. Литолого-батиметрическое временное моделирование 76
3.2. Тектоно-эвстатическое временное моделирование 84
3.2.1. Зависимость литологического строения разрезов от равномерных глобальных эвстатических колебаний и единовременного разноамплитудного прогибания поверхности дна 84
3.2.2. Зависимость литологического строения разрезов от равномерных глобальных эвстатических колебаний и единовременного разноамплнтудного воздьшания поверхности дна 86
3.3. Эвстатическое временное моделирование и зависимость литологического строения разрезов от неравномерных эвстатических колебаний 88
3.4. Применение тектоно-эвстатического моделирования для интерпретации литологического строения разрезов (на примере готерив-аптского тектоно-эвстатического циклита востока Русской плиты) 90
Глава 4. Лито-, био-, магнитостратиграфическое расчленение среднеюр-ских-меловых отложений северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба - хроностратиграфическая основа для циклостратиграфических построений 93
4.1. Строение разреза опорной Татарско-Шатрашанской скважины 1 93
4.2. Свитная и циклостратиграфическая характеристика сводного разреза средней юры - мела северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба 107
Глава 5. Оценка палеобатиметрии по литологии и бентосным фораминиферам 144
5.1. Палеоэкология бентосных фораминифер 145
5.2. Численность фораминифер 149
5.3. Биоразнообразие 153
5.4. Состав и экологические особенности обитания фораминиферового сообщества 153
5.5. Реконструкция палеоглубины и поверхностей максимумов трансгрессий. 155
Глава 6. Тектоно-эвстатическая цикличность в среднеюрских-нижнемеловых отложениях востока Русской плиты 160
6.1. Средне-верхнеюрские отложения востока Русской плиты 161
6.1.1. Хроностратиграфия 161
6.1.2. Глобальный эвстатический режим 162
6.1.3. Юрские трансгрессии 165
6.1.4. Особенности регионального «тектонического шума» в средней поздней юре 166
6.1.5. Средне-верхнеюрские тектоно-эвстатические циклиты 166
6.2. Нижнемеловые отложения востока Русской плиты 172
6.2.1. Хроностратиграфия 172
6.2.2. Глобальный эвстатический режим 175
6.2.3. Раннемеловые трансгрессии 175
6.2.4. Особенности регионального «тектонического шума» в раннем мелу 176
6.2.5. Нижнемеловые тектоно-эвстатические циклиты 177
6.3. Выдержанность вещественного состава среднеюрских-нижнемеловых тектоно-эвстатических циклитов на востоке Русской плиты 183
Глава 7. Верхнемеловые и палеоценовые тектоно-эвстатические циклиты востока Русской плиты 188
7.1. Верхнемеловые тектоно-эвстатические циклиты и основные эвстатические события востока Русской плиты 188
7.2. Циклостратиграфический анализ маастрихтских-палеоценовых отложений востока Русской плиты 195
7.2.1. Хроностратиграфическая схема палеоцена Среднего и Нижнего Поволжья - основа для циклостратиграфического анализа 195
7.2.2. Палеоценовые тектоно-эвстатические циклиты и максимумы трансгрессий 200
Глава 8. Литолого-генетическое изучение верхнемеловых—палеогеновых отложений востока и юго-востока Русской плиты 203
8.1. Литостратиграфическая характеристика разрезов 203
8.1.1. Верхний мел 203
8.1.2. Палеоцен 217
8.2. Особенности вещественного состава верхнемеловых-палеоценовых пород 227
8.3. Генетические особенности верхнемеловых-палеоценовых отложений... 235
Глава 9. Циклостратиграфическая модель размещения твердых полезных ископаемых на востоке Русской плиты 238
9.1. Байос-келловейский тектоно-эвстатический циклит 240
9.1.1. Россыпепроявления титан-циркониевых минералов 240
9.1.2. Глины тугоплавкие, огнеупорные, высоковспучивающиеся 244
9.2. Оксфорд-волжский и валанжинский тектоно-эвстатические циклиты 246
9.2.1. Глины для производства светлоокрашенной керамики 246
9.2.2. Фосфориты и глауконитсодержащие пески 248
9.3. Готерив-аптский и альбский тектоно-эвстатические циклиты 252
9.3.1. Глины многоцелевого назначения 252
9.3.2. Фосфориты и глауконит-кварцевые пески 257
9.4. Верхнемеловые тектоно-эвстатические циклиты 259
9.4.1. Карбонатные породы 259
9.4.2. Цеолитсодержащие породы, трепелы 260
9.4.3. Фосфориты 269
9.5. Палеоценовые тектоно-эвстатические циклиты 270
Заключение 272
Литература 274
- Циклостратиграфические исследования мезозойских и палеоценовых отложений Восточно-Европейской платформы и Западно-Сибирской плиты
- Свитная и циклостратиграфическая характеристика сводного разреза средней юры - мела северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба
- Средне-верхнеюрские тектоно-эвстатические циклиты
- Глины многоцелевого назначения
Введение к работе
Актуальность исследования
Начиная с фундаментальной работы Н.А.Головкинского (1868), у исследователей литологии и стратиграфии морских осадочных толщ не вызывает сомнения, что изменение фациального облика осадков во времени и по латерали происходило под влиянием колебаний уровня моря. С позапрошлого века в мировой и отечественной геологической практике широко применяется циклост-ратиграфический метод, позволяющий реконструировать условия накопления и сохранения осадочных отложений в бассейнах седиментации, включая условия формирования и локализации полезных ископаемых.
С широким привлечением комплекса био-, лито-, хемо-, магнитострати-графических методов современная циклостратиграфия позволяет на хроностра-тиграфической основе и с применением тектоно-эвстатического подхода реконструировать временную последовательность совокупности процессов осадко-накопления, а также прогнозировать фациальный состав отложений на неисследованных территориях (Алексеев и др., 1996, 2009; Алексеев, Олферьев, 2007; Амон и др., 2010; Барабошкин, 2001; Барабошкин, Никульшин, 2006; Ильин, 1991; Захаров и др., 1998; Карогодин, 1990, 1993, 1996; Литология и геология..., 2008, 2010; Найдин, 1995; Ноинский, 1924; Шурыгин и др., 1999; Шишлов, 2008, 2009; Catuneanu, 2002, 2006; Catuneanu et al., 2009, 2010; Curray, 1964; Embry, 1995; Hallam, 1981, 1984, 1988, 2001; Haq, 1992; Haq, Al-Qahtani, 2005; Haq et al., 1987, 1988; Haq, Schutter, 2008; Hardenbol et al., 1998; Jervey, 1988; Martins-Neto, Catuneanu, 2010; Miall, 1990, 1992; Miall, Miall, 2001; Miller et al., 1987, 1991, 2005; Mitchum, 1977; Posamentier et al., 1988; Posamentier, Vail, 1988; Sahagian, 1989, 1996; Sahagian, Jones, 1993; Sahagian et al., 1995, 1997; Sharland et al., 2001, 2004; Simmons et al., 2007; Sloss et al., 1949; Sloss, 1962, 1963, 1973; Vail et al., 1977; Van Wagoner et al., 1990; Wheeler, Murray, 1957; Wheeler, 1958, 1959, 1964; Williams, 1993; Wilgus et al., 1988 и др.).
