Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо- и рудообразования

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

серия основана в 1 996 г.




        О.В. ЯПАСКУРТ

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ И СТАДИАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ОСАДОЧНОГО ПОРОДО- И РУДООБРАЗОВАНИЯ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, исправленное и дополненное

Рекомендовано УМС геологического факультета
               МГУ им. М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 05.04.01 «Геология»




                znanium




электронно-библиотечная система

Москва ИНФРА-М 2025

УДК 549.905:552.14
ББК 26.303
      Я69

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

        Рецензенты:
        Кузнецов В.Т. — д-р геол.-мин. наук, профессор;
        Симанович И.М. — д-р геол.-мин. наук
Я69 Япаскурт О.В.
        Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо- и рудообразования : учебное пособие / О.В. Япаскурт. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2025. — 356 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/16973.


       ISBN 978-5-16-020358-4 (print)
       ISBN 978-5-16-104038-6 (online)

       Изложены сведения о методологии, методике, сущности и практической результативности фундаментального раздела литологии (науки об осадочных горных породах, их генезисе и эволюции в геологической истории Земли), ее важнейшего научного направления — генетической минералогии осадочных образований континентов и океанов. Большое внимание концентрируется на минеральных парагенезах — индикаторах физико-химических (pH, Eh, Т и Р) обстановок осадко-, породообразования и всевозможных внутрилитосферных породных изменений. Описаны также типоморфные кристаллохимические признаки многих минералов с учетом их принадлежности к определенным генетическим типам осадков, фациям и осадочным геологическим формациям. Описаны конкретные примеры и приемы комплексного исследования минеральных парагенетических ассоциаций совместно с литолого-фациальными и стадиально-петрографическими реконструкциями условий формирования и постседиментационного изменения различных осадочных и вулканогенно-осадочных комплексов и свойственных им полезных ископаемых. На этих примерах читателю показано, каким путем следует стремиться к научно обоснованным палеографическим и палеотектоническим заключениям. Попутно затронуты актуальные вопросы теории осадочного процесса.
       Для студентов, магистрантов вузов и аспирантов, обучающихся по направлению 05.04.01 «Геология»; а также для преподавателей университетов и научных работников — геологов, геохимиков, геофизиков.
УДК 549.905:552.14
ISBN 978-5-16-020358-4 (print)                            ББК 26.303
ISBN 978-5-16-104038-6 (online)            © Япаскурт О.В., 2008, 2016


Подписано в печать 21.08.2024.
Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная.
Печать цифровая. Усл. печ. л. 22,25
ППТ20. Заказ № 00000
ТК 477500-2170391-290616
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр.1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru         http://www.infra-m.ru


Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

            ВВЕДЕНИЕ



    Эта книга рассматривает актуальные методологические аспекты литологии, которая представляет собой фундаментальный раздел геологии, направленный на познание, в первую очередь генезиса осадочных горных пород (включая руды) и их ассоциаций, на раскрытие закономерностей их нахождения, условий формирования и стадиальных процессов послеосадочного (постседиментационного) изменения в верхних слоях земной коры, а также на познание эволюции осадочного процесса в геологическом прошлом нашей планеты.
    К вышеперечисленным задачам причастна генетическая минералогия осадочных и вулканогенно-осадочных образований континентов и океанов — научное направление в литологии, основы которого были заложены в середине XX века учениками одного из основателей этой науки, чл.-кор. АН СССР Леонида Васильевича Пустовалова — А.Г. Коссовской и В.Д. Шутовым в Геологическом институте АН СССР (ныне ГИН РАН). Они предложили именовать это направление как геоминералогия. Она изучает процессы формирования, существования и преобразования минеральных парагенезов и свойственных им ключевых минералов — индикаторов этих процессов в важнейших геологических типах осадочных и метаосадочных пород верхней оболочки литосферы.
    Здесь уместно дать предварительные пояснения читателю о том, что предложенный А.Г. Коссовской и В.Д. Шутовым термин «геоминералогия» не нашел всеобщего признания у геологов и, прежде всего, у большинства минералогов. Тем не менее, он импонирует своей лаконичностью, и будет использован в дальнейшем тексте книги как аббревиатура. Приживется ли этот термин — покажет будущее. Может быть, найдется иное, более подходящее слово. Но само рассматриваемое здесь научное направление достойно специфического наименования, потому что в своем развитии, в отличие от минералогии классической, шло не от отдельных минералов или их классов и групп, а от оп

