Принято считать, что аутигенное карбонатообразование свойственно областям с теплым или резко континентальным засушливым климатом умеренных широт. Предполагается, что в условиях холодного арктического и субарктического климата карбонаты в донных осадках растворяются холодными, обогащенными СO₂ и недонасыщенными СаСО₃ водами и выносятся [Страхов, 1960, и др.].

Исследования плейстоценовых отложений на севере Евразии показывают, что карбонатные конкреции свойственны осадкам морского, лагунно-эстуариевого и озерного генезиса, накопление которых происходило в условиях холодного, субарктического и арктического климата.

В географическом распространении карбонатных конкреций плейстоцена севера Евразии обнаруживается зональность. Они присутствуют в позднеплейстоценовых - раннеголоценовых отложениях Фенноскандии [Венюков, 1881; Parrott, 1840; Salmi, 1959, и др.] в большей части разреза водных плейстоценовых отложений северо-востока Западно-Сибирской низменности [Сакс, Антонов, 1945; Суздальский, 1965], в отложениях морских террас Чукотки [Петров, 1966]. В плейстоцене Печорской низменности карбонатные конкреции встречаются редко, на северо-западе и в центральных районах севера Западной Сибири они практически отсутствуют, так же как и на приморских равнинах северо-востока СССР.

Наиболее полно карбонатные конкреции представлены на северо-востоке Западно-Сибирской низменности (низовья Енисея), в районах, смежных с горами Путорана, и в Таймырской низменности, где встречаются в различных генетических и стратиграфических горизонтах плейстоценовых отложений. Приводимый материал получен в основном в этих районах, излагать его целесообразно по определенным фациально-генетическим типам отложений, слагающим, как правило, различные стратиграфические горизонты.

Ледово-морские, шельфовые отложения

Ледово-морские отложения глинисто-суглинистого состава слагают основную часть разреза плейстоцена на севере Западной Сибири и в Печорской низменности. Они представлены слабо сортированными глинами и суглинками с галькой, гравием и валунами, которые по горизонтали и вертикали переходят в глины и алевриты, лишенные крупнообломочного материала. Эти отложения содержат фауну морских моллюсков арктического и субарктического характера.

Конкреции встречаются по всему разрезу ледово-морских отложений в приенисейском районе севера Западной Сибири. В слабо сортированных неслоистых валунных суглинках они располагаются изолированно друг от друга, в редких случаях образуя группы из 2-5 конкреций (рис. 1). Для слоистых глин и алевритов характерны конкрециеносные прослои. Форма конкреций находится в прямом соответствии с литологией отложений. В слабо сортированных, неслоистых валунных суглинках обнаружены шаровидные конкреции правильной формы (рис. 2), реже они имеют вытянутую овальную или сплюснутую форму. Размеры конкреций от 2-5 до 20-30 см. В конкрециях присутствует гравий и калька, характерные для вмещающих пород (рис. 3). В их центральной части видны обломки древесины, линзочки растительного детрита, раковины морских моллюсков. Ядрами некоторых конкреций являются комочки жирной, слоистой глины, сохранившей пластичность, несмотря на общее окаменение конкреций. К поверхности последних прикреплены иногда раковины баланусов (рис. 2, верхняя конкреция). В сортированных, но неслоистых глинах с морской фауной отмечены конкреции трубчатой, ветвистой формы (рис. 4). Диаметр их от 3-5 до 10-15 мм, длина 5-7 см. Конкреции располагаются длинной осью в горизонтальном направлении, образуя конкрециеносные прослои. Внутреннее строение конкреций однородно. По форме и размерам они напоминают ходы илоедов, которые, несомненно, участвовали в составе донной фауны, остатки которой в изобилии встречаются в конкреционных глинах.

Для слоистых алевритов характерны уплощенные, дисковидные и лепешковидные конкреции, которыми особенно богаты отдельные прослои. Размеры конкреций до 10-15 см по длинной оси и 4-5 см в поперечнике. Внутри них отчетливо прослеживается первично седиментационная слоистость вмещающих пород. Некоторые экземпляры развивают вмещающие слои пород; им свойственно концентрическое строение. Конкреции состоят из алевритово-глинистого вещества вмещающих пород и карбонатного цемента.

