Литология и полезные ископаемые палеогена Воронежской антеклизы

На территории Воронежской антеклизы сосредоточены важнейшие народнохозяйственные объекты горнодобывающей, металлургической, аграрной, химической, электроэнергетической и ряда других отраслей, в том числе многие предприятия стройиндустрии. Обеспечение полноценной деятельности столь обширного комплекса разноотраслевых производств вызывает необходимость не только восполнения запасов минерально-сырьевых ресурсов, но и поисков новых нетрадиционных видов сырья, в особенности нерудного, в котором наиболее остро нуждаются сельское хозяйство и строительство. В связи с транспортными и экологическими проблемами представляют интерес не только крупные, но и с относительно небольшими запасами месторождения, рассредоточенные по административным центрам областного подчинения. По тем же причинам первоочередное внимание должно уделяться изучению неглубокоза-легающих пород, доступных для открытой разработки в простых горнотехнических условиях.

Одним из благоприятных объектов для поисков различных полезных ископаемых в регионе являются палеогеновые отложения. Изучению их всегда уделялось пристальное внимание, многие исследователи в той или иной мере затрагивали и вопросы прогнозной оценки и поисков полезных ископаемых. В этом плане заслуживает быть выделенной монография В. П. Семенова «Палеоген Воронежской антеклизы», изданная в 1965 году. Она явилась первой работой, в которой наряду с решением вопросов стратиграфии палеогеновых отложений в масштабе региона на основе палеогеографических реконструкций был дан прогноз полезных ископаемых. Вместе с тем вопросы минералогии, вещественного состава и частично условий образования пород, особенно глинистых, составляющих до 50% разреза, во многом остались нерешенными из-за недостаточного применения в то время точных методов исследований. Поэтому в «Заключении» В. П. Семенов указал, что «основная цель дальнейшего изучения палеогеновых отложений Воронежской антеклизы — качественная и количестванная оценка слагающих пород и сопровождающих минералогических ассоциаций для выяснения возможностей комплексного использования их как полезных ископаемых». Это возможно только на основе комплексного изучения палеогеновых отложений с привлечением всех доступных современных методов исследований, чем и занимался автор настоящей работы. Ее целью являлось установление закономерностей формирования и перспектив практического использования глинистых и генетически с ними связанных пород палеогена (охры, цеолиты). Диссертантом были изучены также алевритово-песчаные породы, но в данной работе они подробно не рассматриваются .

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

I. Составить фациальные карты масштаба 1:200 000 по всем стратиграфическим подразделениям палеогена, принятым в основу при проведении геолого-съемочных и поисково-разведочных работ.

II. Провести комплексное исследование глин и глинистой составляющей песков и алевритов с выделением минеральных ассоциаций и границ их развития.

III. Установить пространственные и возрастные границы распространения и факторы формирования цеолитсодержащих пород палеогена.

IV. Определить генезис глинистых охр, локализующихся на разных стратиграфических уровнях.

Автором защищаются следующие положения:

1. Формирование палеогеновых отложений происходило в морских условиях при различных гидродинамических режимах, что определило многообразие литологических типов пород. На распределение фаци-альных зон и состав осадков определяющее влияние оказывало Воро-нежско-Щигровско-Кантемировское поднятие.

2. В глинах киевской свиты, имеющих аутигенно-терригенный генезис, по качественному и количественному соотношению породообразующих минералов выделяются 13 минеральных ассоциаций и это предопределяет широкий спектр их практического использования.

3. Установлены пространственные и возрастные границы распространения цеолитов группы гейландита, образовавшихся на стадии диагенеза за счет продуктов разложения терригенных минералов, неустойчивых в щелочной среде.

4. Залежи глинистых охр, локализующиеся на трех стратиграфических уровнях в разных районах, имеют постседиментационную природу. Их образование обусловлено пигментацией глин гетитом на окислительных барьерах в местах разгрузки подземных вод.

Обоснование первого защищаемого положения приведено во второй главе, второго — в третьей, третьего — в четвертой и четвертого — в пятой.