3

ределенных минеральных парагенезов, слагающих конкретные генетические типы пород, которые в свою очередь образуют последующие генетические иерархии — фации, макрофации и формационные ряды. То есть для данного напрвления характерен системный подход к исследуемому природному объекту. Он изучается совокупным сочетанием специфических методических приемов, раскрывающих многие уровни организации природной системы, прежде всего, три ее главных уровня, перечисляемых ниже.
  1. Генетический, фациальный и формационный анализы, выявляющие (на уровне макронаблюдений) физико-географические и палеотектонические обстановки и их эволюционирование в периоды заложения, формирования и видоизменения структуры исследуемого осадочного бассейна (ОБ).
  2. Стадиальный анализ (выполняемый в основном на уровне оптической и частично электронной микроскопии), который позволяет применительно к каждому генетическому типу отложений выявить свойственные ему разновозрастные минеральные парагенезы, характеризующие условия и процессы седиментации, а также этапность постседиметационных изменений осадка и породы.
  3. Прецизионный структурно-кристаллохимический анализ и познание типоморфной гетерогенности минералов-индикаторов конкретных физико-химических обстановок седиментации и термодинамических режимов постседиментационного литогенеза.
    Из данного здесь перечня следует, что геоминералогия (которая в будущем может обрести иное наименование при сохранении своей сути) опирается на основополагающие методы современных литологических исследований. Их принципы см. в главе 1. Опережая эти описания, замечу, что в нынешней литологии (вообще) и геоминералогии (в частности) приоритетное значение имеет генетический принцип исследования, т.е. раскрытие конкретных физико-химических, биохимических и биологических процессов (экзогенной и эндогенной природы), которые обусловили минерало- и породообразование, познание их механизмов, а также условий и обстановок их реализации. Они (процессы и условия) оставили свои следы, или признаки, как бы закодированные в структурно-текстурных и вещественно-компонентных особенностях отдельных пород, а также в особенностях строения кристаллических решеток, политипии, изоморфизма и в др. свойствах слагающих эти породы минералов.

4

    Сегодня профессионалы умеют диагностировать вышеупомянутые породные и минеральные признаки: с помощью стадиального анализа — выявлять следы минералообразующих процессов и последовательной смены разных процессов в геологическом прошлом, а методом генетического, литологофациального анализов — восстанавливать и определять условия и обстановки (ландшафтно-палеогеографические, палео-климатические, палеотектонические), в которых выявленные процессы осуществлялись. Передать эти навыки читателю и показать их результативность на конкретных геологических процессах — основная задача предложенной к Вашему вниманию работы.
    При ее написании, учтены содержания соответствующих вышеупомянутому перечню курсов, читаемых студентам и магистрантам на кафедре литологии и морской геологии геологического факультета МГУ, которая была создана в 1983 г. и изначально возглавляема чл.-кор. АН СССР Петром Петровичем Тимофеевым, а ныне (с 1990 г.) возглавляется автором. Он на протяжении последних 20 лет ведёт разработанный им курс лекций и лабораторных занятий «Стадиальный анализ литогенеза» для студентов 3-го года обучения, объемом 64 часа, и издал по этому курсу соответствующие учебные пособия (Япаскурт, 1991, 1995, 2005). Другой курс «Геоминералогия» был разработан и впервые в нашей стране внедрен также 20 лет тому назад бывшей тогда заведующей лаборатории геоминералогии ГИН АН СССР, профессором А.Г. Коссовской. Она читала этот курс в объеме 56 аудиторных часов также студентам 3-го года обучения вплоть до 1994 г., а затем передала чтение лекций автору. Впоследствии, в процессе перехода факультета на 2-ступенчатую и многоцелевую форму обучения (бакалавры — магистранты, 4 + 2 года, и параллельно дипломированные специалисты, 5 лет), были кардинально переработаны учебные планы специальности «Геология» и ее специализаций «Литология» и «Морская геология». Для них курс «Геоминералогия» был перемещен с 6-го на 9-ый учебный семестр, т.е. стал читаться магистрантам 1 -го года обучения и студентам 5-го курса, где ему отведено 42 лекционных часа. По настоянию Методического совета геологического факультета МГУ курсу было присвоено многословное наименование: «Генетическая минералогия осадочных образований континентов и океанов». При этом содержание дисциплины принципиальных изменений не претерпело, будучи несколь

