Геология и минерагения четвертичных отложений северо-восточной части Балтийского щита

Краткое описание

Оглавление

Введение... 5

1.Строение и формирование рыхлого покрова северо-восточной части 13

Балтийского щита...

1.1. Мезозой... 13

1.2. Палеоген... 21

1.3. Неоген... 21

1.4. Четвертичный период... 25

1.4.1. Стратиграфия ледниковых отложений северной Фенноскандии... 27

1.4.2. Московское оледенение... 31

1.4.3. Микулинское межледниковье... 31

1.4.4. Ранний валдай... 38

1.4.5. Средний и поздний валдай... 48

1.4.5.1. Средний валдай... 48

1.4.5.2. Реконструкция северо-восточного края поздневалдайско-

го ледяного щита в период максимального распространения... 50

1.4.5.3. Структура поздневалдайского ледяного щита и дегляциация 64

1.4.5.4. Оценка возраста краевых образований, островной возвышенности и времени дегляциации региона... 90

1.4.6. Эволюция Скандинавских оледенений... 101

1.4.7. Голоцен... 106

1.5. Выводы... 111

2. Месторождения строительных материалов... 113

2.1. Сырьевые ресурсы, типы месторождений и их распространение.. 113

2.1.1. Месторождения песков и песчано-гравийных смесей... 114

2.1.2. Месторождения кирпичных глин... 119

2.2. Строение, состав и формирование месторождений строитель-

ных материалов... 128

2.2.1. Краевые и межлопастные образования... 129

3

2.2.2. Парагенезисы флювиогляциальных дельт: пески и песчано-

гравийные смеси... 134

.^ 2.2.2.1. Отложения гидродинамических потоков... 134

2.2.2.2. Отложения обломочных потоков... 145

2.2.3. Парагенезисы флювиогляциальных дельт: кирпичные глины.. 149 2.23Л. Месторождения озерно-ледниковых и ледниково - морских глин ... 150

2.2.3.2. Месторождения морских глин... 173

2.2.3.3. Вещественный состав глин... 175

2.2.4. Формирование парагенезиса флювиогляциальных дельт... 179

2.2.5. Поисковые критерии месторождений стройматериалов... 188

2.3. Выводы... 192

3. Россыпи Балтийского щита... 193

3.1. Предпосылки формирования россыпей... 195

3.1.1. Россыпеобразующие минералы в кристаллических породах

' территории Балтийского щита... 195

3.1.2. Величина эрозионного среза Балтийского щита... 198

3.1.3. Строение рыхлого покрова щита и вскрытие россыпеобра-зующих минералов... 200

3.1.4. Роль покровных оледенений в формировании и сохранении россыпей... 201

3.2. Россыпи ближнего сноса... 206

3.2.1. Ловозерское россыпное месторождение лопарита... 206

3.2.2. Россыпи золота... 225

3.3. Россыпи крупных водоёмов... 226

3.3.1. Общие сведения о распространении, строении и составе прибрежно- морских россыпей в области развития Скан-

г. динавских оледенений... 227

3.3.2. Прибрежно-морские россыпи Кольского региона... 238

4

3.3.3. Формирование прибрежно-морских россыпей... 248

3.4. Выводы... 251

4. Перспективы обнаружения россыпей благородных металлов, алмазов и апатита в северо-восточной части Балтийского щита... 252

4.1. Золото... 252

4.2. Платина... 256

4.3. Алмазы... 261

4.4. Апатит... 271

4.5. Выводы... 275

Заключение... 276

Литература... 281
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Четвертичные отложения содержат значительное ,^ количество разнообразных полезных ископаемых, таких как россыпи различ-

ных минералов, строительные материалы (пески, песчано-гравийные смеси, легкоплавкие глины), сапропель, торф, диатомит и некоторые другие. Часть из них имеет большое практическое значение. Тем не менее, проблеме мине-рагении четвертичных отложений уделяется недостаточно внимания. Наиболее незавершенной представляется минерагения кластогенных полезных ископаемых. До сих пор, например, не разработаны критерии прогнозной оценки древних ледниковых областей, в одну из которых входит территория северо-восточной части Балтийского щита, на месторождения стройматериалов и россыпи. Уместно отметить, что по данным геологической службы Норвегии по мере экономического развития стран потребление нерудных полезных ископаемых, к числу которых относятся строительные материалы, значительно возрастает по сравнению с потреблением металлического сырья.