Научная новизна работы. В результате проведения комплекса литологиче-ских исследований впервые для территории Воронежской антеклизы построены фациальные карты масштаба 1:200 ООО, являющиеся основой прогноза поисков полезных ископаемых в палеогеновых отложениях. Для региона КМА выполнены карты распределения минеральных ассоциаций глинистой составляющей отложений каневской и бучакской свит, нижнекиевской и верхнекиевской под-свит. На основе детального литологического изучения глинистых охр установлена эпигенетическая природа процессов ожелезнения глин на всех возрастных уровнях. Выявлено широкое развитие цеолитов гейландитовой группы в отложениях сумской, каневской, бучакской свит и нижнеканевской подсвите, а также обосновано формирование этих минералов в диагенетическую стадию преобразования осадка вне связи с пироксластическим материалом. Показаны возможности практического использования некоторых видов глинистого сырья и цеолитов.

Практическая ценность и реализация работы. Материалы литологического изучения палеогеновых отложений, проводимых автором настоящей работы с 1974 года, неоднократно передавались в виде производственных, научно-тематических отчетов, отдельных рекомендаций по договорам о творческом содружестве в различные геологические организации ПГО Центргеология, в НИИ КМА (г.Губкин), в Воронежские лесотехнический, сельскохозяйственный и строительный институты, в «Воронежоблагропром». На площадях, рекомендованных для поисков уже открыты и разведаны крупные месторождения охр (Рудаевское), бентонитоподобных глин (Щербаковское, Никольское и Рыбаль-чинское), проведены поиски глин для лицевого кирпича в южных районах Воронежской области. Во всех этих работах диссертант принимал непосредственное участие, являлся соавтором отчета о детальной разведке Рудаевского месторождения охр, защищенного в ГКЗ СССР с отличной оценкой. Результаты исследований по песчаным породам, не включенные в диссертацию, опубликованы в четырех статьях.

Апробация работы. Материалы, положенные в основу настоящей работы, освещались в печати и докладывались на ежегодных научных сессиях Воронежского госуниверситета (1975;1996 гг.), на всесоюзных совещаниях: «Глины, глинистые минералы и их использование в народном хозяйстве» (Москва, 1976; Алма-Ата, 1985) — «Генезис и ресурсы каолинов и огнеупорных глин» (Москва, 1986) — «Рентгенография минерального сырья» (Тбилиси, 1986) — на сессиях Северо-Кавказского (Нальчик, 1985) и Львовского (Мукачево, 1982) отделений ВМО. По теме диссертации опубликовано 20 статей и три главы коллективной монографии.

Фактический материал, положенный в основу диссертационной работы, получен в процессе проведения полевых работ в период с 1973 по 1996 годы, заключавшихся в обследовании, описании и опробовании 394 обнажений и карьеров, а также более 1000 погонных метров керна буровых скважин различного назначения. По отобранным образцам и пробам проведены около 800 рентгеновских, 500 гранулометрических, 300 химических, 124 электронномик-роскопических, 37 термических, 280 минералогических (в шлифах — 84 и имер-сии — 196), 327 спектральных анализов, а также 310 различных лабораторно-технологических испытаний. Для составления фациальных карт и разрезов использованы описания более 700 скважин, пробуренных при проведении геолого-съемочных и поисково-разведочных работ, а также результаты анализов, проведенных сторонними организациями.

Все минералогические и электронномикроскопические, подавляющее большинство рентгеновских, гранулометрических, спектральных и термических анализов, частично химические и лабораторно-технологические выполнены в региональной межвузовской лаборатории при ВГУпрочие — в различных научных и производственных организациях ПГО «Центргеология», «Архан-гельскогеология», Воронежских ЛТИ и ВИСИ, в НИИ КМА (г.Губкин).

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 98 наименований. Текст изложен на 120 страницах при общем объеме 197 страництекстовые приложения представлены 30 таблицами и 46 рисунками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В течение палеогенового времени на южную часть Воронежской антеклизы неоднократно трансгрессировало море. Анализ фациальных карт показывает сложный план распределения фаций, обусловленный существованием разнопорядковых тектонических структур.

2. Наиболее ощутимо на распределение фаций и типов осадков в течение всего палеогенового этапа влияние Воронежско-Щигровско-Кантемировского поднятия. До среднего эоцена оно было сушей и определяло конфигурации береговых линий трансгрессирующих морей.