Химический состав конкреций определялся по методике, предложенной Н.М. Страховым [1960]. Содержание карбонатов в них колеблется от 18,82 до 66,17% (см. таблицу). Вмещающие породы малокарбонатны, количество карбонатов в слабо сортированных, валунных суглинках 0,80% и увеличивается в глинах с морской фауной до 3,13%. Карбонаты вмещающих пород представлены исключительно кальцитом.

Шаровидные конкреции в валунных неслоистых суглинках (см. таблицу, обр. 1) отличаются невысоким общим содержанием карбонатов (25,65%), среди которых преобладает CaCO₃ (25,52%). Фиксируется небольшая примесь MnCO₃ (0,13%); карбонаты железа и магния отсутствуют.

Шаровидные и овальные конкреции в неслоистом суглинке без грубообломочного материала (см. таблицу, обр. 2) содержат 26,84% CaCO₃, заметную примесь карбонатов железа (5,76%) и в меньшей степени марганца (1,55%).

Дисковидные и лепешковидные конкреции в слоистых алевритах и супесях с растительным детритом (см. таблицу, обр. 3, 4, 5) характеризуются невысокой карбонатностью (18,82-38,94%) и преобладанием CaCO₃ (12,10-33,63%). В небольших количествах присутствует MnCO₃ (0,19-0,45%), относительно высоко содержание FeCO₃ (1,99-3,72%) и MgCO₃ (1,78-2,74%). В составе конкрециеобразователя СаСО₃ составляет 64,29-86,36%, FeCO₃ - 7,65-19,77%, MgCO₃ составляет 64,29-86,36%, FeCO₃ - 7,65-19,77%, MgCO₃ - 4,83-14,56% и MnСО₃ - 0,75-1,38%.

Своеобразный состав имеют конкреции трубчатой и ветвистой формы из глин с морской фауной. Карбонаты в них преобладают над глинисто-алевритовой массой, составляя 60,84-62,59%. На долю СаСO₃ приходится 47,05-48,41%, повышено содержание MnСO₃ (11,35-12,64%), что позволяет говорить о кальцитово-родохрозитовом составе конкреций. Коэффициент концентрации MnO колеблется от 98 до 118. В небольших количествах присутствуют FeCO₃ (0,90-1,14%) и MgCO₃ (0,25-1,69%).

Отличается от прочих состав крупных овальных конкреций в легких суглинках с прослоями аллохтонного торфа. Для них характерно максимальное содержание карбонатов (66,17%). Карбонаты кальция составляют 38,98%, высоких значений достигает FeCO₃ (19,31%). Повышено в них также содержание MnCO₃ (7,0%).

В отдельных случаях в ледово-морских породах глинисто-алевритового состава присутствуют конкреции с доломитовым цементом. Мелкие (1-3 см) доломитовые конкреции были обнаружены, например, в глинах с морской фауной на северо-востоке Печорской низменности близ подножий юго-западных склонов Пай-Хоя. Конкреции с доломито-кальцитовым цементом изучены О.В. Суздальским [1965] в низовьях Енисея, содержание MgCO₃ в них достигает 39%. Существенная примесь MgCO₃ в составе конкрециеобразователя (14,66%) отмечена в конкреции лепешковидной формы из слоистых супесей с растительными остатками (см. табл., обр. 4).

Таким образом, приведенный материал показывает, что в глинисто-суглинистых породах, накопление которых происходило в условиях арктического шельфа, присутствует комплекс карбонатных конкреций, имеющих разнообразный состав конкрециеобразователя. Несмотря на различия состава, конкрециям свойствен определенный ряд подвижности элементов в ходе конкрециеобразования. Наибольший коэффициент концентрации имеет марганец (от 5 до 118), а затем кальций (6-12). Коэффициент концентрации железа испытывает резкие колебания от 0,3-0,7 до 4-11, невысоких значений достигает концентрация магния (от 0,7 до 2,7).

В конкрециях постоянно повышено по сравнению с вмещающей породой содержание фосфора (в 2,2-3,5 раза). Общая концентрация карбонатов колеблется от 19 до 79.

Относительно условий образования конкреций можно высказать следующие соображения. Предположения о переотложении конкреций из более древних пород лишены оснований, поскольку во многих конкрециях прослеживается первичноседиментационная слоистость вмещающих отложений. В неслоистых породах присутствуют раковины моллюсков, галька и мелкие валунчики, лишь наполовину включенные в тело конкреций. В шлифах хорошо видно, что состав кластического материала в конкрециях соответствует составу вмещающей породы.