' Указанные месторождения, содержащиеся в четвертичных отложениях,

приурочены к определенным литогенетическим типам, большинство из которых к настоящему времени изучено более или менее подробно. В связи с этой приуроченностью приобретают особый интерес сведения о типах литогенеза и закономерностях их распространения. Согласно обстоятельному исследованию Н.М. Страхова [1, 2], выделяется четыре типа литогенеза: ледовый, гумидный, аридный и эффузивно-осадочный. Последний проявляется только в областях современной вулканической активности и характеризуется породами специфического состава (туффиты и др.). Первые три типа обусловлены свойствами Земли как космического тела. В основе этих зональных и по существу климатических типов породообразования лежат такие физические факторы, как температура и годовой баланс влажности, механизмом *. реализации которых является общая циркуляция атмосферы, осложненная

воздействием рельефа земной поверхности. Н.А. Шило [3] приводит доводы

в пользу самостоятельности перигляциального литогенеза, который Н.М. Страхов рассматривает как вариант гумидного.

/^ В рамках данного исследования наибольший интерес представляет без-

условно ледовый тип литогенеза. Он возникает при температуре ниже 0°С и положительном годовом балансе влажности. В такой природной обстановке образуются ледники. Они широко распространены на планете в настоящее время и неоднократно занимали гораздо большие площади на континентах, включая район исследований, в течение различных отрезков геологической истории Земли. Наиболее молодым из этих отрезков является четвертичный период. Для него характерно чередование покровных оледенений продолжительностью от нескольких десятков до ста с небольшим тысяч лет и более кратковременных межледниковий. Ледниковые покровы этого периода производили значительную геологическую работу. Они частично или полностью ассимилировали осадочные образования и элювий межледниковых этапов, перемешивали их в ходе транспортировки и затем отлагали в виде почти * сплошного плаща морены. Сходные геологические процессы протекали в

районах развития горного оледенения. При деградации ледников формировались флювиогляциалъные, ледниково-морские и ледниково-озерные осадки. На долю отложений ледникового парагенетического ряда в разрезе четвертичного осадочного чехла территорий, занимавшихся покровными оледенениями, приходится свыше 90%. Кратковременность оледенений и межледниковий со всей определенностью свидетельствует о том, что тектонический фактор не мог оказать сколько-нибудь заметного влияния на внутреннюю структуру ледниковых покровов и характер их деградации.

В областях древних оледенений важное значение имеет выяснение морфоскульптуры древнеледниковых формаций с выделением радиальных ледораздельных зон, включающих межлопастные возвышенности, и поясов х. маргинальных образований. В приледораздельных областях ледники оказы-

вали минимальное экзарационное воздействие на подстилающие породы.

Поэтому именно в их пределах могли сохраниться как межледниковые, так и предчетвертичные рыхлые образования, к которым могут быть приурочены россыпные месторождения. Исследование поясов краевых образований совместно с картированием четвертичных отложений позволяет реконструировать характер дегляциации территории и обусловленные им закономерности распространения месторождений строительных материалов.

Дальнейшее экономическое развитие Мурманской области предполагает значительное увеличение объема промышленного строительства, в связи с чем резко возрастет потребность в строительных материалах. Геологи партии стройматериалов Центрально-Кольской комплексной (с 1983 г. геологоразведочной Мурманской) экспедиции проделали большую работу по обеспечению промышленных центров области песками и легкоплавкими глинами, но в целом проблема далека от разрешения. Прежде всего до последнего времени не было научного обоснования для проведения поисков, которое должно базироваться на данных о строении, литологии четвертичных отло- жений и палеогеографической обстановке их формирования. Вследствие этого по оценке геологов экспедиции [4, 5] даже в районах промышленных центров перспективы выявления новых месторождений основывались только на поверхностно-визуальных характеристиках генетических типов отложений, что зачастую приводило к неподтверждаемости предполагаемой пригодности сырья. Не лучше обстоит дело и с россыпями, интерес к обнаружению которых эпизодически проявляется производственными и научными организациями. На основе изложенного представляется весьма актуальным выяснение закономерностей формирования и размещения россыпей и месторождений строительных материалов в покрове четвертичных отложений северовосточной части Балтийского щита.