Циклостратиграфические исследования морских осадочных толщ платформенных областей до последнего времени сталкивались с проблемой выделения так называемого «регионального шума» из совместного тектоно-эвстатического воздействия на формирование осадочных толщ (Шлезингер и др., 2006; Aigner et al., 1990; Aubry, 1991; Bally, 1980; Bond, Kominz, 1992; Bra-net, LePichon, 1982; Burgess et al., 2006; Burgess, Gurnis, 1995; Christie-Blick, 1991; Csato, Kendall, 2002; Einsele, 2000; Embry, 2009; Galloway, 1989; Galloway, Hobday, 1983; Gawthorpe et al., 1994; Kendall et al., 1993; Kunin, Segalovich, 1996; MacKenzie, Pigott, 1981; MacDonald, 1991; Mitchum, Van Wagoner, 1991; Posamentier, Allen, 1993, 1999; Sleep, 1976; Soreghan, Dickinson, 1994; Tipper, 1991; Williams, 1993). Для выделения влияния тектонических колебаний из совместного тектоно-эвстатического взаимодействия требовалась разработка методического подхода к анализу литологического строения хроностратиграфи-чески расчлененных осадочных последовательностей.
Среднеюрские-палеоценовые отложения, широко развитые на востоке Русской плиты (ВРП) и привлекающие внимание исследователей в качестве источ-
ников широкого спектра полезных ископаемых (Валеев, 1981), традиционно рассматривались как формационные комплексы (Фанерозойские осадочные..., 2000). Многими исследователями указывалось на необходимость придания нового импульса прогнозным разработкам на территории Русской плиты (РП) в связи с необходимостью выделения новых объектов (перспективных площадей, проявлений, месторождений) неметаллических полезных ископаемых (НПИ) -основных источников минерального сырья для агропромышленного и строительного комплексов европейской части РФ (Геология твердых..., 1999; Минерагения верхнепермского..., 2007; Минерагения осадочного..., 2004 и др.). В качестве научно-методологического подхода к рассмотрению среднеюрских-палеоценовых отложений ВРП как потенциальных источников новых объектов НПИ предложен анализ тектоно-эвстатических особенностей формирования осадочных последовательностей с выделением тектоно-эвстатических циклитов (ТЭЦ). Оказалось, что с каждым из выделенных ТЭЦ связан определенный комплекс НПИ, и каждый из выделенных циклитов характеризуется специфическим вещественным составом, определяющим мине-рагеническую специализацию отдельных горизонтов, толщ, либо всего циклита (Зорина, 20032, 20051, 20061,20073, 20082, 2009).
Цель работы заключалась в комплексном литолого-генетическом изучении среднеюрских-палеоценовых отложений ВРП на основе циклостратиграфического подхода и тектоно-эвстатического временного моделирования, в оценке их минерагенического потенциала.
Задачи работы
Разработка методического подхода к анализу литологического строения хроностратиграфически расчлененных осадочных последовательностей и глобальных эвстатических данных для выделения влияния «тектонического шума» из совместного тектоно-эвстатического взаимодействия.
Литолого-батиметрическое и тектоно-эвстатическое временное моделирование литологического строения разрезов в зависимости от интенсивности и направления вертикальных тектонических движений и глобальных эвстатических колебаний.
Циклостратиграфический анализ средне-верхнеюрских, нижнемеловых, верхнемеловых и палеоценовых отложений востока Русской плиты.
4. Детальное вещественно-генетическое изучение среднеюрских-
палеоценовых пород востока Русской плиты на основе оптимального комплекса
литолого-аналитических методов исследования полиминеральных кремнисто-
карбонатных, карбонатно-кремнистых, терригенно-карбонатных и терригенных
пород.
5. Циклостратиграфическое моделирование размещения НПИ.
Защищаемые положения
1. Разделение влияния глобальной эвстазии и регионального «тектонического шума» из совместного тектоно-эвстатического взаимодействия в эпикон-тинентальном бассейне возможно путем наложения глобальной эвстатической кривой на батиметрическую кривую, построенную для конкретной хроностратиграфически расчлененной осадочной последовательности. Интервалы, где
проявляется сходство трендов кривых, отвечают преобладанию глобальной эв-стазии; на этапах несовпадения в осадочном процессе доминирует «тектонический шум».
Циклостратиграфический анализ среднеюрских-палеоценовых отложений, проведенный на основе литолого-батиметрического и тектоно-эвстатического моделирования, позволил выделить в средне-верхнеюрской хроностратиграфической последовательности два тектоно-эвстатических цик-лита: байос-келловейский и оксфорд-волжский; в нижнемеловой - три циклита: валанжинский, готерив-аптский и альбский; в верхнемеловой - четыре циклита: сеноманский, туронский, коньяк-сантонский и кампан-маастрихтский; в палеоценовой - два циклита: даний-зеландский и танетский, представляющие собой крупнейшие литостратоны востока Русской плиты.
Литолого-генетическое изучение среднеюрских-палеоценовых осадочных последовательностей, слагающих выделенные тектоно-эвстатические цик-литы, показало выдержанность вещественного состава среднеюрских-нижнемеловых свит и толщ на востоке Русской плиты, позволило реконструировать доминирующие и второстепенные геологические процессы, повлиявшие на фациальный облик осадков.
4. С каждым из среднеюрских-палеоценовых тектоно-эвстатических цикли-тов ВРП связан специфический комплекс НПИ. Перспективы выявления новых объектов глинистого, карбонатного и кремнистого сырья, цеолитсодержащих пород, фосфоритов и глауконитсодержащих песков, россыпепроявлений титан-циркониевых минералов оцениваются как высокие. Научная новизна
Разработаны генерализованные временные модели, позволяющие выделять влияние регионального «тектонического шума» из совместного тектоно-эвстатического взаимодействия.
С применением литолого-батиметрического и тектоно-эвстатического моделирования в среднеюрских-палеоценовых отложениях ВРП выделены тектоно-эвстатические циклиты, построены региональные эвстатические и тектонические кривые.
3. По результатам проведенного вещественно-генетического изучения
среднеюрских-палеоценовых пород востока РП установлена пространственная
и временная выдержанность вещественного состава среднеюрских-
нижнемеловых осадочных последовательностей, обусловленная существовани
ем в тектоно-эвстатической истории платформы интервалов длительного ста
бильного стояния уровня моря. Реконструированы доминирующие и второсте
пенные геологические процессы, повлиявшие на формирование и минерагени-
ческую специализацию среднеюрских-палеоценовых тектоно-эвстатических
циклитов.
4. Разработана циклостратиграфическая модель размещения НПИ на ВРП.
Практическая значимость
Разработанные генерализованные литолого-батиметрические, тектоно-эвстатические и эвстатические временные модели имеют большое методологическое значение. Они использованы при циклостратиграфическом анализе оса-
дочных последовательностей, сформировавшихся в сложной тектоно-эвстатической обстановке, и могут применяться при исследовании фанерозой-ских осадочных толщ любого осадочного бассейна.