Наблюдения над условиями залегания и строением конкреций показывают, что их образование происходило в донных осадках в процессе диагенеза. Прямым указанием на формирование конкреций в донных условиях является факт прикрепления к ним раковин баланусов. Вероятно, в результате местного донного размыва осадков поверхность некоторых конкреций частично была обнажена. О диагенетической природе карбонатов конкреций говорит их отличие от рассеянных карбонатов вмещающих пород, которые представлены только СаСO₃.

Геохимическая сущность перераспределения карбонатного вещества, захороненного в осадках, и диагенетического минералообразования обоснована Н.М. Страховым [1960]. Однако предложенный им механизм выпадения карбонатов из иловых растворов в результате диффузии СO₂ по песчаным прослоям не всегда приемлем, поскольку конкреции присутствуют в неслоистых, однородных глинисто-алевритовых породах.

Несмотря на неполную ясность в вопросе о характере диагенетического минералообразования при формировании конкреций, контролирует этот процесс, по-видимому, содержание органического вещества, которое определяет рН и Eh осадков.

В слабо сортированных валунных суглинках с наименьшим содержанием органического вещества (С_орг - 0,40%) формируются стяжения, конкрециеобразователь которых сложен почти исключительно карбонатом кальция. В неслоистых глинах (С_орг 0,89-0,96%) в конкреции стягиваются помимо карбонатов кальция и карбонаты марганца. В супесях с прослоями растительного детрита образуются конкреции с повышенным содержанием карбонатов железа и магния, а в суглинках с прослоями аллохтонного торфа - карбонатов железа и марганца.

Таким образом, в единой фациально-генетической толще отложений, формировавшейся в условиях одного морского бассейна, возможен парагенезис минералов, соответствующих различным значениям окислительно-восстановительного потенциала и рН осадков. Специфика полярного литогенеза проявилась в том, что замедленная в условиях низких температур генерации СаСO₃ привела к повышению роли в конкрециеобразовании MnCO₃, FeCO₃, иногда MgCO₃. Такой парагенезис карбонатов в умеренном и теплом климате гумидной зоны свойствен пресноводным озерным отложениям, тогда как для морских характерен кальцитовый состав аутигенных карбонатов [Страхов, 1960].

Прибрежно-морские и аллювиально-дельтовые отложения

Конкреции в песчаных и песчано-галечных отложениях трансгрессивных и регрессивных фаций морского плейстоцена обнаружены главным образом на северо-востоке Западно-Сибирской низменности. Известны они в песчано-галечных отложениях с массовыми остатками раковин морских моллюсков Печорской низменности.

Форма конкреций в неслоистых равномернозернистых песках шаровидная. Внутреннее строение однородно, в центре обнаруживаются мелкие обломки древесины и растительный детрит. Размеры не превышают 3-5 см в диаметре. В слоистых песках форма конкреций уплощенная, внутри них отчетливо прослеживается первично-седиментационная слоистость. Конкреции достигают 7-10 см. В слоях, обогащенных растительным детритом, они образуют конкрециеносные прослои. В местах массового захоронения раковин морских моллюсков в песках и галечниках присутствуют конкреции неправильной, желваковидной формы, часто форма конкреций соответствует форме раковин. В последнем случае конкреции представляют собою пропитанный карбонатным цементом грубокластический материал, выполняющий раковины. Содержание карбонатов невелико (9,78%), среди них резко преобладает СаСO₃ (9,39%), отмечается незначительная примесь MnCO₃ (0,10%) и FeCO₃ (0,29%).

Шаровидная конкреция из аллювиально-дельтовых песков с прослоями аллохтонного торфа содержит большее количество карбонатов (39,49%), среди которых преобладает СаСO₃ (26,90%) с заметной примесью MgCO₃ (9,71%). В небольших количествах присутствуют MnCO₃ (2,20%) и FeCO₃ (0,68%).

Образование конкреций в местах массового захоронения раковин осуществлялось, видимо, за счет биогенного осаждения карбонатов кальция, перераспределение его в процессе диагенеза было незначительным. Слабому растворению карбонатного материала и сохранению его в осадках способствовал относительно хороший прогрев придонных вод в условиях мелководья.