5

ко подкорректированным и пополненным новейшими результатами исследований в этой научной области.
    Однако сведения о результатах работ по геоминералогии остаются до сих пор рассредоточенными в малотиражных научных монографиях и в журнальной периодике, и настоящая книга представляет собой первую попытку свести воедино, в рамках учебного пособия, самое главное из достигнутого в работах по данному направлению.
    Автор посвящает книгу светлой памяти основателей геоминералогии (впервые употребившим в печати этот термин) с которыми он при их жизни успел сотрудничать, у которых консультировался и учился — профессорам Анне Григорьевне Кос-совской и Всеволоду Дмитриевичу Шутову. Имена многих других их коллег и учеников с благодарностью упомянуты в дальнейшем тексте книги. Автор ссылается на выдержки из их работ. Он же использует опыт и результаты своих собственных полувековых исследований по стадиальному и генетическому анализам осадочных и метаморфических пород многих возрастов (от докембрия до кайнозоя включительно) и многих регионов: складчатых систем мезозоид Верхоянья, альпид Кавказа и Горного Крыма, каледонид Казахстана, а также отложений чехла Восточно-Европейского и Сибирского кратонов и ЗападноСибирской плиты.
    В заключение автор выражает глубокую признательность своим коллегам по кафедре, морально поддержавшим его труд: чл.-кор. РАН |П.П. Тимофееву], профессорам В.Т. Фролову, П.Н. Куприну и В.М. Сорокину, доцентам и преподавателям — Е.В. Карповой, В.Л. Косорукову, Ю.В. Ростовцевой, ТА. Шарда-новой, научным сотрудникам — Н.И. Плюсниной, А.С. Полякову, Н.Н. Клавдиевой, В.Л. Лукше, А.Г. Рослякову, Н.А. Соловьевой, А.В. Зайцеву, М.Н. Щербаковой; а также ученым из возглавляемой автором лаборатории литогенеза ГИН РАН — докторам наук И.М. Симановичу, Н.А. Созинову, О.Г. Лазуру, В.В. Еремееву и Ю.Г. Цеховскому.
    Работа выполнена по теме Минобрнауки Российской Федерации 2.1.1.1374 (2006-2008 гг.)

6

        Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. БАЗОВАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ



    Глава 1. СУЩНОСТЬ И ИСТОРИЯ ГЕОМИНЕРАЛОГИИ.
        ЕЕ ЗАДАЧИ И ВОЗМОЖНОСТИ.



Основоположница этого научного направления, А.Г Кос-совская(1980, 1985, 1993) (рис. 1.1) писала, что оно выросло из генетической минералогии, рожденной трудами В.И. Вернадского и А.Е. Ферсмана в первой четверти XX в., а главным стимулом к обособлению упомянутого здесь направления стал принципиально новый для того времени методологический подход Л.В. Пустовалова (1940) к изучению минералогии осадочных образований. Сущность данного подхода сводилась к следующим постулатам: 1 — познание процессов минералообразования осуществляется обязательно с учетом геологической истории объекта исследования, 2 — производится непременный учет взаимосвязей осадочного минералообразования с фациальноландшафтными обстановками седиментации, 3 — трактовка генезиса минеральных образований неприемлема в отрыве от рассмотрения динамики всего осадочного процесса, 4 — с этой целью необходим стадиальный анализ взаимоотношеРис. 1.1. Профессор Анна Григорьевна Коссовская (1915-2000).

7

ний и признаков взаимодействия всех сосуществующих с изучаемым минералом компонентов осадка или осадочной горной породы. Иными словами, при изучении любого минерала из осадочной горной породы производится системный анализ обширной информации, добытый на макро— и микроуровнях полевого и лабораторного исследования. А основу данной методики составляет генетический анализ результатов детального послойного описания разрезов осадочного комплекса.
    Внедрение упомянутых принципов в практику литологических работ середины второй половины XX в. в нашей стране принесло ощутимые результаты, хотя вплоть до конца 70-х годов это направление исследований не обрело своего теперешнего наименования, и формально воспринималось как осадочная генетическая минералогия, с ее разделами — терригенной минералогией и аутигенной минералогией. Начало практическому внедрению принципов геоминералогии было положено работами самого Л.В. Пустовалова и его учеников (включая А.Г. Кос-совскую) в 1943-1945 гг. по исследованию терригенных комплексов карбона Подмосковного угольного бассейна с целью нахождения там минерально-петрографических критериев для выявления и коррелирования циклов седиментации в континентальных и морских обстановках геологического прошлого. Затем, в 1949-1950 гг. работы такого же содержания были перенесены на кайнозойские нефтегазоносные отложения продуктивной толщи Азербайджана. Здесь спектр исследований был существенно расширен. Центр внимания сконцентрирован на комплексном изучении породообразующих минералов — кварца (исследователи Г.Г. Леймлейн и В.С. Князев, 1951), полевых шпатов (В.Д. Шутов, 1956) и глинистых минералов (А.Г. Коссов-ская). Были разработаны и опробованы новые специальные методические приемы изучения типоморфных особенностей этих минералов и прослежено распространение таковых в пространстве и во времени. Исходя из полученной такими способами фактологической основы, формулировались новые принципиальные выводы о геологических условиях формирования продуктивной толщи. В данном случае, как мы видим, работы по минералогии осадочных комплексов развивались в плане не описательного, а исторически-генетического направления, и были нацелены на решение конкретных геологических задач.
    Тот же принцип исследования окончательно закрепился и определился в научное направление, начиная со следующего