Методический подход к исследованию литологического состава и условий формирования среднеюрских-палеоценовых осадочных последовательностей ВРП реализован в рамках ГСР-50 на юго-западе Республики Татарстан (РТ) (1993-2002 гг.) и при выполнении работ по Госконтрактам с Роснедра и его территориальными органами (2004-2007 гг.): «Оценка минерально-сырьевой базы природных адсорбентов для экологической и экономической реабилитации экологически неблагоприятных регионов России», «Оценка перспектив развития и использования минерально-сырьевой базы цементного и минерально-строительного сырья России», «Геолого-экономическая и аналитико-технологическая оценка минерально-сырьевых ресурсов неметаллических полезных ископаемых Южного ФО» и др.
Результаты циклостратиграфических исследований использованы при моделировании размещения НПИ. Перспективы выявления новых объектов глинистого, карбонатного и кремнистого сырья, цеолит-, фосфоритсодержащих пород и других видов НПИ оцениваются как весьма высокие в силу выдержанности вещественного состава свит и толщ, сгруппированных в тектоно-эвстатические циклиты, на обширных территориях ВРП.
По результатам аналитико-технологических исследований нижнемеловых глин получено 2 патента на изобретения.
Авторские разработки по циклостратиграфическим исследованиям мезозойских отложений РТ включены в четыре монографии, одна из которых получила Госпремию РТ в области науки и техники за 2005 год. Две монографии были опубликованы в 2007 г. по заданиям Министерства экологии и природных ресурсов РТ и востребованы геологами, нефтяниками, студентами геологических специальностей ВУЗов и инвесторами.
Тектоно-эвстатическое моделирование используется автором при чтении курса «Основы стратиграфии» студентам геологической и гидрогеологической специальностей Казанского федерального университета.
Фактический материал
Материал для научных исследований был собран автором при проведении полевых геологосъемочных работ масштаба 1:50 000 в РТ, а также при проведении полевого ревизионного обследования объектов неметаллических полезных ископаемых в рамках государственных контрактов по заданиям Роснедра и его территориальных органов (2004-2007 гг.).
В основу геологической фактуры положено детальное геологическое описание керна свыше 80 скважин (с данными ГИС) и около 300 частных разрезов средней юры - палеоцена, вскрытых горными выработками на ВРП. Все изученные разрезы опробованы автором на различные виды палеонтологических определений, аналитических исследований и технологических испытаний. Всего отобрано и исследовано свыше 3500 проб.
Минеральный состав пород, слагающих мезозойские стратоны на ВРП, определялся по результатам рентгенографических (рентгеновский количествен-
ный фазовый анализ (РКФА) - 352 анализа, рентгеновский фазовый анализ (РФА) - 170 анализов), полных химических (ПХА) (350 анализов), сокращённых минералогических (50 анализов), петрографических - (250 шлифов), нано-петрографических - (20 образцов). Технологическим испытаниям глин методом прямого обжига были подвергнуты 154 пробы. Все аналитические исследования и технологические испытания выполнены в аттестованных Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии лабораториях Ана-литико-технологического испытательного центра ФГУП «ІГНИИгеолнеруд» (руководитель АТСИЦ - профессор, д.г.-м.н. Т.З.Лыгина).
Сокращённым минералогическим и иммерсионным анализами исследованы 158 фракций 69 шлиховых проб (минералоги Л.В.Иралина, Ф.Х.Шайхетдинов).
Возрастные датировки юрских-палеоценовых слоев выполнены по результатам макрофаунистического анализа свыше 200 образцов (Е.Ю.Барабошкин, МГУ; В.В.Силантьев, КФУ), микрофаунистического анализа 554 проб (Г.Н.Старцева и Е. Мацнева, г. Саратов), палеопалинологического анализа 7 проб (К.В. Николаева и О.В. Макарова, КФУ), диатомового анализа свыше 300 проб (Н.И.Афанасьева, ЦНИИгеолнеруд). Палео- и петромагнитные свойства мезозойских отложений изучены по 1114 образцам (Ю.П.Балабанов, КФУ).
Помимо вышеприведенного фактического материала, полученного при непосредственном участии автора, в научном исследовании использовались геологические материалы многочисленных (свыше 80) фондовых отчетов по результатам геологосъемочных, поисковых, тематических работ, структурному бурению на территории ВРП.
Личный вклад автора
Автором задокументирован керн свыше 80 скважин, полученный при геологическом картировании на юго-западе РТ в рамках ГСР-50 (около 20000 п.м.), в том числе - керн 8 опорных скважин (около 2000 м). При проведении геологосъемочных и прогнозно-ревизионных работ выполнено послойное геологическое описание более 300 естественных и искусственных обнажений средней юры-палеоцена (2100 м разреза) с опробованием разрезов на различные виды аналитических исследований и технологических испытаний (верхний мел и палеоцен - совместно с Н.И.Афанасьевой).
На основе полученных данных о вещественном составе, возрастных датировок слоев, сопоставления геологической документации скважин и ГИС автором выполнено комплексное лито-, био-, магнито- и циклостратиграфическое расчленение частных и сводных разрезов средней юры - палеоцена.
Автором разработаны генерализованные литолого-батиметрические, тектоно-эвстатические и эвстатические временные модели, которые положены в основу циклостратиграфических исследований юрских-нижнемеловых отложений ВРП, с построением региональных эвстатических и тектонических кривых, выделением ТЭЦ и поверхностей максимумов трансгрессий. Проведенное моделирование позволило автору решить актуальную задачу по разделению глобальной эвстатической составляющей и регионального
«тектонического шума» в совместном эвстатико-тектоническом взаимодействии, оказывающим основное влияние на формирование осадочных последовательностей в эпиконтинентальных бассейнах.
На основе установленного автором характера хроностратиграфического взаимоотношения разных фаций палеоцена Поволжья, доказана диахронность нижних границ свит, проведен их циклостратиграфический анализ с построением региональной эвстатической кривой, выделением поверхностей максимумов трансгрессий (совместно с Н.И.Афанасьевой и Д.А.Рубаном).
По результатам интерпретации данных аналитических исследований и собственных полевых наблюдений проведено вещественно-генетическое изучение турон-датской последовательности литостратонов ВРП, установлено повсеместное присутствие цеолитов во всех изученных литологических типах пород, реконструированы основные и второстепенные геологические процессы, повлиявшие на формирование свит (совместно с Н.И.Афанасьевой, С.А.Волковой).