Цель и задачи исследования. Основной целью данного исследования является разработка научно обоснованных методов прогнозирования и поис-ков месторождений кластогенных полезных ископаемых: песков и песчано-

8

гравийных смесей, легкоплавких глин, и россыпей. Для её достижения решался ряд задач, главные из которых формулируются следующим образом. /^, 1. На основе анализа и синтеза имеющихся материалов по геологии, па-

леогеографии и полезным ископаемым четвертичных образований установить пространственную организацию рыхлого, преимущественно четвертичного, покрова региона, и реконструировать условия формирования покрова для выявления закономерностей размещения месторождений полезных ископаемых.

2. Проанализировать полученные в процессе многолетних исследований структурно-текстурные характеристики, данные о вещественном составе и геологическом строении месторождений строительных материалов и россыпей; разработать на этой основе модели формирования месторождений, проверить корректность моделей на конкретных объектах и использовать их в поисковых целях.

3. Определить перспективы поисков месторождений строительных материалов и россыпей в регионе.

Научная новизна работы. Реконструирована форма северо-восточного окончания Скандинавского ледникового покрова в позднем валдае; разработаны модели дегляциации района исследований, формирования и размещения россыпей на щитах, подвергавшихся покровным оледенениям, а также развития гляциоэвстатических трансгрессий; выяснены закономерности образования и размещения ¦ месторождений строительных материалов, базирующиеся на результатах тематических исследований, частично отраженных на международной карте "Четвертичные отложения Финляндии и Северо-Запада Российской Федерации и их сырьевые ресурсы" масштаба 1:1 000 000. Основные положения

1. Рыхлый покров северо-восточной части Балтийского щита редуцирован вследствие тенденции щита к поднятию и экзарационного воздейст-.^ вия ледниковых покровов на подстилающие породы. Основной составляю-

щей его являются отложения поздневалдайского оледенения, при деградации

которого фронтально-ареальная дегляциация, имевшая место в позднем плейстоцене, сменилась в голоцене дегляциацией рассекающей. Гляциоэв-

v % статические трансгрессии начинались и достигали максимума в позднелед-

ни

никовых климатических условиях.

2. Локализация месторождений песка, песчано-гравийных смесей и кирпичных глин обусловлена структурой ледникового покрова и характером дегляциации территории. В формировании месторождений песка и песчано-гравийных смесей решающее значение имели гидродинамические потоки, тогда как в образовании глин главную роль играли мутьевые потоки в конечных водоёмах стока.

3. Россыпные месторождения являются редкими образованиями в рыхлом покрове Балтийского щита вследствие неблагоприятной минерагениче-ской, тектонической и палеогеографической обстановки. Единственное практически значимое месторождение лопарита сформировалось вблизи очень крупного и богатого лопаритом коренного источника, на котором сохрани-

w лись остатки неогеновой коры выветривания.

4. Вероятность обнаружения в северо-восточной части Балтийского щита россыпных месторождений благородных металлов, алмазов и апатита невелика вследствие невысокой продуктивности их коренных источников или неизбежного снижения содержания россыпеобразующих минералов в смеси продуктов разрушения исходных пород.

Теоретическая значимость. Данная работа вносит существенный вклад в разработку проблемы минерагении кластогенных четвертичных отложений областей, подвергавшихся покровным оледенениям.

Практическая значимость работы состоит в том, что полученные результаты могут использоваться и, как отмечено ниже, уже были использованы с успехом при поисках месторождений, приуроченных к покрову четвер-- тичных отложений. Они дают возможность реально оценить потенциальные

ресурсы песка и песчано-гравийных смесей, легкоплавких глин и россыпей и,

10

кроме того, позволяют рационально проводить поисковые работы в пределах древних щитов, подвергавшихся покровным оледенениям.

