МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОЛЯНЫХ ПОРОД ГРЕМЯЧИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

Аннотация

В работе приведены результаты минералогического анализа пород и нераство- римого в воде остатка (н.о.) Гремячинского месторождения калийных солей (Волго- градская область). Основой послужили 24 пробы массой 0,4-1 кг, предоставленные ла- бораторией геотехнологических процессов и рудничной газодинамики УрО РАН. Ис- следования выполнялись на электронном микроскопе VEGA 3 LMH (Tescan) с систе- мой рентгеновского энергодисперсионного микроанализа Oxford Instruments INCA Energy 250/X-max 20. Определение гидроборацита и ссайбелиита было проведено Пе- ковым И.В. методом монокристальной дифрактометрии. Гремячинское месторождение приурочено к южному окончанию Приволж- ской моноклинали и находится в непосредственной близости к Северо- Котельниковскому надвигу на юго-западе. Положение суббассейна на периферии гигантского Прикаспийского солеродного бассейна отразилось на геологическом строении - неоднократная смена режимов сгущения рапы и распреснения обусло- вила слоистое строение толщи и, соответственно, петрографическое разнообразие пород. Последнее определяется, в том числе существованием разрезов с обратной последовательностью отложения хлоридных минералов (например, карналлит- галитовые породы, подстилающие сильвиниты), которая не соответствует «нор- мальной», формирующейся при сгущении морской воды. Образование таких мине- ральных парагенезисов объясняется взаимодействием порций рапы, находящихся на разных стадиях сгущения (процессы высаливания) (Московский и др., 2016). Источником такой рапы служил Прикаспийский солеродный бассейн. Исследованные нами образцы представлены каменной солью, сильвинитами и карналлитовыми породами. Среди образцов каменной соли были выделены две разности - условно первичноосадочные и перекристаллизованные. Для первой ха- рактерна желтовато-серая окраска, мелко-, среднезернистая структура и наличие слоистости, подчеркиваемой серыми ангидритовыми прослойками, в различной степени будинированными. Вторая разность - это белая крупнозернистая массив- ная каменная соль, в единичном образце в ней присутствуют субпараллельные сильно будинированные прослойки полигалитового материала мощностью до пер- вых миллиметров. В н.о. соляных пород были выявлены ангидрит, целестин, маг- незит, доломит, кальцит, джинорит, гидроборацит, ссайбелиит, люнебургит(?), кварц, калиборит, алабандин и пирит. Три последних обнаружены лишь в единич- ных пробах или имеют незначительные (около 1 мкм) размеры. Кроме указанных минералов в н.о. присутствуют фрагменты ангидритовых пород, мергеля, извест- няков, красящего вещества, галопелитового материала и т.д. При изучении сколов пород были выявлены полигалит и кизерит. Ангидрит является преобладающим минералом н.о. всех типов соляных пород. Чаще всего присутствует в виде белых непрозрачных зернистых агрегатов неправиль- ной формы размером до 1,5 мм (размер индивида 100-200 мкм). Агрегаты имеют по- ристую структуру, что указывает на совместный рост с растворимыми минералами (галит). В таких агрегатах часто отмечаются ксеноморфные или субидиоморфные кристаллы целестина аналогичного размера. Реже ангидрит фиксируется в виде от- дельных бесцветных прозрачных длинно- или короткопризматических пойкилокри- сталлов размером до 1 мм, включения в которых представлены ангидритовыми кри- 8 ----------------------- Page 9----------------------- сталлами, аналогичные таковым в агрегатах, то есть отдельные кристаллы являются относительно поздней генерацией. Кроме того, в н.