Проанализирована обширная геологическая фактура по приуроченности НИИ к определенным литостратонам средней юры - палеоцена, установлена минерагеническая специализация ТЭЦ. В качестве научно-методологического подхода к рассмотрению среднеюрских-палеоценовых отложений ВРП как потенциальных источников новых объектов НПИ автором предложен анализ тектоно-эвстатических особенностей формирования осадочных последовательностей с выделением ТЭЦ. Разработана циклостратиграфическая модель размещения НПИ на ВРП.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на многочисленных совещаниях и конференциях, в т.ч. на: региональных совещаниях по проблемам геологии Поволжья (Казань, 1997, 1999, 2004; Саратов, 2001, 2003, 2004); Всероссийских литологических совещаниях (Москва, 2000, 2006; Екатеринбург, 2008); конференциях молодых ученых (Казань, 2001, 2002; Томск, 2004); 32-м Международном Геологическом Конгрессе (Florence, 2004); чтениях памяти П.Н. Чирвинского» (Пермь, 2006, 2008, 2009, 2011); Международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2005, 2007, 2009, 2011); Всероссийских совещаниях по вопросам стратиграфии и палеогеографии юрской и меловой систем России (Москва, 2005; Саратов, 2006, 2009; Ярославль, 2007; Новосибирск, 2008; Ульяновск, 2010); Годичных собраниях секции палеонтологии МОИП «Палеострат» (Москва, 2006, 2008); 6-х и 7-х Саксовских чтениях (Новосибирск, 2006, 2011); Всероссийских конференциях по верхнему палеозою России (Казань, 2007, 2009); Тектоническом совещании (Москва, 2008); Международной конференции «Био- и литостратиграфические рубежи в истории Земли» (Тюмень, 2008); Всероссийском совещании «200 лет отечественной палеонтологии» (Москва, 2009); Годичном собрании РМО (Москва, 2009), Федоровской сессии (Санкт-Петербург, 2010); Всероссийских чтениях памяти ак. К.В.Симакова (Магадан, 2009); 8 Уральском литологическом совещании (Екатеринбург, 2010); XVI Российском совещании по экспериментальной минералогии (Черноголовка, 2010), VI-й Международной научной конференции
«Принципы организации природы» (Тюмень, 2010), Всероссийском совещании «Минеральные индикаторы литогенеза» (Сыктывкар, 2011) и др.
В 2005 году авторский коллектив, в составе которого была автор настоящей работы, был удостоен Государственной Премии РТ в области науки и техники за монографию «Геология Татарстана: стратиграфия и тектоника» (2003). В 2008 году авторы монографии «Геологические памятники природы Республики Татарстан» (2007), включая автора данной диссертации, были награждены «Почетной грамотой» ректора Казанского госуниверситета за создание уникального издания.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 86 научных работ, в том числе: 14 статей в ведущих рецензируемых российских и зарубежных научных журналах из Перечня ВАК, 4 монографии (3 - в соавторстве), 63 статьи и тезиса в российских и зарубежных журналах и научных сборниках; 3 учебно-методических пособия, получено 2 патента на изобретения.
Структура и объем работы
Циклостратиграфические исследования мезозойских и палеоценовых отложений Восточно-Европейской платформы и Западно-Сибирской плиты
Высшую степень своего развития циклостратиграфия получила в трудах проф. Ю.Н. Карогодина - основоположника предложенного им нового научного направления - литмологии (Карогодин, 1980, 1990, 1993, 1996, 2006). Важнейшей особенностью данного направления является применение системного, философско-методологического подхода к решению проблем бассейновой стратиграфии. С.С. Розова в «Послесловии» к монографии Ю.Н. Карогодина (2006) отмечает, что литмология открыла новый мир в геологической реальности - «...мир циклитов как естественных геологических тел надпородного уровня организации», «...породно-слоевых ассоциаций, целостных во времени формирования систем...» (Карогодин, 2006, с. 141). Ю.Н. Карогодиным разработаны системно-литмологические модели нефтегазоносных комплексов Западной Сибири, положительный прогноз по которым подтвердился открытием многочисленных крупных месторождений нефти и газоконденсата (Карогодин, 2006). Академик А.Н. Дмитриевский в разделе «От редактора» той же монографии указывает, что системные методологические разработки Ю.Н. Карогодина в скором времени должны пополниться заключительной частью литмо-логии — литмогенезом (Карогодин, 2006, с.5). Теоретические и методологические положения литмологии, воплощенные в пострении системно-стратиграфических моделей конкретных нефтегазоносных структур и осадочных бассейнов, по мнению автора, необходимо реализовать во всех нефтегазоносных бассейнах Евразии. Еще одним примером практической ценности литмологических моделей Ю.Н. Карогодина явилось открытие первого на Болгарском шельфе Черного моря газоконденсатного месторождения Самотино-Море (А.Н. Дмитриевский в (Карогодин, 2006)).
С циклостратиграфией тесно связана тектоностратиграфия (Никишин, Копаевич, 2009), предполагающая выделение мегасеквенций и интерпретацию геологических разрезов в терминах тектонических обстановок формирования осадочных толщ.
Теоретической разработке и практической апробации фациально-циклического анализа посвящена серия публикаций ведущих специалистов-литологов Уральского горного университета (Алексеев и др., 2006, 2007, 2009; Литология и геология, 2008, 2010). Авторами рассмотрена тюменская угленосная свита Шаимского нефтегазоносного района как самоорганизующаяся система. Выделены и охарактеризованы литоциклиты, установлены закономерности их чередования в связи с трансгрессиями и регрессиями.
В рамках первого (практического) направления циклостратиграфии проведен крупный комплекс исследований, посвященных фиксации эвстатических сигналов в юрской-неокомской продуктивной толще Западно-Сибирского бассейна (Захаров и др., 1991, 1998; Шурыгин и др., 1999; Sahagian et al., 1995; Sahagian et al., 1997). Впервые была построена трансгрессивно-регрессивная кривая, на высокоразрешающей хроностратиграфической основе, которая была сопоставлена с глобальной эвстатической кривой Б.Хака с соавторами (Haq et al., 1988) и количественной эвстатической кривой Д. Сахагяна и М. Джонса (Sahagian and Jones, 1993). В итоге выделено 19 эвстатических событий, большинство из которых коррелируется с кривыми эвстатики, а наиболее значимые - прослеживаются и на других континентах Северного полушария. Расчленение юрско-неокомской толщи на секвенции второго и третьего порядка позволило, по мнению авторов публикации (Захаров и др., 1998), преодолеть противоречия между построенными ранее стратиграфическими и седиментационными моделями Западно-Сибирского бассейна.
Чуть раньше американскими исследователями была предпринята попытка реконструкции юрских и меловых эвстатических колебаний уровня моря на Русской плите (Sahagian, Holland, 1991; Sahagian, Jones, 1993). Как указывают А.С. Алексеев и А.Г. Олферьев (2007), построения Д. Сахагяна с коллегами основывались на опубликованном в 70-х годах прошлого столетия геологическом материале по Московской синеклизе с небольшим дополнением по недавно полученным буровым данным. Результаты этих работ были раскритикованы Д.П. Найдиным и Е.Ю. Барабошкиным (1994), как необоснованные, в силу тектонической нестабильности Русской плиты в мезозое и отсутствия у авторов надежного биостратиграфического каркаса.