Внедрение результатов исследований. Макет карты четвертичных отложений Мурманской области, составленный под руководством и при участии автора, вошел как составная часть в опубликованную в 1993 г. международную карту "Четвертичные отложения Финляндии и Северо-Запада Российской Федерации и их сырьевые ресурсы" масштаба 1: I 000 000. Реконструкция условий образования концентраций рудных минералов в четвертичных отложениях Ковдорского района и базирующиеся на этой основе рекомендации по ведению поисков способствовали повышению обоснованности поисково-разведочных работ на россыпи в указанном районе при снижении расходов на стадии предпроектных исследований. Результаты целенаправленного изучения месторождений строительных материалов в период наметившегося дефицита сырья для производства глиняного кирпича в Мурманской области (80-е годы XX столетия) с рекомендациями по приросту запа- сов на эксплуатирующихся месторождениях и поискам новых месторождений были переданы автором руководству Кильдинского кирпичного завода и партии стройматериалов Мурманской геологоразведочной экспедиции. В полном соответствии с этими рекомендациями геологической партией № 7 треста «Росгеолнерудразведка» в окрестностях завода была разведана небольшая залежь глин, партией стройматериалов обнаружено и разведано Урагубское месторождение легкоплавких глин с запасами немногим более 6.7 млн м3. Кроме того, результаты исследований по теме «Выяснение геолого-геоморфологических закономерностей формирования месторождений строительных материалов в четвертичном покрове Кольского полуострова (1985-1989 гг.)», руководителем и ответственным исполнителем которой являлся автор, использованы при составлении карт геоморфологической и чет-о. вертичных отложений и соответствующих разделов отчета Мурманской Арк-

тической геологической экспедиции «Геологическая съёмка шельфа масшта-

11

ба 1: 1 000 000 (R-36)» по сухопутной части площади листа R-36, а также при проведении опытно-методических геохимических работ экспедицией Инсти- тута минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов. Палеогеографические разработки диссертанта были полностью востребованы при реализации в 1998-2001 гг. международной программы «Четвертичные обстановки Евразийского Севера (QUEEN)».

Научная апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 3 международных конгрессах, 33 международных форумах меньшего ранга в России и за рубежом и на 26 всесоюзных, всероссийских и региональных совещаниях. Кроме того, они были рассмотрены Ученым Советом Геологического института Кольского филиала АН СССР, позднее Кольского научного центра РАН в виде 11 заключительных отчетов по темам, в 7 из которых диссертант являлся руководителем и ответственным исполнителем исследований, в остальных — ответственным исполнителем.

Публикации. По вопросам, прямо или косвенно затрагиваемым в дис- сертации, опубликовано около 200 работ, из них 26 в отечественных и зарубежных реферируемых журналах; 4 являются коллективными монографиями.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения четырех частей и заключения общим объемом 317 страниц. В первой части систематизированы сведения о строении и формировании рыхлого покрова северовосточной части Балтийского щита, во второй - обобщены материалы по месторождениям строительных материалов, рассмотрены закономерности их размещения и образования. Третья часть посвящена анализу предпосылок формирования россыпей Балтийского щита и подробной характеристике обнаруженных россыпей. В четвертой части оценены возможности возникновения россыпей благородных металлов, алмазов и апатита. Работа содержит 76 рисунков и 23 таблицы. Список литературы состоит из 350 наименований, в том числе 120 на иностранных языках.

12

Работа выполнена в Геологическом институте Кольского научного центра РАН. /?v Благодарности.

Я благодарен всем сотрудникам лаборатории четвертичной геологии (с 1988г. лаборатории геологии и минерагении кайнозойских отложений) Геологического института Кольского научного центра РАН, с которыми мне довелось, начиная с 1959 г., проводить полевые работы, лабораторные исследования и вести активные дискуссии по полученным теоретическим и практическим результатам. Особая благодарность Галине Михайловне Пермяковой, бессменному помощнику на протяжении многих лет.