Конкреции в равномернозернистых неслоистых песках и песках с прослоями растительного материала являются, вероятно, диагенетическими образованиями. Центрами стяжений служили растительные остатки, разложение которых обуславливало более низкие значения окислительно-восстановительного потенциала. Следствием этого явилась генерация и стяжение в конкреции помимо СаСO₃ карбоната магния (MgCO₃) составляет 24,59% конкрециеобразователя и в меньшей степени MnCO₃ и FeCO₃ (соответственно 5,57 и 1,72% конкрециеобразователя).

Пресноводные отложения

Карбонатные конкреции присутствуют в пресноводных озерных, лагунных, эстуариевых глинах и алевритах района нижнего течения Енисея, западных окраин Таймырской низменности и предгорий Путорана [Сакс, Антонов, 1945; Стрелков, 1965; Троицкий, 1966].

В низовьях Енисея конкреции встречаются в ленточных глинах и алевритах, принимающих участие в строении долинных террасовых уровней на высотах 25-35 и 40-60 м над ур. м. В предгорьях Путорана они залегают в озерных глинах, которые слагают (40-50 м) террасовый уровень.

Накопление глин и алевритов происходило в холодных пресноводных бассейнах олиготрофного типа, о чем свидетельствует состав диатомовых. Спорово-пыльцевые спектры конкрециеносных отложений отражают суровые тундровые ландшафты территорий, окружавших бассейны седиментации. В растительных ассоциациях заметную роль играли ксерофиты (полыни, эфедра), что говорит о вероятной засушливости климата.

Размеры конкреций не превышают 5-7 см, встречаются микроконкреции 1-2 мм в поперечнике. Форма конкреций разнообразна (рис. 5) и обнаруживает тесную связь с текстурой и составом вмещающих пород. В прослоях однородного алеврита форма их шаровидна. В тонкослоистых ленточных глинах и алевритах - уплощенная дисковидная, кольцевидная, караваевидная или неправильно-лопастная. При этом, чем тоньше слоистость, тем более уплощенной формой обладают конкреции. В неслоистых глинах - форма трубчатая, саблевидная. Срастаясь между собой, конкреции образуют гроздеобразные или очковидные формы.

В ленточных отложениях конкреции обогащают прослои алевритового состава. Если по величине они соответствуют нескольким соседним глинистым и алевритовым прослоям, то внутри них прослеживается первично-седиментационная слоистость, что исключает предположения о переотложении конкреций. В отличие от морских осадков в конкрециях нет ясно выраженных центров стяжения. Содержание карбонатов составляет в среднем 45,25-47,15%, увеличиваясь до 58,46% и уменьшаясь до 22,45% (см. табл.). Состав карбонатного материала однообразный. Среди карбонатов преобладает CaCO₃ (от 91,24 до 100% конкрециеобразователя); в количестве 4,28-6,19% (от суммы карбонатов) содержится MnCO₃. В одном случае отмечена незначительная примесь FeCO₃ (2,57%) или MnCO₃.

По сравнению с конкрециями из морских отложений конкреции из пресноводных отложений отличаются меньшим разнообразием карбонатов, малой и непостоянной примесью MnCO₃, почти полным отсутствием железистых и магнезиальных карбонатов.

Карбонатность вмещающих конкреции пород различна и зависит от их литологического состава. Наиболее карбонатны алевритовые породы (СаСО₃ - 4,59%), в ленточных глинах содержание карбонатов выше в светлых алевритовых прослоях (СаСO₃ - 1,82%) и значительно ниже в темных глинистых (0,61% CaCO₃). Карбонаты целиком представлены кальцитом.

Максимальные значения коэффициента концентрации имеет марганец (8-18), затем кальций (5-14), постоянно повышено содержание фосфора (1,5-3,0). Количество магния и железа в конкрециях ниже или равно его количеству во вмещающей породе (коэффициент концентрации соответственно 0,75-1,1 и 0,46-1,17). Общая концентрация карбонатов колеблется от 10 до 37.

По составу и по морфологии конкреции близки «иматровым камням» Карелии и аналогичным образования Финляндии, Швеции, Норвегии, Канады и севера США [Венюков, 1881; Parrott, 1840; Tarr, 1933; Salmi, 1959, и др.].