Практически одновременно Д.П. Найдиным был выполнен секвенс-стратиграфический анализ верхнемеловых отложений востока Европейской палеобиогеографической области в пределах Восточно-Европейской платформы (Найдин, 19952). Автор считает, что верхнемеловая толща является благоприятным объектом для реконструкции эвстатических событий, а особенности осадконакопления в позднем мелу Д.П. Найдин связывает с воздействием трех основных факторов: эвстазии, вертикальных тектонических движений и климата (Найдин, 1995 ). В верхнемеловом разрезе востока Русской плиты Д.П. Найдин выделил 6 секвенций, разделенных перерывами. Автор указывает на необходимость детального изучения типов перерывов, различающихся по продолжительности и пространственному распространению. Именно такая разбраковка позволяет, по мнению Д.П. Найдина, оценить природу перерывов - эвстатическую или тектоническую. Эвстатическими признаны перерывы, ограничивающие секвенции (Найдин, 19952).
В 1996 году исследовательская группа Д. Сахагяна в соавторстве с российскими коллегами (Sahagian et al., 1996) опубликовала эвстатическую кривую, построенную для средней юры-мела Восточно-Европейской платформы (в сопоставлении с кривыми по Западной Сибири). Исследования опирались на обширный буровой и стратиграфический материал в основном вновь по Московской синеклизе, которая выбрана, как посчитали авторы, по причине относительной тектонической стабильности. Реконструкция эветатиче-ского режима была проведена на основе палеобатиметрического моделирования юрского и мелового морей для центральной части Русской плиты, разработанного В.А. Захаровым.
А.С. Алексеевым и А.Г. Олферьевым в публикации 2007 года «Об эвстатических колебаниях уровня моря на Восточно-Европейской платформе в юрском периоде» (Алексеев, Олферьев, 2007) отмечено, что вышеупомянутая шкала эвстатических колебаний Д. Сахагяна с соавторами (Sahagian et al., 1996) уже «...не соответствует уровню современных требований...» (Алексеев, Олферьев, 2007, с. 41) из-за наличия крупных перерывов в юрских и меловых отложениях Московской синеклизы. С другой стороны, эветатическая кривая, построенная для одной структурно-геологической зоны платформы, не может являться отражением эвстатических колебаний, происходящих на всей ее территории.
Подход Д. Сахагяна и его коллег к построению эвстатических кривых на основе анализа палеобатиметрии был признан А.С. Алексеевым и А.Г. Олферьевым верным и положен в основу построения 20 количественных палеобатиметрических кривых, реконструированных по юрским отложениям различных структурно-геологических зон Восточно-Европейской платформы (Алексеев, Олферьев, 2007): Московской, Мезенской, Балтийской, Прикаспийской синеклиз, Днепрово-Донецкой впадины, Волго-Уральской, Воронежской антеклиз, Саратовского Заволжья, Саратовского Правобережья и Волгоградского Поволжья. Авторы привлекли большое количество палеонтологически датированных разрезов и их групп, опубликованных разными авторами в последние годы. Это дало возможность хроностратиграфически обосновать выделенные максимумы и минимумы на построенных палеобатиметрических кривых. Надо отметить, что авторы ограничили оценку относительного колебания уровня моря изменением палеобатиметрии. Они указывают: «Определяя масштабы трансгрессий мы были вынуждены в первую очередь опираться на глубину моря, а не на размеры площади, занятой морской акваторией, как это предлагали Д.П. Найдин с соавторами (1980)» (Алексеев, Олферьев, 2007, с. 41). А.С. Алексеев и А.Г. Олферьев считают, что причинами невозможности восстановления истинного положения береговой линии бассейна является разная степень размыва секвенций.
Построению эвстатических кривых для раннемеловой эпохи Русской плиты посвящены исследования Е.Ю. Барабошкина (2001); для альбского этапа платформы - работы А.С.Алексеева с коллегами (1996), Е.Ю. Барабошкина и А.С. Никульшина (2006). В основу эвстатических построений данных авторов положены палеобатиметрические реконструкции, выполненные по микро- и макрофауне (соответственно).
Свитная и циклостратиграфическая характеристика сводного разреза средней юры - мела северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба
Сводный разрез средней юры — мела северо-востока УСП представлен типичной для Ульяновско-Самарского Поволжья последовательностью слоев, выделяемых в соответствии с унифицированными стратиграфическими схемами юрских и нижнемеловых отложений Русской плиты, утвержденными РМСК в 1993 г. (Унифицированная схема..., 1993; Унифицированные схемы..., 1993) и дополненными в 1994 г. Среднеюрские-меловые слои, вскрытые в опорных скважинах и обнажениях на северо-востоке УСП, получили детальную комплексную лито-, био-, магнито-, хроно- и циклостратиграфическую характеристику и были сопоставлены с Бореальным аммонитовым зональным стандартом юры (Захаров и др., 2005), аммонитовой зональной шкалой, разработанной для средне- и верхнеюрских отложений Восточно-Европейской платформы (Зональная стратиграфия..., 2006), Нижнемеловым аммонитовым зональным стандартом Бореального пояса (Барабош-кин, 20042) и МСШ (Стратиграфический кодекс, 2006).
Согласно Постановлению МСК (вып. № 38) (Состояние изученности..., 2008), вышеперечисленные зональные аммонитовые стандарты юры и нижнего мела рекомендованы в качестве биостратиграфической основы для проведения межрегиональных корреляций и сопоставления разрезов с ОСШ. Результаты комплексного изучения среднеюрского-мелового разреза рассматриваемой территории были приведены в ряде публикаций (Геология Татарстана..., 2003; Зорина, 2004, 2005і, 20074).
Сводный разрез (рис. 24-26) составлен с учетом разработанных в последние годы схем детального (зонального, подзонального) биостратиграфического расчленения верхнего бата-келловея (Гуляев, 2001; Киселев, 1999, 2001, 2005; Митта, 2003), верхней юры (Вишневская, Барабошкин, 2001; Рогов, 2002, 2005), готерива-апта (Барабошкин, 2001; Барабошкин и др., 1999, 2001; Барабошкин, Михайлова, 2002) и верхнего мела (Олферьев, Алексеев, 2002, 2003; Стратиграфическая схема..., 2004) Восточно-Европейской платформы. Результаты вышеперечисленных исследований позволили их авторам значительно уточнить действующие региональные схемы и провести корреляцию выделенных последовательностей биозон с Западно-Европейской и Сибирской схемами.
Детальные исследования палеомагнитных и магнитных свойств пород изученного разреза (Балабанов, 2003, 2004; Зорина, 20051, Зорина, Балабанов, 2005) позволили уточнить стратиграфическое положение ярусной границы апта и подъярусной границы барре-ма, а также сопоставить весь изученный разрез с повой версией магнитостратиграфиче-ской шкалы, сводной палеомагнитнои шкалой и шкалой магнитной зональности Русской плиты (Гужиков, 2004).
Хроностратиграфическая характеристика мезозойских осадочных последовательностей проведена по результатам комплексного стратиграфического изучения четырех полных пересечений мезозоя опорными скважинами 1-4 (рис. 3, 10), детальных литобиостра-тиграфических данных,.полученных по разрезам многочисленных частных разрезов. Бат— нижнеоксфордский стратиграфический интервал дополнен данными В.В. Митта (Митта, 2003) по изученному им обнажению у Тархановской Пристани.