Я глубоко признателен моему наставнику академику Александру Васильевичу Сидоренко, пробудившему во мне интерес к проблеме минерагении кайнозойских отложений, директорам Геологического института доктору геолого-минералогических наук Игорю Владимировичу Белькову и академику Феликсу Петровичу Митрофанову за неизменно доброжелательное отношение, предос-("В тавление возможности проведения полевых и аналитических исследований,

участия во всесоюзных, всероссийских и международных совещаниях.

13

1. СТРОЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ РЫХЛОГО ПОКРОВА СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ БАЛТИЙСКОГО ЩИТА

..v Балтийский щит является крупной геоструктурой, входящей в состав

Восточно-Европейской платформы. Его слагают метаморфические и магматические породы архея и протерозоя. В период палеозойской тектонической активизации в пределах щита сформировались интрузивные массивы щелоч-но-ультраосновных пород, а также многочисленные дайки щелочных пород и базальтоидов. Наиболее крупные из указанных массивов - Хибинский и Ло-возерский - образовались, вероятно, в грабене [6, 7]. Монолитные кристаллические породы Балтийского щита характеризуются высоким значением предела прочности при срезе. Однако вблизи поверхности они теряют монолитность, становятся трещиноватыми, вследствие снятия внутреннего напряжения. По данным ряда исследователей, систематизированным А. Г. Черняховским [8], мощность приповерхностной трещиноватой зоны вне швов тектонических нарушений составляет 10-50 м, а в тектонически активных зо-

(-J-) нах возрастает до 100-150 м. Дальнейшее изменение трещиноватых пород в

зоне гипергенеза происходит под влиянием выветривания. На кристаллических породах Балтийского щита залегает покров рыхлых отложений, мощность которого обычно измеряется метрами, редко десятками метров и лишь в исключительных случаях превышает 100 м. Он представлен мезозойскими и кайнозойскими образованиями: остатками каолиновой и гидрослюдистой кор выветривания и четвертичными отложениями. Доминируют в его составе по мощности и распространению морена и водно-ледниковые осадки поздне-валдайского оледенения. Соответственно рассмотрению материалов по этому оледенению уделено основное внимание.

1.1. Мезозой

В восточной части Балтийского щита к мезозойским образованиям отно-* •у' сятся остатки линейной каолиновой коры выветривания, выделенной и подроб-

14

но изученной А.П. Афанасьевым [9]. Отдельные находки этой коры выветривания охарактеризованы В. Frosterus [10], А.С. Лихачевым [11] и В.Я. Евзеровым и др. [12]. Критерии поисков залежей каолина приведены в статьях А.С. Лихачева, А.П. Афанасьева [13] и В.Я. Евзерова [14]. Распространение залежей каолина и сунгулита (магниевого аналога каолинита) показаны на рис. 1.1.

Встречаются два типа залежей каолина: элювиальные, сохранившие реликтовые текстуры материнских пород, и делювиальные, образовавшиеся в результате переотложения материала из верхних частей элювиальных каолинов. И те и другие перекрыты четвертичными отложениями.

зг

68

36°

40*

Рис. 1.1. Схема распространения остатков каолиновой (черные кружки) и сунгули-товой (черные окружности) кор выветривания на Кольском полуострове. Составлена по материалам А.С. Лихачева [11] и А.П.Афанасьева [9].

Элювиальные каолины развиты в зонах, длина которых варьирует от 100м до 2.5 км, а ширина от нескольких метров до первых сотен метров. Их мощность изменяется обычно от 2 до 30 м. По предварительным данным запасы каолина

15

в отдельной залежи не превышают 5 миллионов тонн [15]. Наиболее крупные месторождения обнаружены в северных предгорьях Ловозерских тундр и на Прихибинской равнине к югу от Хибинского горного массива; мелкие известны в районе Больших и Малых Кейв, сланцев серии имандра-варзуга, на восточном склоне горы Озерная варака, массивах Африканда, Вуорияр-ви и других [9, 16]. Они большей частью приурочены к зонам дизъюнктивных дислокаций. В окрестностях Ловозерских тундр, например, каолины локализованы в зоне разлома, протянувшегося субширотно вдоль контакта плутона нефелиновых сиенитов с вмещающими гнейсами (рис.1.2А). К зонам разломов тяготеют залежи каолинов и на Прихибинской равнине.