3. В среднеэоценовое время погрузилась под уровень моря юго-восточная часть поднятия, в позднеэоценовое оно полностью было затоплено. На дне моря образовались поднятия и впадины, контролировавшие распределение фаций. К концу эоцена рельеф подводного дна был выровнен, с харьковского времени началось обмеление морского бассейна, а в полтавское время в области поднятия формировались прибрежно-морские фации.

4. Формирование палеогеновых отложений в различных фациальных. обстановках обусловлено разными глубинами, рельефом подводного ложа, гидродинамическим и гидрохимическим режимами, составом материала, поступавшего с суши. Выявленные особенности распределения пород по латерали, их вещественный состав для каждой фации позволяет прогнозировать поиски различных типов глинистого сырья, цеолитов, охр, глауконититов и других полезных ископаемых.

5. При формировании палеогеновых отложений основным источником сноса являлась территория, расположенная севернее и северо-западнее линии Новохоперск-Воронеж-Курск-Брянск и лишь в южных районах региона ощущалось влияние островной суши Донбасса. Большая часть области денудации была представлена карбонатно-терригенными породами мела. Заметное увеличение коэффициента зрелости пород при одновременном возрастании роли каолинита отмечаются на рубеже раннеи позднекиевского времени, являющимся началом регрессивного этапа палеогенового осадконакопления. На завершающей его фазе (олигоценовое время) материал, мобилизуемый в источниках сноса, характеризовался очень высокой степенью зрелости.

6. В распределении глинистых минералов в морских бассейнах палеогенового периода существует общая закономерность, выражающаяся в уменьшении содержаний каолинита при синхронном возрастании роли монтмориллонита в направлении от берега. Особенно ярко она проявляется в допозднекиевское время, когда бассейны седиментации отличались глубоководностью и разнообразием фациальных обстановок вследствие контрастности подводного рельефа. В них каолинит сохранялся только в периферийных участках мелководно-морских зон с активным гидродинамическим режимом. В составе глинистой фракции более удаленных отберега фаций вместо каолинита появляются аутигенные глауконит и клиноптилолит. В существенно монтмориллонитовых глинах часть монтмориллонита также имеет аутигенное происхождение. Начиная с позднекиевского времени цеолиты не устанавливаются, а в олигоценовых высокозрелых мелководных образованиях отсутствует и глауконит.

7. В бассейны седиментации поступал полиминеральный материал. В мелководных условиях он сохранялся, а процессы аутигенного минералообразования сводились преимущественно к формированию глауконита. Поступление в осадок биогенной кремнистой продукции не оказывало заметного влияния на изменение минерального состава глин. В глубоководных областях седиментации происходила деградация, трансформация и разложение ряда терригенных минералов и синтез новых, в том числе глауконита, монтмориллонита и цеолитов.

8. Разнообразие фациальных обстановок, терригенное и аутигенное минералообразование, наличие карбонатной, кварцевой, кремнистой примесей обусловили разнообразный состав палеогеновых глин. Поэтому имеются широкие перспективы для поисковформовочных, керамзитовых, керамических, цеолитовых глин, сырья для производства железорудных окатышей, лицевого и обыкновенного кирпича, буровых растворов.

9. В палеогеновых отложениях с помощью прецизионных методов выявлено широкое развитие цеолитов гейландитовой группы, приуроченных обычно к алевритовым глинам и глинистым алевритам. Они тяготеют к впадинам в мелководно-морских зонах и к поднятиям в относительно глубоководных. Формирование цеолитов происходило на позднедиагенетических стадиях образования пород.

10. Проведенные технологические испытания цеолитосодержащих пород показали высокую эффективность их использования в качестве сорбентов токсичных газов и жидкостей, кормовых добавок, пролонгаторов удобрений в почвах. Внесение цеолитов в последние • снижает содержание нитратов в овощах и повышает урожай технических культур.

11. Выявлено три горизонта развития охр в палеогеновых отложениях: на глинах нижней части полтавской серии, на верхнеи нижнекиевских глинах и приуроченых к контактовым зонам последних с песками. Основной минерал охр — гетит является наложенным в результате воздействия на глины подземных вод.

12. Формирование охр обусловлено литологическим, геохимическим и геоморфологическим факторами на окислительных барьерах в зонах разгрузки подземных вод. Поэтому необходимым элементом прогноза месторождений охр является составление палеогеоморфологических карт с выделением на них участков контрастного рельефа.