Литогенетические особенности песчано-гравийных месторождений Хибинского массива
Литогенетические особенности песчано-гравийных месторождений Хибинского массива
Аннотация
Песчано-гравийные месторождения Хибинского массива приурочены к залежам позднечетвертичных моренных и водно-ледниковых отложений. Детально описаны два разреза, вскрывающих склон «кукисвумской» моренной гряды, образовавшейся при наступлении покровного ледника и флювиогляциальную террасу в долине р. Кукисйок, формирование которой связано с проточными ледниковыми озерами в период дегляциации территории. Сравнение изученных разрезов показывает, что разрез моренной гряды характеризуются большой мощностью грубообломочных отложений и сложным характером залегания продуктивных озерно-ледниковых подморенных песчаных отложений, что снижает промышленные качества этого месторождения. Разрез флювиогляциальной террасы напротив, отличается выдержанным залеганием и большой площадью продуктивной лимногенной толщи, отсутствием моренного чехла, что определяет большой промышленный потенциал этого месторождения, которое активно разрабатывается в настоящее время. Уточнены литогенетические особенности обоих месторождений: преобладание песков и алевритов, часто с тонкой ленточной слоистостью, почти полное отсутствие глинистых разностей, включений органики и дропстоунов, широкое развитие в песчаных отложениях волнистых и косоволнистых текстур со смещением волнистых слойков в одном направлении. Данные особенности показывают, что накопление продуктивных толщ происходило в неглубоких олиготрофных озерных бассейнах с активными и выдержанными по направлению донными течениями, что указывает на непосредственную связь этих бассейнов с ледниками. Полученные результаты обосновывают ключевую роль в формировании месторождений строительных песков на Кольском полуострове климата и ледниковых процессов в прошлом. Детальное изучение литологических характеристик (состав, строение, текстурные особенности) изученных месторождений позволяют конкретизировать ресурсный потенциал водно-ледниковых отложений в качестве источника строительных материалов и решать задачи прогноза новых месторождений на смежные регионы.
1. Введение
Хибинский массив расположен на Кольском полуострове в Мурманской области России и представляет собой специфический комплекс горных пород (см. рис. 1). Геологический возраст массива примерно 390 миллионов лет. Хибины имеют плутоническое происхождение, в связи с чем в массив сложен щелочными интрузивными породами девонского возраста со сложной концентрической зональностью (см. рис. 2, 3). Уникальным является и минеральное богатство Хибинского массива. Здесь обнаружено и разрабатывается крупнейшее в мире месторождение апатит-нефелиновых руд (фосфатное сырье), титановых руд, а также встречаются редкие и ценные минералы ниобия, тантала, циркония, молибдена и множество других.
Рисунок 1 - Схематическая карта Хибинского массива и область исследования
Примечание: по ист. [1]
Рисунок 2 - Расположение разрезов в районе Хибин
Примечание: разрезы показаны звездами
Рисунок 3 - Крупномасштабная геологическая схема района:
показано звездами: I – кукисвумская моренная гряда (Южные Хибины), разрез Тирвас; II – разрез «Снежный»; 1 – выходы кристаллических пород фундамента; 2 – морена супесчаная; 3 – переслаивание песка и гравийно-галечников зандрового типа; 4 – пески озерные
а) флювиогляциальные (отложения потоков ледниковых вод), представленные песком и гравийно-галечниками;
б) лимногляциальные (озерно-ледниковые отложения внутри- и приледниковых водоемов), представленные песком, алевритом и глиной , .
В целом более тонкообломочный состав осадков лимногенного генезиса закономерно отражает гидродинамически более спокойную среду осадконакопления по сравнению с флювиогляциальными обстановками, однако обилие в них тонкодисперсного материала (глина, алеврит) снижает относительное содержание полезных песчаных фракции и увеличивает затраты на их извлечение при просеивании и отмучивании грунтов.
Изучение ледниковых отложений может быть полезно не только для выявления закономерностей ледникового литогенеза и минерагении четвертичных отложений перигляциальных районов, но и для анализа климатических и биотических изменений в прошлом , а также геодинамической и палеосейсмической активности . При этом перспективным направлением в области минерагении являются исследования влияния региональных и локальных геолого-геоморфологических условий на особенности состава и строения залежей строительных песков и песчано-гравийных смесей, их промышленные свойства. Такие исследования позволяют решить актуальные и практически значимые задачи прогноза новых месторождений строительных материалов в изучаемом регионе на основе выявления новых генетических закономерностей водно-ледникового литогенеза.