о. фиксируются фрагменты ангид- ритовых пород с мозаичной структурой. Целестин также выявлен во всех типах соляных пород в виде относительно изо- метричных пойкилокристаллов размером около 0,5 мм с разной степенью «пойкилито- вости» и идиоморфизма - от идиоморфных пинакоидальных до кавернозных ксено- морфных кристаллов. Включения также представлены главным образом мелким ангид- ритом. В качестве примеси в целестине отмечается барий (до 0,65 мас. %). Для сравне- ния в Челкарском и Верхнекамском целестинах это значение значительно выше до 8,5 мас. % и 20,3 мас. % соответственно. Полигалит и кизерит были зафиксированы в сколах каменной соли и сильвини- та. Полигалит выполняет субпараллельные будинированные прослойки невыдержанной мощности и выделяется в растворимой хлоридной матрице в виде агрегатов с радиаль- но-лучистым строением диаметром до 0,5 мм или отдельных уплощенных длинно- призматических кристаллов (0,3 мм). Кизерит зафиксирован в виде единичного длин- нопризматического кристалла (40 мкм) в полости в галите совместно с полигалитом, что может указывать на его вероятное постдиагенетическое (апополигалитовое) проис- хождение. Магнезит встречается преимущественно в сильвиновых и карналлитовых поро- дах в виде мелкозернистых агрегатов размером до 0,5 мм, сложенных пинакоидальны- ми кристаллами размером около 20 мкм. Реже он формирует отдельные хорошо обра- зованные пинакоидальные кристаллы размером до 0,2 мм. Отмечается в качестве вклю- чений в ангидрите. Доломит встречается во всех типах пород, но не во всех образцах и образует аг- регаты размером 0,5-1 мм, сложенные пинакоидальными или изометричными комби- национными кристаллами размером около 10 мкм. Большинство данных агрегатов, ве- роятно, являются фрагментами доломитовых пород. Однако в единичных случаях от- мечаются блочные кристаллы доломита, представляющие собой агрегат параллельно расположенных пинакоидальных пластинчатых индивидов. Как правило, последние выявлены в качестве включений во фрагментах ангидритовых пород с мозаичной структурой. Кальцит образует светло-коричневые полупрозрачные сростки (фрагменты ко- рочек) 0,3-0,4 мм, состоящие из ромбоэдрических индивидов размером около 50 мкм. Также новообразованный кальцит был выявлен в качестве включений размером 10-15 мкм на поверхности калиборита и алабандина. Химический состав изученных карбонатных минералов отличается отсутствием каких-либо примесей, тогда как в магнезите Челкара нередко присутствует примесь железа (до 3,38 мас. %). Карбонатные же минералы Верхнекамья демонстрируют зна- чительные содержания изоморфных железа и марганца (до 15,8 и 10,3 мас. % соответ- ственно (без учета СО). 2 Джинорит обнаружен в карналлитовых породах с включениями гигантских шпатовых кристаллов галита (один образец входит в выборку «перекристаллизо- ванная каменная соль», поскольку представляет собой крупный кристалл галита с включениями карналлита). Минерал встречается в виде отдельных бесцветных прозрачных длиннопризматических кристаллов, реже - таблитчатых. В большин- стве изученных зерен присутствует изоморфная примесь стронция, кроме того, на- блюдаются зоны неправильной формы, по химическому составу отвечающие стронциоджинориту. Пересчет данных микрозондового анализа в разных зонах по- зволил выявить следующий изоморфный ряд: Ca Sr [B O (OH) ]·5H O (джи- 1.96 0.04 14 20 6 2 норит) - Ca Sr [B O (OH) ]·5H O (стронциоджинорит). Сравнение исследо- 1.17 0.83 14 20 6 2 9 ----------------------- Page 10----------------------- ванного минерала с таковым Челкарского месторождения показало идентичность челкарского бората и стронциевых зон в гремячинском джинорите. Гидроборацит образует бесцветные прозрачные длиннопризматические (щепко- видные) кристаллы размером до 1,5 мм по длинной оси с совершенной спайностью в одном направлении. Нередко в качестве включений диагностируются белые непро- зрачные леписферы ссайбелиита размером до 0,2 мм. Агрегаты ссайбелиита белые непрозрачные с перламутровым блеском со- стоят из отдельных леписфер диаметром 10-50 мкм, сложенных тонкими пласти- ночками минерала. В трех образцах из карналлититов встречены хорошо сформи- рованные похожие на ромбоэдр бесцветные полупрозрачные кристаллы размером 0,4-0,8 мм с единичными включениями кристаллов ангидрита размером около 30 мкм. Ассоциация с другими боратами, а также соотношение магния и фосфора по- зволяет предварительно отнести минерал к люнебургиту (Mg [B (OH) ](PO ) ·6H O). Предполагается дальнейшее изучение