Е. В. Старикова
Санкт-Петербургский государственный университет, г. С.-Петербург
starspb@mail.ru
Особенности строения и состава пород фаменской
марганценосной формации лемвинской зоны Пай-Хоя
Верхнедевонский марганценосный уровень в отложениях Лемвинских фаций Пай-Хоя известен с 30-х гг. XX века, а в конце 70-х гг. в его составе были обнаружены стратифицированные карбонатные марганцевые руды [Юдович и др., 1981; и др.]. Факт их широкого распространения был установлен уже в конце 80-х гг. в ходе крупномасштабных геологосъемочных работ, проводимых воркутинскими геологами под руководством А. С. Микляева. Именно тогда была выделена фаменская вулканогенно-осадочная марганценосная формация, и поставлен вопрос ее широкого площадного развития на территории Пай-Хоя. В рамках настоящего исследования в 2006–2007 гг. проводилось изучение верхнедевонских отложений Нижнесиловского района (юго-восточный Пай-Хой), где были установлены новые проявления стратифицированных марганцевых руд, выявлены закономерности их распространения, впервые детально изучен химический и минеральный состав руд.
Целью данной работы является обобщение собственных и литературных данных по геологическому строению региона, строению рудоносной толщи, химическому и минеральному составу руд и вмещающих пород для обоснования и дальнейшего развития представлений о вулканогенно(гидротермально)-осадочной природе рудоносных отложений, а также с целью постановки вопроса о выделении фаменской марганценосной формации как самостоятельного подразделения местной стратиграфической шкалы.
Фаменский марганценосный уровень фиксируется в составе карбонатно-кремнистых отложений Лемвинской структурно-формационной зоны, сформировавшихся в глубоководных условиях склона и подножия пассивной континентальной окраины западной части Уральского палеоокеана. Батиальные отложения образуют крупную аллохтонную пластину (Пайхойский аллохтон), надвинутую по Главному Пайхойскому надвигу на шельфовые карбонатные осадки Елецкой СФЗ, формирующие параавтохтон.
Марганцевое оруденение приурочено к узкому интервалу, датируемому фаменским ярусом верхнего девона. Рудовмещающий разрез представлен существенно кремнистыми отложениями, залегающими на границе громашорской (D3gr) и силоваяхинской свит (D3-C1sl) – горизонтом яшмоидов и перекрывающей кремнисто-карбонатной пачкой (рис. 1).
Горизонт яшмоидов залегает в кровле громашорской свиты и является региональным маркирующим подразделением для Лемвинской зоны Пай-Хоя. Он сложен плитчатыми сургучно-красными полосчатыми карбонатными силицитами яшмовидного облика, благодаря чему при их описании получил распространение термин «яшмоиды». От типичных яшм эти породы отличаются высоким содержанием карбонатной примеси. Характерной особенностью яшмоидов являются повышенные концентрации марганца и железа (от десятых долей до 3–7 мас. % MnO и до 10–15 мас. % Fe2O3). В составе горизонта также наблюдаются маломощные прослои мраморовидных кремнистых известняков, а в верхней части появляются и постепенно наращивают свою долю темноцветные силициты, характеризующиеся серой, зеленовато-бурой окраской и отсутствием полосчатости. Мощность горизонта варьирует от 6 до 12 м.
Основание силоваяхинской свиты слагает пачка переслаивания темноцветных силицитов, карбонатных силицитов, углеродистых фтанитов, кремнисто-карбонатных сланцев и кремнистых известняков. Нижняя граница этих отложений контролируется постепенным исчезновением сургучно-красных яшмоидов и увеличением доли темноцветных силицитов. Выше по разрезу наращивается содержание углеродистых и карбонатных разновидностей с постепенными переходами к турнейской черносланцевой ассоциации пород. Фаменская часть силоваяхинской свиты также характеризуется аномальными содержаниями марганца (до 4–6 мас. % MnO), при отсутствии высоких показателей содержаний железа. Мощность карбонатно-кремнистой пачки достигает 30 м.
Стратифицированные карбонатные марганцевые руды установлены на нескольких уровнях фаменских отложений. В пределах горизонта яшмоидов оруденение фиксируется в верхней части интервала, где представлено протяженными пластовыми телами мощностью от 0.1 до 0.4 м. В карбонатно-кремнистой пачке силоваяхинской свиты марганцевые руды устанавливаются в интервале до 30 м от границы с яшмоидами. Они образуют пласты, иногда объединяющиеся в рудные серии мощностью до 2 м, а также линзовидные залежи. Нахождение последних связано с зонами складчатых деформаций, где они обнаруживаются в шарнирах S-образных складок, а на выклинивании переходят в пластовые тела.