Настоящее исследование проведено на детальном литологическом материале по двум разрезам, отличающимся различными геолого-геоморфологическими условиями образования залежей рыхлых строительных материалов с целью выяснения особенностей их генезиса методом сравнения. Развитие предлагаемого подхода в дальнейшим позволит выделить ключевые факторы, контролирующие размещение и свойства подобных месторождений на Балтийском щите. Оба разреза, несмотря на их близкое расположение, уникальны по составу и структуре водно-ледниковых комплексов, что подчеркивает высокую роль местных факторов в формировании месторождений полезных ископаемых, связанных с четвертичными отложениями .
Цель работы – провести сравнительный анализ двух разрезов водно-ледниковых отложений, слагающих различные формы рельефа, дать им обобщающую характеристику, а также выделить наиболее значимые генетические отличия.
2. Материалы и методы исследований
Основными изученными материалами послужили геологические карты и схемы, при помощи которых были выбраны карьерные обнажения. Путем анализа космических снимков и крупномасштабных геологических карт составлена схема распространения различных генетических типов четвертичных отложений (см. рис. 3).
В карьерных разрезах с помощью детальных фотографий и зарисовок, а также расчистки проводилось изучение четвертичных отложений. В ходе полевых работ составлены литологические разрезы и послойные описания, в которых отмечен мощность, морфология, состав, текстура (слоистость) отложений, позволяющие восстановить обстановки осадконакопления.
3. Полученные результаты. Описание изученных разрезов
1. Изучено строение проксимального склона моренной гряды на территории профилактория «Тирвас» в горном массиве Хибины, расположенного на высоте 340 м над уровнем моря на Кольском полуострове (см. рис. 4).
Изученная моренная гряда является краевым образованием ранневалдайского покровного ледника, который остановился в это время между котловин озер Большой и малый Вудъявр . Сверху вниз по разрезу отмечается переход крупнообломочной, частично перемытой морены в хорошо сортированные водно-ледниковые отложения, изображенные на фотографии расчистки (см. рис. 5).
Рисунок 4 - Обнажение на территории профилактория «Тирвас» моренной гряды
Рисунок 5 - Детальная зарисовка обнажения лимно- и флювиогляциальных отложений разреза Тирвас:
1 – галечно-гравийно-песчаный неслоистый материал; 2 – гравий с крупнозернистым песком; 3 – крупнозернистый песок; 4 – среднезернистый песок; 5 – мелкозернистый песок; 6 – алеврит; цифры в кружках (1–7) – слои и пачки слоев, описанные в тексте
Слой 2 – среднезернистый песок с прослоями алеврита, мощность слоя 30-40 см. Песок деформирован в верхней части с образованием регулярных складок, длина которых составляет от 8 до 10 см, а шаг – от 10 до 20 см. Складки опрокинуты на СЗ. Гомогенные пески, расположенные со слабо различимой нарушенной слоистостью, плавно перекрывают складки и затухают к подошве без размыва. Гребни выступающих антиклинальных складок не срезаны.
Ниже пески имеют параллельную волнистую слоистость, а в юго-восточной части расчистки – горизонтальную.
Слой 3 – алеврит со слабо смещенными знаками ряби мощностью 30-40 см. Мощность слоя варьируется от 30 до 40 см.
Слой 4 – среднезернистый песок с прослоями алеврита, имеющий косоволнистую слоистость, мощность слоя 10-15 см.
Слой 5 – грубозернистый песок с гравием, мощностью 10-15 см.
Слой 6 – среднезернистый песок с волнистой слоистостью. Общая мощность слоя варьируется от 10 до 15 см и направлена от востока к западу.
Слой 7 – мелко-среднезернистый песок со смещенной волнистой слоистостью и сложными деформациями. Общая мощность слоя 50-60 см.
Рисунок 6 - Обнажение флювиогляциальных и озерных отложений разреза «Снежный»
Рисунок 7 - Детальная зарисовка обнажения флювиогляциальных и озерных отложений разреза «Снежный»:
1 – галечно-гравийно-песчаный неслоистый материал; 2 – гравий с крупнозернистым песком; 3 – крупнозернистый песок; 4 – среднезернистый песок; 5 – мелкозернистый песок; 6 – алеврит; цифры в кружках (1–2) – слои и пачки слоев, описанные в тексте
Слой 2 – в верхней части слоя можно выделить крупно- и среднезернистый песок с небольшим наличием включений гальки и прослоями алеврита.