8

этапа работ, которые были в начале 50-х гг. поставлены Л.В. Пустоваловым по изучению минералогии и петрографии мезозойских и верхнепалеозойских терригенных континентальных и морских отложений Вилюйской впадины Сибирской платформы, Приверхоянского краевого прогиба и Верхоянской складчатой области. Эти работы реализовали А.Г. Коссовская и В.Д. Шутов (1955), а также А.Г. Коссовская, В.Д. Шутов и В.И. Муравьев (1960) в тесном контакте с стратиграфическими исследованиями В.А. Вахрамеева и тектоническими Ю.М. Пущаровского в Геологическом институте (ГИН) АН СССР. В итоге окончательно оформился новый методологический подход к осадочной минералогии, получивший название метода стадиальных парагене-тических минеральных ассоциаций (Коссовская, 1962, 1980). Сущность его сводилась к тому, что породы терригенных формаций рассматривались как определенные закономерные сочетания: а) обломочных породообразующих минералов — кварца, полевых шпатов с сопровождающими их акцессориями; б) глинистых минералов, служащих как бы промежуточным звеном между обломочными компонентами — по их частому первичному происхождению в терригенных комплексах и аутигенными минералами — по их способности глубоко трансформироваться и давать новообразования, являющиеся индикаторами физикохимических и термодинамических условий седиментогенеза и постседиментационных преобразований, и в) аутигенных минералов, являющихся наряду со слоистыми тонкодисперсными силикатами чуткими индикаторами обстановки формирования и изменения пород. Целью этого подхода было установить генетические связи обломочных, трансформированных и новообразованных компонентов, равно как и их индикаторные характеристики, возникающие на разных стадиях осадочного цикла, начиная от гипергенной мобилизации веществ-участников осадочного процесса, и кончая глубокими постседиментационными изменениями, исчезновением качеств осадочных пород и переходом их в метаморфические образования. Было показано, что только таким путем может быть установлена вся история формирования отложений, которые слагают определенные формационные комплексы, отражающие этапы развития данной геологической структуры.
    Внедряя в научные исследования данный подход, А.Г. Коссовская возглавила в ГИН АН СССР лабораторию аутигенной минералогии, переименованную в конце 70-х гг. в лабораторию

9

геоминералогии (о выборе наименования см. ниже). Ее сотрудники в течение 30-летнего периода осуществили ряд оригинальных исследований и опубликовали серию работ, не утративших своей ценности и даже не до конца исчерпавших своего предназначения вплоть до наших дней. Перечислим только главнейшие из них. Большую значимость имеют работы А.В. Копелиови-ча (1958 и др.), который дал классические образцы применения стадиального анализа минеральных парагенезов к исследованию стадийности постседиментационных преобразований песчаников на примере рифейских и палеозойских отложений югозападных районов Русской плиты Восточно-Европейской платформы. Высоко оценивая эту работу, А.Г. Коссовская подчеркнула, что вместе с атласом микрофотографий данные там описания шлифов сделались своего рода эталонными схемами, которыми пользовались и пользуются литологи при описаниях постседиментационных изменений песчаных пород. По этим схемам обучался в свое время автор этой книги.
    Стадиальный анализ, вначале применяемый только к изучению отложений определенных регионов, несколько позднее лег в основу исследований по проблеме основных типов минеральных парагенезов или минеральных семейств терригенных накоплений и связанных с ними полезных ископаемых. Цель упомянутой проблемы — установить определенные закономерности для сочетаний кластогенных и аутигенных минералов в основных петрографических семействах песчаных пород (граувакк, аркоз, олигомиктовых песчаников и др.) со сопровождающими их характерными минералогическими ассоциациями глин в главнейших типах терригенных и вулканогенно-кластогенных формаций разных климатических и тектонических зон (например, угленосных и красноцветных терригенных формаций платформ и складчатых областей) или в формациях, содержащих разные полезные ископаемые (меденосных, хромоносных, фосфатоносных и др.). По этому направлению исследований сотрудниками ГИНа были изучены парагенезы граувакк — сложного семейства пород, являющегося как бы «мостиком», связавшим собственно терригенные и вулканогенные отложения (подробно об этом в главе 9).
    Затем внимание было сконцентрировано на кристаллохимии силикатных минералов и их индикаторных признаках геологических процессов. Это сборники трудов (Физические методы .... 1972; Кристаллохимия .... 1975; Природные цеолиты, 1980) и

10