Введение к работе
Актуальность работы. Сидерит —минерал, содержащий ценную информацию о характере геологических процессов и физико-химических условиях осадкообразования и диагенеза в бассейнах седиментации.
Генетическое значение особенностей сидерита обсуждалось в работах Тимофеевой (1977), Матсумото и Ииджима (Matsumoto, Iijima, 1981), Мозли (Mozley, 1989) и др., но до настоящего времени остаются дискуссионными факторы, контролирующие вариации химического и изотопного составов сидерита.
Наши исследования были направлены на решение дискуссионных вопросов, учитывая, что сведения о морфологии, особенностях состава, кристаллофизических параметрах и парагенезисе карбонатов и фосфатов в отложениях различной фациальной принадлежности на территории Нижневьгаегодсюи впадины пока отсутствуют.
Цель работы состояла в том, чтобы на основе комплексного сравнительного исследования диагенетического сидерита из отложений различной фациальной принадлежности нижнего триаса и средней-верхней юры Нижневьгаегодсюи впадины выяснить условия его формирования, установить геологические и физико-химические факторы, контролирующие вариации состава и структуры сидерита, определить причины и механизм постадийного изменения состава и свойств сидерита.
Задачи исследований:
обобщить литературные данные минералогических, химических, изотопных и генетических исследований сидерита из других бассейнов седиментации;
изучить особенности состава и строения сидерита, в том числе развитого по органическим остаткам, и ассоциации других сопутствующих ему аутигенных минералов из отложений различной фациальной принадлежности нижнего триаса и средней-верхней юры Нижневьгаегодсюи впадины с применением комплекса современных аналитических методов;
установить факторы, контролирующие вариации фазового состава конкреций, и значение фациальной обстановки седиментации в сидеритообразовании;
установить характер и причины стадийного изменения состава и свойств сидерита, объяснить механизм последовательной кристаллизации сидерита, избирательно включающего примеси Mn, Са, Mg;
оценить условия формирования сидерита, используя изотопный состав углерода и кислорода.
Научная новизна работы. Работа является первым исследованием сидерита с применением современных физико-химических методов в данном регионе, поэтому практически все полученные данные по составу, свойствам, строению сидери-товых образований с комплексной оценюй его геохимических, структурных, мине-ралофизических и других показателей являются новыми в минералогии отложений мезозоя региона. Впервые выявлена связь состава сидерита с фациальной принадлежностью вмещающих отложений в районе исследований. Подтверждена и обоснована заюномерность распределения примесных элементов Мп, Са, Mg в
сидеритовых образованиях, предложено объяснение закономерной последовательности включения примесных элементов Mn, Са, Mg в состав сидерита. Впервые получены изотопные характеристики 13Скарб и 18Окарб сидерита из отложений Нижневычегодской впадины и дана их генетическая интерпретация.
Практическое значение работы. Выявлены признаки, которые позволяют применять сидерит из отложений мезозоя Нижневычегодской впадины для фациаль-ных реконструкций, стратиграфического расчленения и корреляции осадочных толщ, что весьма важно при решении ряда вопросов поиска и прогнозирования осадочных месторождений многих полезных ископаемых на данной территории: горючих сланцев, фосфоритов, минеральных вод и др.
Основные защищаемые положения:
Разновидности сидерита четко приурочены к определенным фациям осадочных бассейнов Нижневьгаегодской впадины. В пресноводных континентальных и солоноватоводных прибрежно-континентальных фациях преобладают Са-Мп-, Мп-Са-сидериты, сидериты и почти совсем не характерны Mg-сидериты. В морских глубоководных фациях, напротив, доминируют Ca-Mg и Mg-Ca-сидериты.
В процессе формирования диагенетических сидеритов установлена последовательная смена изоморфных примесей в ряду Mn-Ca-Mg. Такая последовательность объясняется увеличением растворимости соответствующих карбонатов.
Одна из генераций сидеритов континентальных и прибрежно-континентальных фаций характеризуется отрицательными значениями величин 13Скарб. Другая (более поздняя) генерация, отличается утяжеленным углеродом. Это объясняется уменьшающимся вкладом органогенного С02 по ходу диагенеза.