После получения надежной хроностратиграфической характеристики в разрезах были выделены тектоно-эветатические циклиты, которые сопоставлены с МСШ (Стратиграфический кодекс, 2006) и Шкалой геологического времени - 2004 (Gradstein et al., 2004), что позволило оценить длительность формирования циклитов и разделяющих их гиатусов.
В разрезе средней-верхней юры северо-востока УСП выделено 2 тектоно-эвстатических циклита: бат-нижнеоксфордский и верхнекимеридж-волжский (рис. 24).
В составе бат-нижнеоксфордского циклита выделяются снизу вверх: лаишевская, ужовская, докучаевская и, фрагментарно, володарская толщи.
Лаишевская толща
В строении толщи принимают участие глины (60%), алевриты (30%), пески (10%). Базальным горизонтом толщи являются пески и песчаники, максимальной мощностью до 13 м (с. Тат.Бездна). Выше залегают тонко переслаивающиеся глины и алевриты. Венчается разрез серыми, бескарбонатными (СаСОз - 1.1%), алевритистыми, линзовидно-микрослоистыми, каолинит-гидрослюдисто-смешанослойными глинами, которые постепенно переходят в аналогичные глины перекрывающей ужовской толщи. Количество обломочного материала в глинах достигает 19%.
Лаишевские пески и песчаники - желтовато-серые, коричневато-серые и зеленовато-серые, мелкозернистые, реже среднезернистые, с частыми, хорошо окатанными гальками и гравием кварца и кварцитов. По составу пески мономиктовые кремнисто-кварцевые, с редкими обломочными зёрнами вулканических пород — альбитофиров и дацитов. Визуальные литологические признаки верхней границы толщи отсутствуют.
В слоях изучены споро-пыльцевые спектры, которые, по мнению К.В. Николаевой, ближе всего к батским комплексам Нижнего Поволжья.
В кровельной части толщи определены 2 вида фораминифер: Ammodiscus colchicus Thod. и Glomospirella tsessiensis Thod., позволяющие сделать вывод о принадлежности пород к верхнебатскому подъярусу, так как, по мнению микропалеонтолога Г.Н.Старцевой, производившей определения фораминифер, в многочисленных разрезах Мордовии, Ульяновского и Саратовского Поволжья эти слои залегают между морскими образованиями нижнего келловея и среднебатскими отложениями с Ammodiscus baticus Dain.
Лаишевская толща датирована средним-поздним батом, прослеживается в Ульяновско-Самарском Поволжье и коррелируется с лукояновской толщей среднего-верхнего бата Чебоксарского Поволжья. Мощность ее на северо-востоке Ульяновско-Саратовского прогиба варьирует от 0 м (Щучьи Горы) до 30,8 м (Тат.Бездна).
Ужовская толща
Толща сложена преимущественно серыми, участками коричневато-серыми, безызвестковистыми (СаСОз - 1,1%), неравномерно алевритистыми, линзовидно-микрослоистыми каолинит-гидрослюдисто-смешанослойными глинами - 70%. Количество обломочного материала в глинах не превышает 11%. Подчинённое значение имеют серые и светло-серые, глинистые алевриты (алевролиты) - 20%, мергели (5%) и пески (5%).
Характерной литологической особенностью ужовской толщи является наличие в глине пластовых конкреций мергелей голубовато-светло-серых, пелитоморфных, плитчатых, с гнёздами алеврита, участками с обилием желваков марказита. В подошвенной части происходит увеличение примеси в глинах алевритистого и песчаного материала, появляются прослои алевритов и песков коричневато-серых, плагиоклаз-кварцевых, слюдистых, тонко-горизонтально-слоистых, сильно ожелезнённых.
Среди глин ужовской толщи преобладают глины с нормальной (нормативной) карбонатностью, реже отмечаются известковистые разности.
Нижняя граница толщи4 достоверно проводится лишь в опорных пересечениях на основе макро- и микрофаунистического анализов.
Возрастное соответствие толщи нижнему келловею подтверждается находками аммонитов Cadoceras ex gr. elatmae (Nik.), принадлежащих аммонитовой зоне Cadoceras elatmae, и Toricellites aproximatus Buckman, характерных для аммонитовой зоны P. koenigi нижнего келловея (Киселев, 1999).
В ужовских слоях Г.Н. Старцевой выделено 3 фораминиферовых стратона: слои с Astacolus, зона G. tatarensis — М. mjatliukae (сопоставляющаяся с аммонитовой зоной Cadoceras elatmae) и слои с Lenticulina tatariensis (сопоставляющиеся с зоной koenigi) (рис. 24), что подтверждает раннекелловейский возраст толщи.
Толща распространена на территории Ульяновско-Самарского и Чебоксарского Поволжья. Мощность ее увеличивается в западном направлении исследованной территории -от 0 м (Щучьи Горы) до 39 м (с. В.Каракитан).
Средне-верхнеюрские тектоно-эвстатические циклиты
Проведенные реконструкции особенностей региональной средне-позднеюрской эв-стазии и «тектонического шума» на востоке Русской плиты позволяют выделить два крупных тектоно-эвстатических мегациклита — байос-келловейский и оксфорд-волжский. Оба циклита имеют достаточно сложное строение, выраженное в обилии гетерохронных гиатусов, неравномерном распределении свит и толщ по площади и разрезу (рис. 32).
Длительность формирования байос-келловейского циклита оценивается в 8,4 млн. лет - с начала раннего байоса до конца позднего келловея, включая окончание фазы lamberti. Циклит разделен региональной ПМТ J 50 на 2 региональных циклита: верхнебайосский-батский и келловейский, длительность формирования которых оценивается в 4,5 и 3,5 млн. лет соответственно. Верхнебайосский-батский циклит, в свою очередь, испытал воздействие двух субрегиональных трансгрессий - J 10 и J 40, первая из которых была осложнена еще и локальными трансгрессиями (J 20 и J 30).
В начале позднего байоса восток платформы подвергся одновременному влиянию глобального подъема уровня мирового океана и регионального прогибания территории, начавшегося еще в раннем байосе. Результат взаимодействия этих событий ознаменовал начало развития мезозойского эпиконтинентального морского бассейна на востоке Русской плиты. Одновременно при нарастающей трансгрессии стали отлагаться глинистые морские осадки в Вятско-Камской впадине, Окско-Донской депрессии, Муромско-Ломовском прогибе и Ульяновско-Самарском Поволжье (рис. 33).