Стратифицированные марганцевые руды имеют карбонатный (кутнагоритовый) состав, характеризуются волнистой слоистостью и зачастую содержат большое количество поперечных кварцевых прожилков. Помимо этих минералов, в рудах установлены родохрозит, доломит, кальцит, пирит, рансьеит, криптомелан(?) и акцессорные Ba-Mn-мусковит, микроклин, пирофанит, галенит, барит, апатит и монацит. Диапазон концентраций марганца в рудах составляет 15.80–39.40, при средних значениях 23.81 мас. % MnO. На южном окончании площади обнаружена протяженная линза карбонатно-силикатных марганцевых пород (Силоваяхинское проявление родонита), сменяющая по латерали карбонатные марганцевые руды. Главными минералами этих пород являются родохрозит, родонит, пироксмангит и кварц, второстепенными – тефроит, аллеганит, фриделит, неотокит, суссексит, пирит и гипергенные гидроксиды марганца, акцессорными – алабандин, барит и апатит. Химический состав родонит-родохрозитовых пород показывает более высокие концентрации марганца: от 38.40 до 54.70, в среднем 47.48 мас. % MnO.
Представления о эндогенной поставке рудных элементов были высказаны первыми исследователями этих отложений [Юдович и др., 1981; и др.]. К настоящему времени накоплен обширный материал, позволяющий более уверенно аргументировать эту точку зрения. На наш взгляд, соответствие марганценосной формации вулканогенно-осадочному типу доказывается следующей группой признаков.
1. Фациально-генетическая интерпретация вмещающих разрезов. Для отложений громашорской и силоваяхинской свит реконструируются глубоководные
условия накопления. Основанием для этого является их существенно кремнистый состав, микро- и тонкослоистые текстуры, ритмичность породных ассоциаций, преобладание планктонного танатоценоза (радиолярии, конодонты), низкие скорости седиментации, отсутствие стратиграфических перерывов. Более высокая скорость накопления предполагается для комплекса пород марганценосной формации, о чем, помимо петрохимических критериев, свидетельствуют факты быстрого осаждения и захоронения раковин пелеципод и остракод [Беляев, 1986; 1994].
2. Петрохимический и минеральный состав пород рудоносной формации.
Ярким признаком участия эндогенного вещества является обогащение пород формации характерным комплексом рудных элементов: Fe, Mn, Cu, Ni, Zn, Pb, Co, As [Юдович и др., 1984; и др.] и примесь пирокластического материала, фиксируемая по присутствию полевых шпатов, новообразованных амфиболов, пироксеноидов, граната, эпидотовых минералов, стильпномелана, фенгита, аксинита [Микляев, Беляев, 1994; и др.]. Проведенные Я. Э. Юдовичем с коллегами [Юдович и др., 1984; и др.] химические исследования и их обработка с использованием различных петрохимических критериев, также выявляют примесь продуктов вулканизма (пирокластический и эксгалятивный материал) в исследуемых породах. Выполненное нами изучение химического состава пород и руд формации также показало преобладание гидротермального вещества не только в марганцевых рудах, но и в рудовмещающих породах (рис. 2). В то же время, часть анализов подстилающих сланцев демонстрирует существенный вклад терригенных компонентов в осадки. Изотопные исследования состава карбонатов кремнистых известняков из прослоев в яшмоидах показали резкое, по отношению к морским карбонатам, обогащение легким изотопом углерода, которое интерпретируется связью с гидротермальными источниками и позволяет проводить аналогию с дистальными шлейфами гидротермально-осадочных систем современных океанических хребтов [Беляев и др., 1983; Беляев, 1986].
3. Наличие одновозрастных вулканических формаций. Прямым признаком проявления подводной вулканической деятельности являются верхнедевонские миндалекаменные базальты мадагаважского комплекса, среднедевонские вулканиты хекуръянгинского косьвожско-пагинского и хахаремского комплексов [Микляев, Беляев, 1994; Душин, Микляев, 1990] и средне-верхнедевонских субвулканические образования [Тимонин, 1998]. Несмотря на неравномерность географического размещения эффузивов, сходство их геологического положения, близость петро- и геохимических особенностей позволяют объединить их в единую трахибазальт-трахириолитовую формацию авлакоген-рифтогенного комплекса девона [Душин, Микляев, 1990].