Для сидеритов из морских фаций установлена положительная корреляция между отношением в них Mg/Ca и величиной 13Скарб, что согласуется со стадийностью диагенетического сидеритообразования.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации положены исследования автора, выполненные в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН в период с 1998 по 2006 гг. В работе использован каменный материал, отобранный лично автором во время экспедиционных работ 1998—2001 гг. и включающий свыше 100 образцов сидеритовых конкреций, линз и пластов из отложений мезозоя Сысольской, Вятско-Камской, Яренской котловин Нижневьгаегодской впадины. Девять образцов любезно предоставили Н. П. Юшкин и С. А. Попов.
При исследованиях, кроме полевого описания, использовался комплекс современных лабораторных методов (в скобках количество проведенных анализов или съемок): оптическая (120 шлифов), сканирующая электронная (80), атомно-силовая (10) микроскопии, рентгеноструктурный (100), термический ДТА и ДТ1 (85), ИК-спектроскопический (75) и изотопный 813Скарб и S^O,^ (более 200) анализы, определение Сорг (50). Химический состав вещества изучался фазовым карбонатным (110), микрозондовым (160) и полу количественным спектральным (150) анализами.
Все аналитические работы выполнены в Институте геологии Коми научного центра УрО РАН.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на различных научных совещаниях и конференциях: V, VIII, IX научных конференциях "Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента" (Сыктывкар, 1996,1999, 2000); II Международном минералогическом семинаре "История и философия минералогии" (Сыктывкар, 1999); Международном минералогическом семинаре "Некристаллическое состояние твердого минерального вещества" (Сыктывкар, 2001); XVI Симпозиуме по геохимии изотопов имени академика А. П. Виноградова (Москва, 2001); Международной конференции "Бактериальная палеонтология" (Москва, 2002); III Всероссийской научной конференции "Южные районы республики Коми; геология, минеральные ресурсы, проблемы освоения" (Сыктывкар, 2002); Международной конференции "Углерод: минералогия, геохимия и космохимия" (Сыктывкар, 2003); XV Международном совещании "Рентгенография и кристаллохимия минералов" (Санкт-Петербург, 2003); XIV Геологическом съезде Республики Коми (Сыктывкар, 2004); а также минералогических семинарах Сыктывкарского отделения Всероссийского минералогического общества, годичной сессии Института геологии.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе 7 статей в научных журналах и сборниках, из которых одна в Докладах РАН.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 глав и заключения, содержит 152 страницы текста, 35 рисунков, 10 таблиц и список литературы (195 наименований).
Благодарности. В процессе подготовки диссертации автор пользовался консультациями и предоставленной литературой многих научных сотрудников Института геологии Коми НЦ УрО РАН и других организаций: докторов геол.-мин. наукЮ. А. Ткачева, В. И. Ракина, кандидатов геол.-мин. наук С. В. Лыюрова, Н. В. Ильиной, В. А. Салдина, В. И. Силаева, В. Л. Андреичева, Н. В. Шеховцовой (ЯрГУ, Ярославль), Д. Г. Заварзиной (Институт микробиологии РАН), а также С. Н. Ми-тякова (Вычегодская геолого-разведочная экспедиция), В. Н. Филиппова, М. П. Кетрис, Г. Н. Каблиса. Большой объем аналитических работ выполнен Р. И. Нефедовой, О. В. Кокшаровой, Г. Н. Модяновой, Л. А. Антоновой, М. Ф. Самотолковой, С. А. Забоевой (ИГ Коми НЦ УрО РАН). Автор искренне признателен всем коллегам, способствовавшим выполнению этой работы. Отдельно автор благодарит сотрудников группы изотопной геохимии за помощь и поддержку при подготовке диссертации.
Особую благодарность автор выражает научному руководителю — инициатору постановки работы, директору Института геологии академику Н. П. Юшки-ну и научному консультанту д. г.-м. н. Я. Э. Юдовичу за постоянную поддержку, внимание, обсуждение проблем, замечания, сделанные при просмотре рукописи, и передачу мне из своих фондов научной литературы.