Понижение уровня моря, связанное с локальным тектоническим подъемом в середине фазы harlandi, вызвало накопление песчаных осадков лукояновской и лаишевской толщ. По окончании фазы harlandi уровень моря вновь стал расти, а песчаные осадки, отложившиеся почти на половине рассматриваемой территории, постепенно сменились сначала песчанистыми глинами, а затем - глинами. Субрегиональная трансгрессия J 40 охватила всю рассматриваемую территорию в конце фазы harlandi. Высокий уровень моря просуществовал почти до конца фазы ishmae (около 0,7 млн. лет), а в течение фаз cadoceras-kepplerites испытывал постепенное снижение с накоплением песчаных и песчано-глинистых осадков (песковская, хохловская толщи). Начавшееся падение уровня моря, связанного с глобальным позднебатским минимумом, отмечено появлением гиатусов в ряде структурно-геологических зон: на восточном крыле Московской синеклизы, Саратовском Правобережье и в Саратовском Заволжье.
На рубеже бата и келловея реконструируется новый трансгрессивный импульс регионального масштаба (J 50). Своим происхождением данная трансгрессия обязана глобальному эвстатическому подъему. Морская акватория в начале раннекелловейской фазе elatmae покрыла всю территорию востока платформы, обусловив длительное - в течение фаз elatmae, koenigi и calloviense (1,5 млн. лет) - высокое стояние уровня моря и повсеместное накопление бескарбонатных глинистых осадков. Лишь на локальных участках северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба в келловейском веке фиксируется гиатус.
Начало среднего келловея выразилось в проявлении региональной «оолитовости» в морских осадках на обширных территориях (Окско-Донской депрессии, Муромско-Ломовского прогиба и северной части Ульяновско-Саратовского прогиба). Это событие связывается с незначительным воздыманием, которое вызвало общее снижение уровня моря и его низкое стояние в течение келловейских фаз jason, coronatum, athleta и lamberti. Причем, в позднем келловее (фазы athleta и lamberti) реконструируется еще большее воз-дымание территории и сопутствующее ему снижение уровня моря, которое привело к началу гиатусов в Вятско-Камской впадине, части Муромско-Ломовского прогиба, большей части севера Ульяновско-Саратовского прогиба.
Мощным региональным воздыманием, произошедшим в середине раннеоксфорд-ской фазы mariae, завершилось формирование рассматриваемого мегациклита. Глинистые осадки этого времени зафиксированы только на территории восточного крыла Московской синеклизы и на локальных участках северо-востока Ульяновско-Саратовского прогиба. В остальных структурно-геологических зонах фазе mariae соответствует гиатус.
Начало раннеоксфордской фазы cordatum отмечено формированием региональной ПМТ J 60, вызванной региональным прогибанием территории. С завершением кратковременного и весьма интенсивного тектонического цикла начинается период формирования окфордского-берриасского тектоно-эвстатического циклита. Длительность накопления осадков составляет не менее 18,6 млн. лет. Сложный и неравномерный характер тектоно-эвстатической обстановки в Оксфорде — раннем берриасе обусловил дискретный характер осадкообразования, отличающейся обилием гетерохронных гиатусов и ПТМ разного ранга. Циклит разделен региональной ПМТ J 120 на 2 региональных циклита: раннеоксфорд-ский - средневолжский (раннеоксфордский — раниетитонский) и средне-поздневолжский (позднститонский - берриасский), длительность формирования которых оценивается в 13,9 и 4,7 млн. лет соответственно.
Раннеоксфордский-средневолжский региональный циклит характеризуется карбо-натно-глиыистым осадконакоплением с постепенным сокращением площадей осадконако-пления на фоне продолжавшегося до фазы eudoxus глобального роста уровня моря и явным преобладанием длительности этапов высокого его стояния над трансгрессивными этапами и этапами низкого стояния.
С началом раннеоксфордской фазы cordatum связано резкое повышение уровня моря за счет интенсивного регионального прогибания. Этапу высокого стояния уровня моря, соответствующему раннеоксфордским фазам cordatum, densiplicatum и среднеоксфорд-ским фазам tenuiserratum и ilovaiskii (часть) (длительностью 2,8 млн. лет), соответствует накопление карбонатно-глинистых осадков на всей территории ВРП, кроме северовосточной части Ульяновско-Саратовского прогиба, Вятско-Камской и Бузулукской впадин (рис. 34), где отмечен гиатус.
В конце фазы ilovaiskii воздымание обусловило снижение уровня моря и начало гиатусов сначала на территории Окско-Донской депрессии, а на рубеже среднего и позднего Оксфорда — на восточном крыле Московской синеклизы и в Ульяновско-Самарском Поволжье.
Длительность нового этапа высокого стояния уровня моря, связанного с очередной локальной трансгрессией тектонической природы (J 70), охватившей территорию Вятско-Камской впадины, оценивается в 1,3 млн. лет.
В конце Оксфорда площади осадконакопления на востоке Русской плиты сократились примерно наполовину по сравнению с раннекеловеиским максимумом. На рубеже Оксфорда и кимериджа зафиксировано начало гиатусов на территории Вятско-Камской впадины и южной части Ульяновско-Саратовского прогиба.
Локальные ПМТ J 80 и J 90, реконструированные в начале раннего кимериджа, свидетельствуют о незначительных подтоплениях на севере Ульяновско-Саратовского прогиба и об общем неустойчивом характере осадкообразования на востоке платформы.
Раннекимериджские осадки фазы amoeboceras / prorasenia выделены только на территории Ковернинской впадины, Муромско-Ломовского прогиба и севера Ульяновско-Саратовского прогиба. В конце фазы prorasenia реконструируется субрегиональное подтопление (J 100), вызванное новым импульсом прогибания. Данная трансгрессия обусловила возобновление накопления мергельно-глинистых свит на восточном крыле Московской синеклизы и на юге Ульяновско-Саратовского прогиба.
Окончание фазы eudoxus отмечено понижением уровня моря и началом гиатусов на восточном крыле Московской синеклизы, в Ковернинской впадине и Саратовском Правобережье. Так, на рубеже кимериджского и волжского веков начало гиатусов зафиксировано на территории Муромско-Ломовского прогиба и части Саратовского Заволжья. Одновременно территория Бузулукской впадины подверглась подтоплению, отмеченному локальной ПМТ J 110. Примечательно, что середина фазы eudoxus является глобальным эв-статическим максимумом, после которого уровень моря снижался вплоть до конца позд- неволжской фазы nodiger.
Глины многоцелевого назначения
На отдельных участках рассматриваемой территории альбские глины перспективны в качестве тугоплавкого и огнеупорного сырья. В Пензенской области разведаны Старо-Дертевское, Абашевское и др. месторождения тугоплавких и огнеупорных глин, приуроченные к альбскому циклиту (Сенаторов и др., 2002).
При ГСР-50, проведенных в 1993-1999 гг. в Дрожжановском районе РТ (СО. Зорина и др., 1999), специалистами ЦНИИгеолнеруд были выполнены прямые лабораторные технологические испытания нижнемеловых глин (В.П. Лузин, Л.П. Лузина). Впервые было показано, что глины практически всех литостратонов, составляющих нижнемеловые циклиты - готерив-аптский и альбский, пригодны для производства керамзитового гравия (Патент 2158242) (табл. 13). Нижнемеловые отложения, мощностью до 190 м, представленные в основном глинами, содержат небольшое количество прослоев глинистых алевритов, которые зачастую также могут служить керамзитовым сырьем (Патент 2158243).