При решении вопроса об условиях образования карбонатных конкреций необходимо прежде всего выяснить генезис рассеянных карбонатов в осадках. Осаждение CaCO₃ биогенным путем было невозможным, поскольку холодные водоемы отличались бедной органической жизнью. Маловероятным является и диагенетическое происхождение СаСО₃, поскольку в осадках низко содержание органического вещества, способного вызвать активную редукцию S0₄^2- (от CaSO₄). Кроме того, содержание CaSO₄ в пресноводных бассейнах олиготрофного типа не могло быть высоким.

Более реально предположение о поступлении рассеянного карбонатного материала в осадки в виде обломочных пород. Однако содержание обломочных карбонатов в конкрециеносных отложениях низкое (не более 1 %) и не превышает их количество, например в ленточных глинах Печорской низменности, лишенных конкреций.

Вероятно, причиной повышенного поступления карбонатов в донные осадки пресноводных бассейнов являлись своеобразные палеогеографические условия территорий, прилегавших к бассейнам седиментации конкрециеносных отложений. Наличие в последних ленточных пород с бедными (с элементами ксерофильной флоры) спорово-пыльцевыми спектрами тундрового характера позволяет предполагать, что в период их накопления существовали перигляциальные ландшафты, которые были связаны с верхнеплейстоценовым (валдайско-зырянским) оледенением.

Ледники в горах Путорана обуславливали возможность возникновения резко континентальных засушливых климатических условий на смежных территориях, а это способствовало активному выносу карбонатов. Имевшие ледниковое питание, богатые карбонатами холодные речные воды смешивались с относительно теплыми водами конечных водоемов стока, что приводило к выпадению карбонатов и обогащению ими донных осадков. Аналогичные условия создавались, вероятно, и в Скандинавии по мере деградации валдайского ледникового покрова.

Ледники Полярного и Северного Урала вследствие ограниченности своих размеров не могли, по-видимому, заметно влиять на усиление континентальности и засушливости климата близлежащих областей, следствием чего явилось отсутствие карбонатных конкреций в ленточных глинах Печорской низменности, а также западных и центральных районов севера Западной Сибири.

Формирование конкреций происходило на стадиях раннего диагенеза осадков за счет выпадения карбонатов из иловых вод, насыщенных СаСО₃ в результате растворения седиментационных карбонатов. На связь конкреций с седиментационными карбонатами указывает их кальцитовый состав и отсутствие заметной примеси FeCO₃ и MgCO₃. Диагенетическое карбонатообразование, вероятно, имело значение в образовании конкреций, с ним связана, в частности, генерация MnCO₃, но оно не в состоянии объяснить все особенности строения и условия залегания конкреций. Конкрециеносные прослои располагаются часто рядом в вертикальном разрезе и разделены глинистыми прослоями в несколько миллиметров. Мощность последних меньше мощности конкрециеносных прослоев и толщины самих конкреций.

Иловые растворы циркулировали, в основном, по прослоям более грубого, песчано-алевритового состава. Выпадение карбонатов из них происходило вследствие дегазации и утечки СO₂ [Страхов, 1960]. Слабо восстановительная, близкая к нейтральной среда осадков обуславливала возможность перехода в подвижную, закисную форму соединений марганца и генерацию MnCO₃, в то время как железо находилось в малоподвижной, окисной форме. О близкой к нейтральной среде формирования конкреций говорит отношение в них закисного железа к окисному, которое во всех случаях оказалось меньшим единицы (0,19-0,69).

Состав карбонатных минералов в конкрециях не свойствен составу карбонатов в озерных отложениях гумидной зоны, в которых преобладают FeCO₃ и MgCO₃ [Страхов, 1960]. В этом проявилась специфика осадконакопления в перигляциальных ландшафтных условиях, когда генерация CaCO₃ в ходе седиментации подавляла диагенетическое образование FeCO₃ и MgCO₃.

В заключение целесообразно привести коэффициенты средних концентраций элементов в конкрециях из морских и пресноводных глинисто-алевритового состава, которые характеризуют степень подвижности этих элементов в процессе конкрециеобразования:

Ссылка на статью: 

Данилов И.Д. Карбонатные конкреции в плейстоцене субарктики // Известия АН СССР. Сер. Географ. 1971, № 5, с. 84-94.