В слое выделяются зоны песков с наклонной волнистой слоистостью (рябь течений), которые образовались в результате оседания песчано-алевритовых зерен и их горизонтального перераспределения на дне бассейна слабыми течениями, что характерно для мелководных зон проточных озер.
Слой нарушен тремя субвертикальными разрывами, отличающимися прямолинейностью и незначительными смещениями. В толщи много угловых несогласий (результат эрозии), т.е. слои нижележащей толщи утыкаются под острым углом в слои вышележащей толщи. Песок в нижней части слоя на отдельных участках имеет волнистую слоистость. Слоистость отложений слабонаклонная в направлении от коренного склона к оси долины (с востока на запад). Мощность слоя – до 200 см.
Также в этом карьере в более нижних уступах были обнаружены и зачищены другие обнажения. Они приведены ниже на рисунках.
Рисунок 8 - Песчано-гравийная толща с наклонным залеганием слоев
Рисунок 9 - Общий вид нижнего уступа карьера
Рисунок 10 - Тонкослоистые пески
Рисунок 11 - Контакт наклонной и горизонтальной волнистой слоистости в обнажении
Рисунок 12 - Детальный фрагмент контакта наклонной и горизонтальной волнистой слоистости
Рисунок 13 - Слабосмещенная волнистая слоистость
Рисунок 14 - Взаимное расположение обнажений и расчисток
4. Заключение
Проведен сравнительный анализ двух разрезов водно-ледниковых отложений, слагающих различные формы рельефа, дана обобщающая характеристика, а также выделены наиболее значимые генетические отличия.
Детально описаны два разреза, вскрывающих склон «кукисвумской» моренной гряды, образовавшейся при наступлении покровного ледника и флювиогляциальную террасу в долине р. Кукисйок, формирование которой связано с проточными ледниковыми озерами в период дегляциации территории. Вскрытые в карьерных разрезах изученного района Балтийского щита, озерные отложения представлены одним типом образования, отвечающих малым проточным внутриледниковым водоемам . Одной из особенностей этих отложений является их тонкая ленточная слоистость и широкое развитие волнистой и косой текстуры , . Наклонная облекающая слоистость часто присутствует в озерных отложениях этого типа, что связано со сложным рельефом в период осадконакопления. Отложения данного типа были обнаружены в разрезах «Тирвас» и цирка «Снежный».
Основные выводы:
1. Изученная кукисвумская моренная гряда имеет сложное строение, включающее моренные отложения, переходящие вниз по разрезу в водно-ледниковые, обнажение которых изучено в основании проксимального склона этой гряды. При этом в изученной части разреза отмечается резкие смены флювиогляциальных (отложение косослоистых гравийно-галечников) и озерных (отложение горизонтально-слоистых песчано-алевритовых отложений) обстановок осадконакопления, что показывает динамичность режима осадконакопления в период перед наступлением покровного ледника.
2. Формирование террасы сложенной сверху флювиогляциальными, а снизу озерно-ледниковыми отложениями происходило под воздействием различных факторов, включая изменения уровня воды, осадочных процессов. Сначала образовались лимногляциальные отложения в озерных условиях, а затем с увеличением скоростей водных потоков – флювиогляциальные отложения в проточных обстановках.
3. Флювиогляциальные отложения обычно состоят из песка, гравия и камней, а лимногляциальные – из песка, алеврита. Различное строение разрезов обусловлено различными процессами и условиями их образования.
4. Выделена одна из особенностей генезиса водно-ледниковых отложений на Балтийском щите – сильное влияние местных климатических условий и ледниковых процессов в прошлом. Они также могут использоваться для определения перспективных геологических объектов и ресурсов.
Результаты исследования представлены в виде схем и фотографий, что визуально позволяет выявить особенностилитологического состава территории. С помощью изучения ледниковых отложений можно выявлять закономерности ледникового литогенеза и минерагении четвертичных отложений, а также геодинамическую и палеосейсмическую активности. Такие исследования позволяют решить актуальные и практически значимые задачи прогноза новых месторождений строительных материалов в изучаемом регионе на основе выявления новых генетических закономерностей водно-ледникового литогенеза. В частности, показано, что в пределах Хибинского массива наиболее перспективным источниками рыхлых строительных материалов являются флювио-лимногляциальные отложения. Сравнение разрезов морен и флювио-лимногляциальных отложений может иметь практическое применение при изучении и реконструкции истории климата и ландшафтов региона. Например, анализ разрезов может помочь определить, какие климатические условия были в прошлом и как они влияли на формирование геологических структур.