Глины нижнемелового продуктивного горизонта отличаются низкой карбонатностью, что является одним из важнейших условий, определяющих принадлежность глин к сырью для получения керамзита. В составе толщ, перспективных для производства керамзита, на глины приходится 88-95% объема продуктивного горизонта. Они слагают монотонные слои, мощностью от 4-15 м до 69-85 м, участками переслаивающиеся с маломощными прослоями алевролитов, песчаников, реже -мергелей.
Глины имеют серый и темно-серый цвет, плотное, часто массивное сложение. Отмечается и криптослоистая текстура, выраженная в наличии прослоев и микропрослоев обломочного алевритового материала, линзовидных скоплений зерен пирита и в ориентированном расположении листочков белой слюды.
По данным РКФА, выполненного в лаборатории рентгеновского фазового анализа ЦНИИгеолнеруд (аналитики В.В.Власов, С.А.Волкова, Н.И.Наумкина и др.), нижнемеловые глины представлены двумя основными минеральными типами: каолинит-смешанослойным и монтмориллонитовым. Основную часть продуктивного горизонта (готерив-аптский циклит) слагают каолинит-смешанослойные (смектит-слюда) глины и лишь в отдельных интервалах распространены монтмориллонитовые глины, чередующиеся с каолинит-смешанослойными. Глины альбекого циклита являются монтмориллонитовыми, т.е. отмечается увеличение количества монтмориллонитового компонента в глинах вверх по разрезу.
В минеральном составе доминирующих каолинит-смешанослойных глин, по данным РКФА, преобладают смешанослойные образования, состоящие из слоев смектита и слюды, содержания которых составляют 59-63% минерального вещества глин. Содержания каолинита варьируют от 8 до 11%. В отдельных пробах его содержание достигает 17%. Во всех пробах глины присутствуют хлорит и аллотигенная слюда, представленная листочками мусковита.
В монтмориллонитовых глинах смешанослойные образования практически отсутствуют. Содержание монтмориллонита в них составляет в среднем 46,6%, присутствуют слюда и хлорит. Содержания кварца и полевого шпата составляют в зарыклейских глинах 21,8-29,9%.
Таким образом, общей особенностью минерального состава продуктивных глин является значительное содержание в них монтмориллонита в виде самостоятельного минерала в монтмориллонитовых глинах и в составе смешанослойных образований в каолинит-смешанослойных глинах.
Приведенные особенности керамзитовых глин отражены в их химическом составе, установленном в лаборатории химического анализа ЦНИИгеолнеруд (Б.В.Кудрявцев). Так, невысокие содержания обломочного материала выражены в умеренных содержаниях БіОг — 57,2-58,4%, в альбских глинах — до 63-65%, что объясняется обилием в последних обломочного материала и присутствием опал-кристобалитовой фазы.
Содержание СаО, по данным химических анализов, составляет 0,2-1,6%, что значительно ниже верхнего предела - 6%, выше которого глины утрачивают способность к вспучиванию.
Сравнение полученных средних химических составов нижнемеловых глин с содержаниями некоторых окислов в различных группах сырья показывает, что исследованные глины по всем параметрам химического состава входят в группу вспучивающихся глин. Причем, глины большинства исследованных проб могут быть отнесены к группе высоковспучивающихся глин.
Высокие показатели вспучиваемое глин подтверждены и технологическими испытаниями. При испытаниях глин путем термической обработки сырцевых гранул по двуступенчатому принципу нагревания до температуры 1150С коэффициент вспучивания с модифицирующими добавками составил от 2,6 до 8,3, размер гранул - от 15 до 21 мм, цвет - преимущественно черный. Марка керамзитового гравия колеблется от 100 до 300, преимущественно - 200 по ГОСТ 9758-86.
Установлено, что пригодной для производства керамзита является темно-серая, безызвестковистая (СаО не более 3%) нижнемеловая глина, с содержанием глинистой составляющей от 13% до 30%. При увеличении глинистой составляющей керамзитовая галька рассыпалась и требовались активирующие добавки для получения керамзита. Примесь песка и алеврита, как показали испытания, особых влияний на вспучиваемость не оказали. Напротив, обогащенная проба алеврита при технологических испытаниях показала вспучиваемость в 1,2 раза выше, чем традиционная смесь глина+алеврит+песок. В данном случае алевриты состоят из комковатых агрегатов минералов монтмориллонита - 74%, гидрослюды-15%, каолинита-11%.
В.Н. Логиновой (1955) лабораторно-технологическими и производственными испытаниями было показано, что готеривские глины пригодны в качестве формовочных в литейном производстве (чугунное литье, формы и стержни стального литья).
В 1998 г. И.И. Зайнуллиным и У.Г. Дистановым получены положительные результаты по испытанию альбских глин при производстве формовочных смесей. По основному физико-механическому параметру (прочность на разрыв) среднеальбекие глины соответствуют марке высокосвязующих формовочных бентонитов (0,028-0,042 кгс/см2 при нор-мативе - не менее 0,028 кгс/см ), но отличаются более низкими значениями прочности при сжатии (0,43-0,46 кгс/см при нормативе - не менее 0,5 кгс/см) (И.И.Зайнуллин, У.Г.Дистанов, 1998).
В.Н. Логиновой (1955) показано, что верхнеготеривские-среднеаптские глины могут быть использованы и в качестве сырья для цементной промышленности, так как их химический состав соответствует предъявляемым требованиям: силикатный и глиноземный их модули равны соответственно 2,2 и 2,3 при норме 1,8-3,5 и 1,8-2,5, а сумма MgO и SO3 меньше 4,5%.
В последние годы, при проведении ГСР-50 (С.О.Зорина и др., 1999) был детально изучен вещественный состав глин аловской и княжухинской толщ среднеальбекого подъ-яруса (табл. 14). Установлено, что среднеальбекие глины являются весьма перспективными цеолитсодержащими породами. Глины аловской и княжухинской толщ относятся к монтмориллонитовому минеральному типу. Содержание клиноптилолита в них достигает 38%, что значительно превышает содержание его в верхнемеловых опоках и мергелях.
Характерным минеральным компонентом глин является опал-кристобалитовое вещество, содержание которого, по данным РКФА, достигает 22%. Оно распространено в виде биоморфных сгустков опал-кристобалита (петрограф A.M. Месхи), представляющих собой сильно разрушенные скелеты радиолярий. Очертания их чрезвычайно сложные, неправильные, границы нерезкие. В этих сгустках также доминируют кремнистые леписферические образования, между которыми располагаются таблички цеолитов. Примечательны некоторые сгустки, в центре которых отмечаются значительные полости растворения. Стенки этих полостей инкрустированы мельчайшими кристалликами цеолитов.
Помимо сгустков кремнистого вещества цеолиты в глинах распространены в тонких межслоевых трещинках, участками заполняя их полностью. Кроме того, изометричные кристаллики цеолитов заполняют пустотки в глинах и фосфатных желвачках, образуя мелкие (до 0.1 мм) жеоды овальной формы.