4. Палеогеодинамические обстановки осадконакопления. Проявления девонского базальтового магматизма на Пай-Хое связаны с образованием в это время автономного рифта-авлакогена, рассматриваемого как южное продолжение зоны спрединга Восточно-Баренцевского «несостоявшегося океана» [Аплонов, 2001; Тимонин и др., 2004]. Согласно дистанционным датировкам возраста океанской коры, устанавливаемой в этой структуре, фаза активности спрединга захватывает диапазон 390–360 млн лет (средний-верхний девон) [Аплонов, 2001].
Локализация оруденения в пограничном интервале принятых стратиграфических подразделений ставит вопрос о корректировке положения этой границы. Основная часть отложений фаменского яруса входит в состав громашорской свиты, достигая мощности 150 м, где представлена разнообразными карбонатно-кремнистыми отложениями. Близкую литологию имеют и фаменские отложения основания силоваяхинской свиты, где их мощность ограничивается интервалом 30–40 м, выше которого залегает турнейская черносланцевая ассоциация. Такое «раздвоение» литологически близких отложений одного яруса на две свиты связано с присутствием хорошо выделяемого горизонта яшмоидов, принятого в качестве маркирующей единицы разреза. Однако изучение данного интервала выявляет «родственность» яшмоидов скорее с перекрывающими отложениями силоваяхинской свиты, что подкрепляется и данными по закономерностям локализации марганцевого оруденения. Эта «родственность» подчеркивается и резким характером нижней границы маркирующего горизонта с пестроцветными глинисто-кремнисто-карбонатными сланцами, по сравнению с постепенным верхним контактом, выражающимся в появлении сначала темноцветных силицитов, а затем и преобладании карбонатных пород. Таким образом, тесная генетическая связь яшмоидов и распространенных в более широком интервале марганцевых руд, наряду с данными по составу отложений этого интервала, свидетельствует в пользу объединения в составе единой свиты отложений фаменской вулканогенно-осадочной формации.
Исследования поддержаны РФФИ (08-05-00415-а).
Литература
1. Аплонов С. В. Геодинамика. Учебник. СПб: СПбГУ, 2001. 360 с.
2. Беляев А. А. Фтанитовая верхнедевонско-каменноугольная формация Пай-Хоя // Осадочные палеозойские формации Пай-Хоя // Тр. Ин-та геол. Коми фил. АН СССР. Вып. 56. Сыктывкар, 1986. С. 27–37.
3. Беляев А. А. Литогенетические особенности палеозойских формаций Карской зоны Пай-Хоя // Геология и минерально-сырьевые ресурсы европейского Северо-Востока России. Тезисы Всероссийской геологической конференции. Сыктывкар, 1994. Т. 1. С. 55–58.
4. Беляев А. А., Семенов Г. Ф., Суханов Н. В. Изотопный состав кислорода и углерода карбонатных пород сланцевой зоны Пай-Хоя // Геология и полезные ископаемые европейского Северо-Востока СССР. Тр. Ин-та геол. Коми фил. АН СССР. Вып. 44. Сыктывкар, 1983. С. 53–54.
5. Душин В. А., Микляев А. С. Среднепалеозойский магматизм западного склона Северного Урала // Советская геология, 1990. № 8. С. 75–83.
6. Зайкова Е. В. Кремнистые породы офиолитовых ассоциаций (на примере Мугоджар). М.: Наука, 1991. 134 с.
7. Микляев А. С., Беляев А. А. Верхнедевонские и нижнекаменоугольные отложения сланцевой зоны юго-восточного Пай-Хоя // Обоснование границ стратиграфических подразделений. Тр. Ин-та геол. Коми НЦ УрО РАН. Вып. 82. Сыктывкар, 1994. С. 27–34.
8. Тимонин Н. И. Печорская плита: история геологического развития в фанерозое. Екатеринбург: УрО РАН, 1998. 240 с.
9. Тимонин Н. И., Юдин В. В., Беляев А. А. Палеогеодинамика Пай-Хоя. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 225 с.
10. Юдович Я. Э., Беляев А. А., Кетрис М. П. Геохимия, минералогия и рудогенез марганца в черносланцевых отложениях Пай-Хоя // Рудообразование на Тимане и Севере Урала. Тр. Ин-та геол. Коми филиала АН СССР. Вып. 34. Сыктывкар, 1981.
С. 54–72.
11. Юдович Я. Э., Кетрис М. П., Мерц А. В., Беляев А. А. Петрохимическаядиагностика вулканогенных продуктов в черносланцевых отложениях Пай-Хоя // Геохимия, 1984. № 6. С. 868–882