данной фазы. 3 2 6 4 2 2 Кварц присутствует в виде бесцветных прозрачных коротко- и длинноприз- матических пойкилокристаллов, реже псевдодипирамидальных (комбинация 2-х ромбоэдров при небольшой роли призмы) размером 0,2 мм*0,4-0,6 мм. В качестве включений в кварце отмечаются редкие отдельные кристаллы ангидрита. Калиборит. Два бесцветных прозрачных пинакоидальных кристалла обнаруже- ны в карналлитовой породе. На поверхности зерен рассеяны многочисленные мелкие кристаллы кальцита. По морфологии и включениям гремячинский калиборит схож с челкарским. Алабандин встречается в виде ксеноморфных кавернозных, реже идиоморфных (обычно меньших по размеру) зерен. Также алабандин был зафиксирован в качестве включения в агрегате ссайбелиита. На основании полученных результатов можно выявить некоторые особенности минерального состава соляных пород Гремячинского месторождения и произвести сравнение с данными по Верхнекамскому и Челкарскому месторождениям. 1. Большинство выявленных в соляных породах Гремячинского месторож- дения минералов связано с седиментацией в эвапоритовом преимущественно хло- ридном бассейне с второстепенной ролью сульфатного материала, о чем свиде- тельствует незначительное количество некальциевых сульфатов. Как известно на- личие последних зависит от степени метаморфизации (обессульфачивания) рапы (Валяшко, 1962), для их формирования она должна быть низкой. Метаморфизация рапы, в свою очередь, зависит, в том числе от площади бассейна (чем больше пло- щадь, тем меньшее влияние оказывают привнесенные в бассейн (хлоридно)- кальциевые растворы) и фациальной обстановки (центральная и краевые (борто- вые) части бассейна). Приближенная оценка количества сульфатов (некальциевых) из пород трех месторождений позволяет выделить следующий ряд по степени ме- таморфизации рапы (от меньшей к большей): Челкарское (кизерит выступает как породообразующий минерал, образуя в разрезе мощные прослои кизеритовых по- род)-Гремячинское (второстепенная роль полигалита (подчиненные прослои) и ки- зерита)-Верхнекамское (бессульфатное); 2. Недостаточно представительный объем проб не позволяет выявить общие закономерности распределения боратов по разрезу, однако можно говорить о при- уроченности к карналлитовым породам, что отвечает их формированию на эвтони- ческой стадии развития солеродного бассейна. Однако их присутствие в единич- ном образце каменной соли с будинированными полигалитовыми прослойками может указывать на ее (породы) вероятное образование при значительной роли карналлитовой составляющей на седиментационной стадии развития. Выявленное 10 ----------------------- Page 11----------------------- 1 2 разнообразие (Коротченкова, 2016 ; 2016 ) минеральных видов боратов (11 на Чел- карском, 5 на Гремячинском и 1 на Верхнекамском) позволяет выделить ряд, отра- жающий перспективы этих месторождений в отношении возможности формирова- ния значимых скоплений бора. Эта последовательность согласуется с количеством некальциевых сульфатов. 3. Наличие в соляных породах Гремячинского месторождения относительно крупных кристаллов сульфидного минерала алабандина, а также незначительных по размеру и количеству пирита и галенита может указывать на происходившие здесь процессы сульфатредукции, в Верхнекамском и Челкарском месторождениях преобладают пирит, в меньшей степени, халькопирит и сфалерит. Источником ка- тионов для образования сульфидов при сульфатредукции могли служить алюмоси- ликаты (Чиркова, Чайковский, 2012), что позволяет говорить о геохимической специализации терригенного материала в солеродном бассейне. Несмотря на то, что формирование соляных толщ трех месторождений про- исходило в одно геологическое время и из воды Пермского моря, минеральный об- лик соляных пород несколько отличается. На последний повлияли, в том числе степень сгущения и метаморфизации рапы и фациальные обстановки (наличие или отсутствие сульфатных некальциевых и борных минералов), геохимические осо- бенности привнесенного терригенного материала (преобладание тех или иных сульфидных минералов) и др.