м надуримря ЗКН Ю

340-

еоооеооевоы

Рис. 1.2. Расположение залежей каолинов в северных предгорьях Ловозерских тундр (А) и типичный разрез одной из них (Б) (приводится по: [13] с небольшими изменениями).

А: 1 - гнейсы и гранито-гнейсы; 2 - нефелиновые сиениты; 3 - разломы; 4 - залежи первичных каолинов.

Б: 5 - современный аллювий; 6 — ледниковые отложения; 7 - четвертичные отложения различного генезиса (лопаритовая полигенетическая россыпь); 8 - делювиально-пролювиальные отложения неогена; 9 - неоген-четвертичный делювий каолиновой коры выветривания; 10 - зона дезинтеграции нефелиновых сиенитов; 11 - гидрослюдисто-каолиновая зона коры выветривания; 12 - зоны гидрослюдистая и дезинтеграции гнейсов и гранито-гнейсов.

16

Они повсеместно представлены нижней (гидрослюдисто-каолиновой) частью каолиновой зоны коры выветривания. Рисунок 1.2Б иллюстрирует типичный разрез наиболее крупной из известных залежей. В этой залежи содержание час-тиц размером менее 0.05 мм составляет более 58 %; главными глинистыми минералами являются гидрослюды и каолинит. Концентрация последних возрастает вверх по разрезу, и в верхней части залежи они становятся доминирующими. В песчаной фракции превалирует кварц (80-96 %), в небольших количествах присутствует гидробиотит. Из акцессорных минералов установлены магнетит и ильменит (около 1.5 %).

Элювиальные каолины Кольского региона характеризуются высоким содержанием красящих оксидов, особенно железа, вследствие чего не могут быть использованы при производстве бумаги. Результаты технологических исследований показали, что каолины пригодны для изготовления цветной облицовочной плитки и дренажных труб [15]. Делювиальные каолины сформировались преимущественно в четвертичный период в результате переотложе- ния элювиальных каолинов. Их залежи невелики по масштабам и содержат в своем составе значительное количество инородного материала. Коммерческий интерес они могут представить лишь в исключительных случаях. В Кольском регионе наряду с линейной каолиновой распространена и линейная сунгули-товая кора выветривания. Она формировалась в то же время, что и каолиновая, но в специфической геохимической обстановке на породах ультраосновных-щелочных масссивов, таких как Ковдор, Вуориярви и др. Залежи элювиальных сунгулитов достигают 2.5 м в длину, 800 м в ширину и имеют мощность около 100 м. Переход от сунгулитизированных пород к неизмененным породам имеет место в тонкой зоне дезинтеграции. Преобладающим минералом в линейных корах является сунгулит. Продукты сунгулитового выветривания, как и каолинитового, характеризуются высокими содержаниями оксида железа (около 10 %). Их технологические испытания не проводились.

17

Гипергенные фосфаты обнаружены в Ковдорском, Вуориярвинском и Африкандском массивах ультраосновных-щелочных пород. Они приурочены к зонам дробления калыдит-апатит-магнетитовых руд, пироксенитов, щелочных пород и карбонатитов. Только в юго-западной части Ковдорского массива обнаружено месторождение с небольшими запасами Р2О5. По данным Ковдорской геологоразведочной партии апатито-франколитовые руды развиты на кальцитовых карбонатитах. В соответствии с залеганием даек карбонатитов и системой радиальных тектонических нарушений они образуют в плане сложное концентрическое тело с разветвлениями и раздувами (рис. 1.3).

s. 400 0 400 800м

ч

Рис. 1.3. Карта коры выветривания Ковдорского массива ультраосновных-щелочных пород (приводится упрощенно по: [9])

Список литературы